Новое исследование, основанное на нанотехнологиях, вселяет надежду на лечение острого повреждения и недостаточности почек.
Почки - важнейший жизненно важный орган, выполняющий важные функции в организме. Он удаляет отходы и лишнюю воду из нашего кровотока, чтобы произвести мочу, которая затем течет из почек в мочевой пузырь через мочеточники. Эти отходы, которые образуются в нашем организме при нормальном расщеплении мышц и пищи, должны быть выброшены и выведены из организма.
В остром Почечная недостаточность, теперь называемая острой почечной недостаточностью (ОПП), азотистые отходы быстро накапливаются, и диурез уменьшается, то есть организм изо всех сил пытается вырабатывать мочу. Это происходит в течение короткого промежутка времени (дни или даже часы) с момента появления заболевания, вызывающего серьезные осложнения. Основной причиной ОПП является окислительный стресс, который возникает из-за нарушения баланса между свободными радикалами и антиоксидантной защитой в результате увеличения количества кислородсодержащих продуктов жизнедеятельности, что приводит к повреждению липидов, белков и ДНК. Этот сценарий вызывает воспаление и прогрессирует заболевание почек. Тогда высока вероятность развития сердечно-сосудистых заболеваний и рака. Вот почему известно, что продукты и добавки, богатые антиоксидантами, защищают от вредного воздействия кислородсодержащих отходов. При прогрессировании заболевания почек необходимы поддерживающие методы лечения, такие как регидратация и диализ, и даже может потребоваться пересадка почки. От ОПП не существует лекарства, из-за которого ежегодно умирают миллионы людей.
Защита и лечение поврежденных почек остается огромной проблемой для медицины. Антиоксидантный препарат NAC (N-ацетилцистеин), который считается золотым стандартом, обычно используется для защиты почек от токсичности во время процедур, но этот препарат имеет низкую биодоступность и, следовательно, имеет ограниченную эффективность.
Нанотехнологический подход к терапии
Применение нанотехнологий в биомедицинских методах, включая терапию, набирает обороты в последние десятилетия. Но такие применения показали ограничения в лечении заболеваний почек. В новом исследовании ученые из США и Китая описали новый превентивный метод для остановки AKI и лечения с помощью нанотехнологий с использованием крошечных самособирающихся форм, размер которых составляет всего миллиардную метра в диаметре. Эти формы были спроектированы и разработаны с использованием нанотехнологического метода под названием «ДНК оригами' в котором спаривание четырех оснований ДНК nucleotides is used to engineer and fabricate what is called ДНК origami nanostructures (DONs). These nanostructures – either triangular, tubular or rectangular in shape – can be then used for performing various tasks inside the body. The architecture of such наноструктуры идеально подходит для живых систем, поскольку они стабильны, обладают низкой токсичностью и иммуногенностью.
ДНК origami nanostructures self-assemble and latch onto different parts of the kidneys and form a protective layer around them. This has been seen when assessing their physiological distribution using quantitative imaging by positron emission tomography (PET). Their study is published in Природа Биомедицинская инженерия. The group prepared various ДНК origami structures and also used радио labelling to study their behaviour in mouse kidney while analysing them using PET imaging. They were seen to accumulate in kidneys of healthy mice as well those who had AKI.
The study showed how ДНК origami nanostructures act as a fast (within only 2 hours) and very active kidney protectant and were also therapeutic in relieving symptoms of AKI. Upon examination of their real-time distribution using PET scan it was see that rectangular nanostructures particularly were most successful in protecting kidneys in the same manner as a standard drug would. These structures track down oxygen-containing waste products and insulate the cells from damage due to oxidative stress. They help maintain balance of free radicals and anti-oxidant defences in and around the kidney reducing and alleviating oxidative stress which is the leading source and symptom of AKI. The measures taken by DONs stop the kidney disease to progress. DONs were tested both on living mice kidney and human embryonic kidney cells. These structures acted as a protective guard and improved kidney function in AKI as effectively as traditional drug therapies particularly NAC drug for AKI.
Структуры ДНК-оригами постоянно присутствовали в почках, что, по мнению авторов, связано с несколькими факторами, включая устойчивость ДОН к пищеварительным ферментам и их избегание наблюдения со стороны иммунной системы. Физиологически улучшение функции почек оценивалось по уровням креатинина в сыворотке и азота мочевины в крови, и было ясно, что наблюдалось значительное улучшение выделительной функции почек, сравнимое со стандартной лекарственной терапией.
This multidisciplinary study combines expertise of nanomedicine and in-vivo imaging and is the first ever to investigate distribution of ДНК nanostructures in a living system by live tracking their behaviour. DONs have low toxicity in main organs of the body making them ideally suited for clinical use in humans. This modern technology is a strong foundation which can provide localized protection to kidneys from AKI and can be used to design novel therapeutic approaches for treating AKI and other kidney diseases. A solution for kidney diseases could become a reality for patients suffering from acute kidney injury. The study adds to the potential of therapeutic programmable nanostructures which can be used for targeted drug delivery and organ and tissue repair in the body.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
Источник (ы)
Jiang D et al. 2018. ДНК origami nanostructures can exhibit preferential renal uptake and alleviate acute kidney injury. Природа Биомедицинская инженерия. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
