Nova studija temeljena na nanotehnologiji stvara nadu za liječenje akutne ozljede i zatajenja bubrega.
Bubrezi su bitan vitalni organ koji obavlja kritične funkcije u tijelu. Uklanja otpadne tvari i dodatnu vodu iz našeg krvotoka kako bi proizveo urin koji zatim teče od bubrega do mokraćnog mjehura kroz mokraćovode. Ovi otpad koji nastaje u našem tijelu normalnim razgradnjom mišića i hrane mora se odbaciti i učinkovito izlučiti.
U akutnom zatajenja bubrega, koji se sada naziva akutna ozljeda bubrega (AKI) dušikovi otpadni tvari brzo se nakupljaju i izlučivanje urina se smanjuje, tj. tijelo se bori s proizvodnjom urina. To se događa u kratkom vremenskom razdoblju (danima ili čak satima) od početka bolesti i uzrokuje ozbiljne komplikacije. Vodeći uzrok AKI-ja je oksidativni stres koji nastaje zbog poremećene ravnoteže između slobodnih radikala i antioksidativne obrane koja je rezultat povećanja otpadnih produkata koji sadrže kisik, što uzrokuje oštećenje lipida, proteina i DNA. Ovaj scenarij uzrokuje upalu i pospješuje bubrežnu bolest. Tada su velike šanse za razvoj kardiovaskularnih bolesti i raka. Zato je poznato da hrana i dodaci bogata antioksidansima štite od štetnih učinaka otpadnih proizvoda koji sadrže kisik. Kada ozbiljnost bubrežne bolesti napreduje, potrebne su potporne terapije kao što su rehidracija i dijaliza, pa čak može biti potrebna i transplantacija bubrega. Ne postoji lijek za AKI što ga čini odgovornim za milijune smrti svake godine.
Zaštita i liječenje ozlijeđenih bubrega ostaje ogroman izazov u medicini. Antioksidativni lijek NAC (N-acetilcistein) koji se smatra zlatnim standardom općenito se koristi za zaštitu bubrega od toksičnosti tijekom zahvata, ali ovaj lijek ima slabu bioraspoloživost i stoga ima ograničenu učinkovitost.
Nanotehnološki pristup u terapiji
Primjena nanotehnologije u biomedicinskim metodama, uključujući terapiju, dobila je ritam posljednjih desetljeća. Ali takve primjene su pokazale ograničenje u liječenju bubrežnih bolesti. U novoj studiji, znanstvenici iz SAD-a i Kine opisali su novu preventivnu metodu za zaustavljanje AKI-ja i njegovo liječenje korištenjem nanotehnologije koja uključuje malene samosastavljive oblike čija je promjera samo milijardni dio metra. Ovi oblici su dizajnirani i razvijeni korištenjem nanotehnološke metode pod nazivom 'DNK origami' u kojem sparivanje baza četiri DNA nukleotida koristi se za inženjering i proizvodnju onoga što se zove DNA origami nanostrukture (DON). Te nanostrukture – bilo trokutastog, cjevastog ili pravokutnog oblika – mogu se zatim koristiti za obavljanje raznih zadataka unutar tijela. Arhitektura takvog nanostrukture je idealno prikladan za žive sustave jer su stabilni i imaju nisku toksičnost i imunogenost.
DNA origami nanostrukture se same sastavljaju i pričvršćuju na različite dijelove bubrega te stvaraju zaštitni sloj oko njih. To je uočeno pri procjeni njihove fiziološke distribucije korištenjem kvantitativnog snimanja pozitronskom emisijskom tomografijom (PET). Njihova studija objavljena je u Biomedicinsko inženjerstvo prirode. Grupa je pripremala razne DNA origami strukture i također se koristi radio označavanje za proučavanje njihovog ponašanja u bubrezima miša dok ih analizirate pomoću PET snimanja. Uočeno je da se nakupljaju u bubrezima zdravih miševa, kao i onih koji su imali AKI.
Studija je pokazala kako DNA origami nanostrukture djeluju kao brz (unutar samo 2 sata) i vrlo aktivan zaštitnik bubrega, a bile su i terapeutske u ublažavanju simptoma AKI. Nakon ispitivanja njihove distribucije u stvarnom vremenu pomoću PET skeniranja, pokazalo se da su pravokutne nanostrukture posebno bile najuspješnije u zaštiti bubrega na isti način kao što bi to učinio standardni lijek. Ove strukture prate otpadne proizvode koji sadrže kisik i izoliraju stanice od oštećenja uzrokovanih oksidativnim stresom. Pomažu u održavanju ravnoteže slobodnih radikala i antioksidativne obrane u i oko bubrega smanjujući i ublažavajući oksidativni stres koji je vodeći izvor i simptom AKI. Mjere koje poduzima DON zaustavljaju napredovanje bolesti bubrega. DON-ovi su testirani na živim mišjim bubrezima i bubrežnim stanicama ljudskog embrija. Ove su strukture djelovale kao zaštitni zaštitnik i poboljšale funkciju bubrega kod AKI jednako učinkovito kao i tradicionalne terapije lijekovima, posebno NAC lijek za AKI.
DNA origami strukture bile su stalno prisutne u bubrezima za što autori sugeriraju da je posljedica nekoliko čimbenika uključujući otpornost DON-a na probavne enzime i njihovo izbjegavanje nadzora imunološkog sustava. Fiziološki, poboljšanje funkcije bubrega procijenjeno je primjećivanjem razina serumskog kreatinina i dušika uree u krvi i bilo je jasno da je došlo do značajnog poboljšanja izlučne funkcije bubrega usporedivo sa standardnom terapijom lijekovima.
Ova multidisciplinarna studija kombinira stručnost nanomedicine i in-vivo snimanja i prva je koja istražuje distribuciju DNA nanostrukture u živom sustavu praćenjem njihovog ponašanja uživo. DON-ovi imaju nisku toksičnost u glavnim organima tijela, što ih čini idealnim za kliničku upotrebu kod ljudi. Ova moderna tehnologija snažan je temelj koji može pružiti lokaliziranu zaštitu bubrega od AKI i može se koristiti za osmišljavanje novih terapijskih pristupa za liječenje AKI i drugih bolesti bubrega. Rješenje za bubrežne bolesti moglo bi postati stvarnost za pacijente s akutnim oštećenjem bubrega. Studija pridonosi potencijalu terapeutskih programabilnih nanostruktura koje se mogu koristiti za ciljanu isporuku lijekova i popravak organa i tkiva u tijelu.
***
{Izvorni istraživački rad možete pročitati klikom na vezu DOI koja se nalazi u nastavku na popisu citiranih izvora}
Izvor (i)
Jiang D i sur. 2018. DNA origami nanostrukture mogu pokazati preferencijalni unos u bubrege i ublažiti akutnu ozljedu bubrega. Biomedicinsko inženjerstvo prirode. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
