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 Τα νουκλεοτίδια χρησιμοποιούνται για τη μηχανική και την κατασκευή αυτού που ονομάζεται DNA νανοδομές origami (DONs). Αυτές οι νανοδομές – είτε τριγωνικού, σωληνοειδούς ή ορθογώνιου σχήματος – μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την εκτέλεση διαφόρων εργασιών μέσα στο σώμα. Η αρχιτεκτονική τέτοιων νανοδομές είναι ιδανικό για ζωντανά συστήματα επειδή είναι σταθερά και έχουν χαμηλή τοξικότητα και ανοσογονικότητα.
DNA Οι νανοδομές origami αυτοσυναρμολογούνται και ασφαλίζουν σε διαφορετικά μέρη των νεφρών και σχηματίζουν ένα προστατευτικό στρώμα γύρω τους. Αυτό έχει φανεί κατά την αξιολόγηση της φυσιολογικής κατανομής τους χρησιμοποιώντας ποσοτική απεικόνιση με τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET). Η μελέτη τους δημοσιεύεται στο Φύση Βιοϊατρική μηχανική. Η ομάδα ετοίμασε διάφορα DNA δομές origami και χρησιμοποιούνται επίσης ραδιόφωνο επισήμανση για να μελετηθεί η συμπεριφορά τους σε νεφρό ποντικού ενώ αναλύονται χρησιμοποιώντας απεικόνιση PET. Φάνηκε να συσσωρεύονται στα νεφρά υγιών ποντικών καθώς και σε αυτά που είχαν AKI.
Η μελέτη έδειξε πώς DNA Οι νανοδομές origami δρουν ως γρήγορο (μέσα σε 2 ώρες) και πολύ ενεργό προστατευτικό των νεφρών και ήταν επίσης θεραπευτικές για την ανακούφιση των συμπτωμάτων του AKI. Κατά την εξέταση της κατανομής τους σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας σάρωση PET, διαπιστώθηκε ότι οι ορθογώνιες νανοδομές ήταν ιδιαίτερα επιτυχημένες στην προστασία των νεφρών με τον ίδιο τρόπο που θα έκανε ένα τυπικό φάρμακο. Αυτές οι δομές εντοπίζουν τα απόβλητα που περιέχουν οξυγόνο και μονώνουν τα κύτταρα από βλάβες λόγω οξειδωτικού στρες. Βοηθούν στη διατήρηση της ισορροπίας των ελεύθερων ριζών και της αντιοξειδωτικής άμυνας μέσα και γύρω από το νεφρό, μειώνοντας και ανακουφίζοντας το οξειδωτικό στρες που είναι η κύρια πηγή και σύμπτωμα του AKI. Τα μέτρα που λαμβάνονται από τους DON σταματούν την εξέλιξη της νεφρικής νόσου. Τα DON δοκιμάστηκαν τόσο σε νεφρικά κύτταρα ζωντανών ποντικών όσο και σε ανθρώπινα εμβρυϊκά νεφρικά κύτταρα. Αυτές οι δομές λειτούργησαν ως προστατευτικός φύλακας και βελτίωσαν τη λειτουργία των νεφρών στο AKI τόσο αποτελεσματικά όσο οι παραδοσιακές φαρμακευτικές θεραπείες, ιδιαίτερα το φάρμακο NAC για το 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.
Αυτή η διεπιστημονική μελέτη συνδυάζει την τεχνογνωσία της νανοϊατρικής και της in vivo απεικόνισης και είναι η πρώτη που διερευνά τη διανομή DNA νανοδομές σε ένα ζωντανό σύστημα παρακολουθώντας ζωντανά τη συμπεριφορά τους. Τα DON έχουν χαμηλή τοξικότητα στα κύρια όργανα του σώματος, καθιστώντας τα ιδανικά για κλινική χρήση στον άνθρωπο. Αυτή η σύγχρονη τεχνολογία είναι ένα ισχυρό θεμέλιο που μπορεί να παρέχει τοπική προστασία στους νεφρούς από το AKI και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων για τη θεραπεία του AKI και άλλων νεφρικών παθήσεων. Μια λύση για τις νεφρικές παθήσεις θα μπορούσε να γίνει πραγματικότητα για ασθενείς που πάσχουν από οξεία νεφρική βλάβη. Η μελέτη προσθέτει στο δυναμικό των θεραπευτικών προγραμματιζόμενων νανοδομών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων και επισκευή οργάνων και ιστών στο σώμα.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Οι Jiang D et al. 2018. DNA Οι νανοδομές origami μπορούν να επιδείξουν προνομιακή νεφρική πρόσληψη και να ανακουφίσουν την οξεία νεφρική βλάβη. Φύση Βιοϊατρική μηχανική. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
