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 нуклеотиды используются для конструирования и изготовления того, что называется ДНК наноструктуры оригами (ДОН). Эти наноструктуры – треугольной, трубчатой или прямоугольной формы – могут затем использоваться для выполнения различных задач внутри организма. Архитектура такого наноструктуры идеально подходит для живых систем, поскольку они стабильны, обладают низкой токсичностью и иммуногенностью.
ДНК Наноструктуры оригами самособираются и прикрепляются к различным частям почек, образуя вокруг них защитный слой. Это было замечено при оценке их физиологического распределения с использованием количественной визуализации с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Их исследование опубликовано в Природа Биомедицинская инженерия. Группа подготовила различные ДНК структуры оригами, а также используются радио маркировка для изучения их поведения в почках мышей при их анализе с помощью ПЭТ. Было замечено, что они накапливались в почках здоровых мышей, а также тех, у кого было ОПП.
Исследование показало, как ДНК Наноструктуры оригами действуют как быстрая (всего в течение 2 часов) и очень активная защита почек, а также оказывают терапевтическое воздействие на облегчение симптомов ОПП. При изучении их распределения в реальном времени с помощью ПЭТ-сканирования было видно, что прямоугольные наноструктуры наиболее успешно защищают почки так же, как и стандартные лекарства. Эти структуры отслеживают кислородсодержащие отходы и изолируют клетки от повреждений, вызванных окислительным стрессом. Они помогают поддерживать баланс свободных радикалов и антиоксидантной защиты в почках и вокруг них, уменьшая и облегчая окислительный стресс, который является основным источником и симптомом ОПП. Меры, принимаемые ДОНами, останавливают прогрессирование заболевания почек. ДОН тестировали как на живых почках мышей, так и на клетках эмбриональных почек человека. Эти структуры действовали как защитная защита и улучшали функцию почек при ОПП так же эффективно, как и традиционная медикаментозная терапия, особенно препарат NAC при ОПП.
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.
Это междисциплинарное исследование сочетает в себе опыт наномедицины и визуализации in vivo и является первым в истории исследованием распределения ДНК наноструктуры в живой системе путем живого отслеживания их поведения. ДОНы обладают низкой токсичностью для основных органов тела, что делает их идеально подходящими для клинического применения у людей. Эта современная технология является прочной основой, которая может обеспечить локальную защиту почек от ОПП и может быть использована для разработки новых терапевтических подходов к лечению ОПП и других заболеваний почек. Решение проблемы заболеваний почек может стать реальностью для пациентов, страдающих острым повреждением почек. Исследование расширяет потенциал терапевтических программируемых наноструктур, которые можно использовать для целевой доставки лекарств и восстановления органов и тканей в организме.
Источник (ы)
Цзян Д. и др. 2018. ДНК Наноструктуры оригами могут проявлять преимущественное почечное поглощение и облегчать острое повреждение почек. Природа Биомедицинская инженерия. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
