En ny studie baserad på nanoteknik skapar hopp om att behandla akuta njurskador och njursvikt.
Njure är ett viktigt livsviktigt organ som utför viktiga funktioner i kroppen. Det tar bort avfall och extra vatten från vår blodbana för att producera urin som sedan rinner från njurarna till urinblåsan genom urinledarna. Dessa avfall som produceras i vår kropp från normal nedbrytning av muskler och livsmedel måste kasseras och utsöndras effektivt.
I akut njursvikt, nu kallad Acute Kidney Injury (AKI) kvävehaltigt avfall byggs snabbt upp och urinproduktionen minskar, dvs. kroppen kämpar för att producera urin. Detta inträffar inom en kort tidsrymd (dagar eller till och med timmar) efter uppkomsten av den åkomma som orsakar allvarliga komplikationer. Den främsta orsaken till AKI är oxidativ stress som uppstår på grund av störd balans mellan fria radikaler och antioxidantförsvar till följd av en ökning av syrehaltiga avfallsprodukter som därmed orsakar skador på lipider, proteiner och DNA-. Detta scenario orsakar inflammation och framskrider njursjukdomen. Det finns då stora chanser att utveckla hjärt- och kärlsjukdomar och cancer. Det är därför antioxidantrika livsmedel och kosttillskott är kända för att skydda mot skadliga effekter av syrehaltiga avfallsprodukter. När svårighetsgraden av njursjukdomen ökar, behövs stödterapier som rehydrering och dialys och till och med njurtransplantation kan krävas. Det finns inget botemedel för AKI som gör det ansvarigt för miljontals dödsfall varje år.
Att skydda och behandla skadade njurar är fortfarande en enorm utmaning inom medicinen. Ett antioxidantläkemedel NAC (N-acetylcystein) som anses vara guldstandarden används i allmänhet för att skydda njurar från toxicitet under procedurer, men detta läkemedel har dålig biotillgänglighet och har därför begränsad effektivitet.
Nanoteknik för terapi
Tillämpningen av nanoteknik i biomedicinska metoder inklusive terapi har tagit fart under de senaste decennierna. Men sådana applikationer har visat begränsningar vid behandling av njursjukdomar. I en ny studie har forskare från USA och Kina beskrivit en ny förebyggande metod för att stoppa AKI och behandla den genom att använda nanoteknik som involverar små självmonterande former som mäter bara en miljarddels meter i diameter. Dessa former designades och utvecklades med den nanoteknologiska metoden som kallas 'DNA-origami' i vilken basparning av fyra DNA- nukleotider används för att konstruera och tillverka vad som kallas DNA- origami nanostrukturer (DON). Dessa nanostrukturer – antingen triangulära, rörformiga eller rektangulära till formen – kan sedan användas för att utföra olika uppgifter inuti kroppen. Arkitekturen av sådana nanostrukturer är idealiskt lämpad för levande system eftersom de är stabila och har låg toxicitet och immunogenicitet.
DNA- origami nanostrukturer självmonterar och låser sig på olika delar av njurarna och bildar ett skyddande lager runt dem. Detta har setts vid bedömning av deras fysiologiska fördelning med hjälp av kvantitativ avbildning genom positronemissionstomografi (PET). Deras studie publiceras i Naturbiomedicinsk teknik. Gruppen förberedde olika DNA- origami strukturer och också används radio märkning för att studera deras beteende i musnjure samtidigt som de analyseras med PET-avbildning. De sågs ackumuleras i njurarna hos friska möss samt de som hade AKI.
Studien visade hur DNA- origami nanostrukturer fungerar som ett snabbt (inom bara 2 timmar) och mycket aktivt njurskydd och var också terapeutiska för att lindra symtom på AKI. Vid undersökning av deras realtidsdistribution med PET-skanning kunde man se att rektangulära nanostrukturer var mest framgångsrika för att skydda njurarna på samma sätt som ett standardläkemedel skulle göra. Dessa strukturer spårar upp syrehaltiga avfallsprodukter och isolerar cellerna från skador på grund av oxidativ stress. De hjälper till att upprätthålla balansen mellan fria radikaler och antioxidantförsvar i och runt njurarna och minskar och lindrar oxidativ stress som är den ledande källan och symtomet på AKI. De åtgärder som vidtas av DONs stoppar njursjukdomen att utvecklas. DONs testades både på levande möss njure och mänskliga embryonala njurceller. Dessa strukturer fungerade som ett skyddande skydd och förbättrade njurfunktionen i AKI lika effektivt som traditionella läkemedelsterapier, särskilt NAC-läkemedel för AKI.
DNA-origamistrukturer var ständigt närvarande i njurarna, vilket författarna antyder beror på flera faktorer, inklusive resistens hos DONs mot matsmältningsenzymer och deras undvikande av övervakning av immunsystemet. Fysiologiskt utvärderades förbättring av njurfunktionen genom att notera nivåer av serumkreatinin och blodkarbamidkväve och det var tydligt att det fanns en signifikant förbättring av njurens utsöndringsfunktion jämförbar med vanlig läkemedelsbehandling.
Denna multidisciplinära studie kombinerar expertis inom nanomedicin och in vivo-avbildning och är den första någonsin att undersöka distribution av DNA- nanostrukturer i ett levande system genom att spåra deras beteende live. DONs har låg toxicitet i kroppens huvudorgan vilket gör dem idealiska för klinisk användning på människor. Denna moderna teknologi är en stark grund som kan ge lokaliserat skydd till njurar från AKI och kan användas för att designa nya terapeutiska metoder för att behandla AKI och andra njursjukdomar. En lösning för njursjukdomar kan bli verklighet för patienter som lider av akut njurskada. Studien lägger till potentialen hos terapeutiska programmerbara nanostrukturer som kan användas för riktad läkemedelsleverans och organ- och vävnadsreparation i kroppen.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Jiang D et al. 2018. DNA- origami nanostrukturer kan uppvisa preferentiellt njurupptag och lindra akut njurskada. Naturbiomedicinsk teknik. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
