Nová studie založená na nanotechnologii vytváří naději na léčbu akutního poškození a selhání ledvin.
Ledviny jsou základním životně důležitým orgánem, který v těle plní kritické funkce. Odstraňuje odpadní látky a přebytečnou vodu z našeho krevního oběhu a vytváří moč, která pak proudí z ledvin do močového měchýře přes močovody. Tyto odpady, které v našem těle vznikají při normálním rozpadu svalů a potravin, musí být odstraněny a účinně vylučovány.
V akutní selhání ledvin, nyní nazývané akutní poškození ledvin (AKI), dusíkaté odpady se rychle hromadí a výdej moči klesá, tj. tělo má potíže s tvorbou moči. To se děje během krátké doby (dny nebo dokonce hodiny) od začátku onemocnění, které způsobuje vážné komplikace. Hlavní příčinou AKI je oxidační stres, ke kterému dochází v důsledku narušené rovnováhy mezi volnými radikály a antioxidační obranou v důsledku nárůstu odpadních produktů obsahujících kyslík, což způsobuje poškození lipidů, bílkovin a DNA. Tento scénář způsobuje zánět a podporuje onemocnění ledvin. Existuje pak vysoká šance na rozvoj kardiovaskulárních onemocnění a rakoviny. Proto je známo, že potraviny a doplňky bohaté na antioxidanty chrání před škodlivými účinky odpadních produktů obsahujících kyslík. Když závažnost onemocnění ledvin pokročí, jsou zapotřebí podpůrné terapie, jako je rehydratace a dialýza, a dokonce může být nutná transplantace ledvin. Neexistuje žádný dostupný lék na AKI, který je zodpovědný za miliony úmrtí každý rok.
Ochrana a léčba poraněných ledvin zůstává v medicíně obrovskou výzvou. Antioxidační lék NAC (N-acetylcystein), považovaný za zlatý standard, se obecně používá k ochraně ledvin před toxicitou během procedur, ale tento lék má špatnou biologickou dostupnost, a proto má omezenou účinnost.
Nanotechnologický přístup k terapii
Aplikace nanotechnologií v biomedicínských metodách včetně terapie v posledních desetiletích nabírá na rychlosti. Ale takové aplikace ukázaly omezení při léčbě onemocnění ledvin. V nové studii vědci z USA a Číny popsali novou preventivní metodu pro zastavení AKI a její léčbu pomocí nanotechnologií zahrnujících drobné samoskládající se formy, které měří pouhou miliardtinu metru v průměru. Tyto tvary byly navrženy a vyvinuty pomocí nanotechnologické metody zvané „DNA origami' ve kterém základní párování čtyři DNA nukleotidy se používá k inženýrství a výrobě toho, co se nazývá DNA origami nanostruktury (DON). Tyto nanostruktury – ať už trojúhelníkového, tubulárního nebo obdélníkového tvaru – pak lze využít k provádění různých úkolů uvnitř těla. Architektura takových nanostruktury se ideálně hodí pro živé systémy, protože jsou stabilní a mají nízkou toxicitu a imunogenicitu.
DNA origami nanostruktury se samy sestaví a zachytí na různých částech ledvin a vytvoří kolem nich ochrannou vrstvu. To bylo pozorováno při hodnocení jejich fyziologické distribuce pomocí kvantitativního zobrazování pomocí pozitronové emisní tomografie (PET). Jejich studie je publikována v Přírodní biomedicínské inženýrství. Skupina připravila různé DNA origami struktury a také používané rádio značení ke studiu jejich chování v myších ledvinách při jejich analýze pomocí PET zobrazování. Bylo vidět, že se hromadí v ledvinách zdravých myší a také těch, které měly AKI.
Studie ukázala jak DNA origami nanostruktury působí jako rychlý (během pouhých 2 hodin) a velmi aktivní ochrana ledvin a byly také terapeutické při zmírňování symptomů AKI. Při zkoumání jejich distribuce v reálném čase pomocí PET skenu bylo vidět, že zejména obdélníkové nanostruktury byly nejúspěšnější v ochraně ledvin stejným způsobem jako standardní lék. Tyto struktury sledují odpadní produkty obsahující kyslík a izolují buňky před poškozením v důsledku oxidačního stresu. Pomáhají udržovat rovnováhu volných radikálů a antioxidační obranyschopnost v ledvinách a jejich okolí, snižují a zmírňují oxidační stres, který je hlavním zdrojem a příznakem AKI. Opatření přijatá DONy zastavují postup onemocnění ledvin. DONy byly testovány jak na ledvinách živých myší, tak na lidských embryonálních ledvinových buňkách. Tyto struktury působily jako ochranná stráž a zlepšily funkci ledvin u AKI stejně účinně jako tradiční lékové terapie, zejména NAC lék pro AKI.
Struktury DNA origami byly trvale přítomny v ledvinách, což je podle autorů způsobeno několika faktory, včetně rezistence DONů vůči trávicím enzymům a jejich vyhýbání se dozoru imunitního systému. Fyziologicky bylo zlepšení funkce ledvin hodnoceno sledováním hladin sérového kreatininu a dusíku močoviny v krvi a bylo zřejmé, že došlo k významnému zlepšení vylučovací funkce ledvin srovnatelné se standardní medikamentózní terapií.
Tato multidisciplinární studie kombinuje odborné znalosti z nanomedicíny a zobrazování in vivo a je vůbec první, která zkoumala distribuci DNA nanostruktury v živém systému živým sledováním jejich chování. DONy mají nízkou toxicitu v hlavních orgánech těla, takže jsou ideální pro klinické použití u lidí. Tato moderní technologie je pevným základem, který může poskytnout lokalizovanou ochranu ledvin před AKI a lze ji použít k navrhování nových terapeutických přístupů k léčbě AKI a dalších onemocnění ledvin. Řešení onemocnění ledvin by se mohlo stát realitou pro pacienty s akutním poškozením ledvin. Studie přidává k potenciálu terapeutických programovatelných nanostruktur, které mohou být použity pro cílené podávání léků a opravy orgánů a tkání v těle.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Jiang D a kol. 2018. DNA origami nanostruktury mohou vykazovat preferenční renální příjem a zmírňovat akutní poškození ledvin. Přírodní biomedicínské inženýrství. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
