Μια νέα μελέτη που βασίζεται στη νανοτεχνολογία δημιουργεί ελπίδα για τη θεραπεία της οξείας νεφρικής βλάβης και ανεπάρκειας.
Ο νεφρός είναι ένα απαραίτητο ζωτικό όργανο που εκτελεί κρίσιμες λειτουργίες στο σώμα. Αφαιρεί τα απόβλητα και το επιπλέον νερό από την κυκλοφορία του αίματός μας για να παράγει ούρα τα οποία στη συνέχεια ρέουν από τα νεφρά στην ουροδόχο κύστη μέσω των ουρητήρων. Αυτά τα απόβλητα που παράγονται στο σώμα μας από τη φυσιολογική διάσπαση των μυών και των τροφίμων πρέπει να απορρίπτονται και να αποβάλλονται αποτελεσματικά.
Σε οξεία νεφρική ανεπάρκεια, που ονομάζεται τώρα αζωτούχα απόβλητα οξείας νεφρικής βλάβης (AKI) συσσωρεύονται γρήγορα και η παραγωγή ούρων μειώνεται, δηλαδή το σώμα αγωνίζεται να παράγει ούρα. Αυτό συμβαίνει σε σύντομο χρονικό διάστημα (ημέρες ή και ώρες) από την έναρξη της πάθησης που προκαλεί σοβαρές επιπλοκές. Η κύρια αιτία του AKI είναι το οξειδωτικό στρες που συμβαίνει λόγω της διαταραγμένης ισορροπίας μεταξύ των ελεύθερων ριζών και της αντιοξειδωτικής άμυνας που προκύπτει από την αύξηση των αποβλήτων που περιέχουν οξυγόνο, προκαλώντας έτσι βλάβη στα λιπίδια, τις πρωτεΐνες και DNA. Αυτό το σενάριο προκαλεί φλεγμονή και προωθεί τη νεφρική νόσο. Υπάρχουν τότε υψηλές πιθανότητες εμφάνισης καρδιαγγειακών παθήσεων και καρκίνου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα πλούσια σε αντιοξειδωτικά τρόφιμα και συμπληρώματα είναι γνωστό ότι προστατεύουν από τις βλαβερές συνέπειες των αποβλήτων που περιέχουν οξυγόνο. Όταν η σοβαρότητα της νεφρικής νόσου εξελίσσεται, απαιτούνται υποστηρικτικές θεραπείες όπως η επανυδάτωση και η αιμοκάθαρση και μπορεί να χρειαστεί ακόμη και μεταμόσχευση νεφρού. Δεν υπάρχει διαθέσιμη θεραπεία για το AKI που το καθιστά υπεύθυνο για εκατομμύρια θανάτους κάθε χρόνο.
Η προστασία και η θεραπεία τραυματισμένων νεφρών παραμένει μια τεράστια πρόκληση στην ιατρική. Ένα αντιοξειδωτικό φάρμακο NAC (Ν-ακετυλοκυστεΐνη) που θεωρείται το χρυσό πρότυπο χρησιμοποιείται γενικά για την προστασία των νεφρών από την τοξικότητα κατά τη διάρκεια των διαδικασιών, αλλά αυτό το φάρμακο έχει κακή βιοδιαθεσιμότητα και επομένως έχει περιορισμένη αποτελεσματικότητα.
Νανοτεχνολογική προσέγγιση για τη θεραπεία
Η εφαρμογή της νανοτεχνολογίας σε βιοϊατρικές μεθόδους συμπεριλαμβανομένης της θεραπείας έχει επιταχυνθεί τις τελευταίες δεκαετίες. Αλλά τέτοιες εφαρμογές έχουν δείξει περιορισμούς στη θεραπεία νεφρικών παθήσεων. Σε μια νέα μελέτη, επιστήμονες από τις ΗΠΑ και την Κίνα περιέγραψαν μια νέα προληπτική μέθοδο για τη διακοπή του AKI και την αντιμετώπισή του χρησιμοποιώντας νανοτεχνολογία που περιλαμβάνει μικροσκοπικές αυτοσυναρμολογούμενες μορφές που έχουν διάμετρο μόλις το δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Αυτά τα σχήματα σχεδιάστηκαν και αναπτύχθηκαν χρησιμοποιώντας τη μέθοδο νανοτεχνολογίας που ονομάζεται «Origami DNA' σε ποιο ζεύγος βάσης των τεσσάρων DNA nucleotides is used to engineer and fabricate what is called DNA 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 νανοδομές είναι ιδανικό για ζωντανά συστήματα επειδή είναι σταθερά και έχουν χαμηλή τοξικότητα και ανοσογονικότητα.
DNA 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 Φύση Βιοϊατρική μηχανική. The group prepared various DNA origami structures and also used ραδιόφωνο 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 DNA 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.
Οι δομές origami του DNA υπήρχαν επίμονα στους νεφρούς, κάτι που οι συγγραφείς προτείνουν ότι οφείλεται σε διάφορους παράγοντες, όπως η αντίσταση των DONs στα πεπτικά ένζυμα και η αποφυγή επιτήρησης του ανοσοποιητικού συστήματος. Φυσιολογικά, η βελτίωση της νεφρικής λειτουργίας αξιολογήθηκε σημειώνοντας τα επίπεδα κρεατινίνης ορού και αζώτου ουρίας αίματος και ήταν σαφές ότι υπήρχε σημαντική βελτίωση στην απεκκριτική λειτουργία των νεφρών συγκρίσιμη με την τυπική φαρμακευτική θεραπεία.
This multidisciplinary study combines expertise of nanomedicine and in-vivo imaging and is the first ever to investigate distribution of DNA 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.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Jiang D et al. 2018. DNA origami nanostructures can exhibit preferential renal uptake and alleviate acute kidney injury. Φύση Βιοϊατρική μηχανική. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
