Nova študija, ki temelji na nanotehnologiji, ustvarja upanje za zdravljenje akutne poškodbe in odpovedi ledvic.
Ledvice so pomemben vitalni organ, ki opravlja kritične funkcije v telesu. Odstranjuje odpadke in dodatno vodo iz našega krvnega obtoka, da nastane urin, ki nato teče iz ledvic v mehur skozi sečevode. Te odpadke, ki nastanejo v našem telesu pri normalni razgradnji mišic in hrane, je treba zavreči in učinkovito izločiti.
V akutni odpoved ledvic, ki se zdaj imenuje akutna poškodba ledvic (AKI), dušikovi odpadki se hitro kopičijo in izločanje urina se zmanjša, tj. telo se trudi proizvajati urin. To se zgodi v kratkem času (dni ali celo urah) od začetka bolezni, kar povzroča resne zaplete. Glavni vzrok za AKI je oksidativni stres, ki nastane zaradi porušenega ravnovesja med prostimi radikali in antioksidativno obrambo, ki je posledica povečanja odpadnih produktov, ki vsebujejo kisik, kar povzroča poškodbe lipidov, beljakovin in DNA. Ta scenarij povzroči vnetje in napreduje ledvično bolezen. Takrat so velike možnosti za razvoj srčno-žilnih bolezni in raka. Zato je znano, da živila in dodatki, bogati z antioksidanti, ščitijo pred škodljivimi učinki odpadnih produktov, ki vsebujejo kisik. Ko resnost ledvične bolezni napreduje, so potrebne podporne terapije, kot sta rehidracija in dializa, morda bo potrebna celo presaditev ledvice. Za AKI ni na voljo nobenega zdravila, zaradi česar je vsako leto odgovoren za milijone smrti.
Zaščita in zdravljenje poškodovanih ledvic ostaja velik izziv v medicini. Antioksidativno zdravilo NAC (N-acetilcistein), ki velja za zlati standard, se običajno uporablja za zaščito ledvic pred toksičnostjo med postopki, vendar ima to zdravilo slabo biološko uporabnost in zato omejeno učinkovitost.
Nanotehnološki pristop k terapiji
Uporaba nanotehnologije v biomedicinskih metodah, vključno s terapijo, se je v zadnjih desetletjih povečala. Toda takšne aplikacije so pokazale omejitve pri zdravljenju bolezni ledvic. V novi študiji so znanstveniki iz ZDA in Kitajske opisali novo preventivno metodo za zaustavitev AKI in njeno zdravljenje z uporabo nanotehnologije, ki vključuje drobne samosestavljive oblike, ki merijo le milijardenko metra v premeru. Te oblike so bile zasnovane in razvite z uporabo nanotehnološke metode, imenovane "DNK origami' v kateri osnovni pari štirih DNA nukleotidov se uporablja za inženiring in izdelavo tako imenovanega DNA origami nanostrukture (DON). Te nanostrukture – bodisi trikotne, cevaste ali pravokotne oblike – lahko nato uporabimo za opravljanje različnih nalog v telesu. Arhitektura takih nanostrukture je idealno primeren za žive sisteme, ker so stabilni in imajo nizko toksičnost in imunogenost.
DNA origami nanostrukture se same sestavijo in pripnejo na različne dele ledvic ter okoli njih tvorijo zaščitno plast. To je bilo ugotovljeno pri ocenjevanju njihove fiziološke porazdelitve z uporabo kvantitativnega slikanja s pozitronsko emisijsko tomografijo (PET). Njihova študija je objavljena v Narava biomedicinski inženiring. Skupina je pripravila različne DNA origami strukture in tudi uporabljeni radio označevanje za preučevanje njihovega obnašanja v mišjih ledvicah, medtem ko jih analiziramo s PET slikanjem. Videli so, da se kopičijo v ledvicah zdravih miši, pa tudi tistih, ki so imele AKI.
Študija je pokazala, kako DNA Nanostrukture origami delujejo kot hiter (v samo 2 urah) in zelo aktiven zaščitnik ledvic in so bile tudi terapevtske pri lajšanju simptomov AKI. Po pregledu njihove distribucije v realnem času s pomočjo skeniranja PET je bilo ugotovljeno, da so zlasti pravokotne nanostrukture najuspešnejše pri zaščiti ledvic na enak način kot standardna zdravila. Te strukture sledijo odpadnim produktom, ki vsebujejo kisik, in izolirajo celice pred poškodbami zaradi oksidativnega stresa. Pomagajo vzdrževati ravnovesje prostih radikalov in antioksidantne obrambe v in okoli ledvic ter zmanjšujejo in lajšajo oksidativni stres, ki je glavni vir in simptom AKI. Ukrepi, ki jih izvajajo DON, ustavijo napredovanje bolezni ledvic. DON so testirali tako na ledvičnih celicah živih miši kot na ledvičnih celicah človeških zarodkov. Te strukture so delovale kot zaščitna zaščita in izboljšale delovanje ledvic pri AKI tako učinkovito kot tradicionalne terapije z zdravili, zlasti zdravilo NAC za AKI.
Strukture origami DNK so bile vztrajno prisotne v ledvicah, za kar avtorji domnevajo, da je posledica več dejavnikov, vključno z odpornostjo DON na prebavne encime in njihovim izogibanjem nadzoru imunskega sistema. Fiziološko je bilo izboljšanje delovanja ledvic ocenjeno z opazovanjem ravni serumskega kreatinina in dušika sečnine v krvi in jasno je bilo, da je prišlo do pomembnega izboljšanja izločalne funkcije ledvic, primerljivega s standardnim zdravljenjem z zdravili.
Ta multidisciplinarna študija združuje strokovno znanje nanomedicine in slikanja in vivo in je prva, ki raziskuje distribucijo DNA nanostruktur v živem sistemu s spremljanjem njihovega obnašanja v živo. DON imajo nizko toksičnost v glavnih organih telesa, zaradi česar so idealni za klinično uporabo pri ljudeh. Ta sodobna tehnologija je močan temelj, ki lahko zagotovi lokalizirano zaščito ledvic pred AKI in se lahko uporablja za oblikovanje novih terapevtskih pristopov za zdravljenje AKI in drugih bolezni ledvic. Rešitev za bolezni ledvic bi lahko postala resničnost za bolnike z akutno okvaro ledvic. Študija prispeva k potencialu terapevtskih programabilnih nanostruktur, ki jih je mogoče uporabiti za ciljno dostavo zdravil ter popravilo organov in tkiv v telesu.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
Jiang D et al. 2018. DNA nanostrukture origami lahko kažejo prednostni privzem v ledvicah in ublažijo akutno poškodbo ledvic. Narava biomedicinski inženiring. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
