Jauns pētījums, kas balstīts uz nanotehnoloģiju, rada cerību ārstēt akūtu nieru bojājumu un mazspēju.
Nieres ir būtisks orgāns, kas organismā veic kritiskas funkcijas. Tas izvada atkritumus un papildu ūdeni no mūsu asinsrites, veidojot urīnu, kas pēc tam caur urīnvadiem plūst no nierēm uz urīnpūsli. Šie atkritumi, kas rodas mūsu ķermenī normālas muskuļu un pārtikas sadalīšanās rezultātā, ir jāiznīcina un efektīvi jāizvada.
Akūtā formā nieru mazspēja, ko tagad sauc par akūtu nieru bojājumu (AKI), ātri uzkrājas slāpekļa atkritumi un samazinās urīna izdalīšanās, ti, ķermenis cīnās ar urīna ražošanu. Tas notiek īsā laika posmā (dienas vai pat stundas) pēc slimības sākuma, izraisot nopietnas komplikācijas. Galvenais AKI cēlonis ir oksidatīvais stress, kas rodas sakarā ar izjauktu līdzsvaru starp brīvajiem radikāļiem un antioksidantu aizsardzību, ko izraisa skābekli saturošu atkritumu produktu palielināšanās, tādējādi radot bojājumus lipīdiem, olbaltumvielām un DNS. Šis scenārijs izraisa iekaisumu un veicina nieru slimību. Tad ir liela iespēja saslimt ar sirds un asinsvadu slimībām un vēzi. Tāpēc ir zināms, ka ar antioksidantiem bagāti pārtikas produkti un uztura bagātinātāji pasargā no skābekli saturošu atkritumu produktu kaitīgās ietekmes. Kad nieru slimība progresē, ir nepieciešama atbalsta terapija, piemēram, rehidratācija un dialīze, un var būt nepieciešama pat nieres transplantācija. Nav pieejams AKI līdzeklis, kas katru gadu izraisa miljoniem nāves gadījumu.
Ievainoto nieru aizsardzība un ārstēšana joprojām ir milzīgs izaicinājums medicīnā. Antioksidantu zāles NAC (N-acetilcisteīns), ko uzskata par zelta standartu, parasti izmanto, lai aizsargātu nieres no toksicitātes procedūru laikā, taču šīm zālēm ir slikta biopieejamība, un tāpēc tās efektivitāte ir ierobežota.
Nanotehnoloģiju pieeja terapijā
Nanotehnoloģiju pielietošana biomedicīnas metodēs, tostarp terapijā, pēdējās desmitgadēs ir palielinājusies. Taču šādi lietojumi ir parādījuši ierobežojumus nieru slimību ārstēšanā. Jaunā pētījumā ASV un Ķīnas zinātnieki ir aprakstījuši jaunu profilaktisko metodi AKI apturēšanai un tās ārstēšanai, izmantojot nanotehnoloģiju, kas ietver sīkas pašsamontējošas formas, kuru diametrs ir tikai miljardā daļa no metra. Šīs formas tika izstrādātas un izstrādātas, izmantojot nanotehnoloģiju metodi, ko sauc par "DNS origami' kurā četru bāzes pārī DNS nukleotīdus izmanto, lai izstrādātu un izgatavotu to, ko sauc DNS origami nanostruktūras (DON). Šīs nanostruktūras – trīsstūrveida, cauruļveida vai taisnstūrveida formas – pēc tam var tikt izmantotas dažādu uzdevumu veikšanai ķermeņa iekšienē. Tādu arhitektūra nanostruktūras ir ideāli piemērots dzīvām sistēmām, jo tās ir stabilas un tām ir zema toksicitāte un imunogenitāte.
DNS origami nanostruktūras paši savāc un nofiksējas uz dažādām nieru daļām un veido aizsargslāni ap tām. Tas tika novērots, novērtējot to fizioloģisko sadalījumu, izmantojot kvantitatīvu attēlveidošanu ar pozitronu emisijas tomogrāfiju (PET). Viņu pētījums ir publicēts Dabas biomedicīnas inženierija. Grupa gatavoja dažādus DNS origami struktūras un arī izmantotas radio marķēšanu, lai izpētītu viņu uzvedību peles nierēs, vienlaikus analizējot tās, izmantojot PET attēlveidošanu. Tika novērots, ka tie uzkrājas veselu peļu, kā arī to peļu nierēs, kurām bija AKI.
Pētījums parādīja, kā DNS origami nanostruktūras darbojas kā ātrs (tikai 2 stundu laikā) un ļoti aktīvs nieru aizsarglīdzeklis, kā arī bija terapeitisks līdzeklis AKI simptomu mazināšanai. Pārbaudot to izplatību reāllaikā, izmantojot PET skenēšanu, tika konstatēts, ka taisnstūrveida nanostruktūras īpaši veiksmīgi aizsargā nieres tādā pašā veidā kā standarta zāles. Šīs struktūras izseko skābekli saturošus atkritumu produktus un izolē šūnas no oksidatīvā stresa izraisītiem bojājumiem. Tie palīdz uzturēt brīvo radikāļu līdzsvaru un antioksidantu aizsardzību nierēs un ap tām, samazinot un mazinot oksidatīvo stresu, kas ir galvenais AKI avots un simptoms. DON veiktie pasākumi aptur nieru slimības progresēšanu. DON tika pārbaudīti gan uz dzīvām peļu nierēm, gan cilvēka embrija nieru šūnām. Šīs struktūras darbojās kā aizsargsargs un uzlaboja nieru darbību AKI tikpat efektīvi kā tradicionālās zāļu terapijas, īpaši NAC zāles AKI.
DNS origami struktūras pastāvīgi atradās nierēs, ko autori norāda, ka tas ir saistīts ar vairākiem faktoriem, tostarp DON rezistenci pret gremošanas enzīmiem un to izvairīšanos no imūnsistēmas uzraudzības. Fizioloģiski nieru darbības uzlabošanās tika novērtēta, atzīmējot seruma kreatinīna un urīnvielas slāpekļa līmeni asinīs, un bija skaidrs, ka nieru ekskrēcijas funkcija ir ievērojami uzlabojusies, kas ir salīdzināma ar standarta zāļu terapiju.
Šis daudzdisciplīnu pētījums apvieno nanomedicīnas un in vivo attēlveidošanas zināšanas un ir pirmais, kas pēta DNS nanostruktūras dzīvā sistēmā, tiešraidē izsekojot to uzvedību. DON ir zema toksicitāte galvenajos ķermeņa orgānos, tāpēc tie ir ideāli piemēroti klīniskai lietošanai cilvēkiem. Šī modernā tehnoloģija ir spēcīgs pamats, kas var nodrošināt lokālu nieru aizsardzību pret AKI, un to var izmantot, lai izstrādātu jaunas terapeitiskās pieejas AKI un citu nieru slimību ārstēšanai. Nieru slimību risinājums varētu kļūt par realitāti pacientiem, kuri cieš no akūtas nieru traumas. Pētījums papildina terapeitiski programmējamu nanostruktūru potenciālu, ko var izmantot mērķtiecīgai zāļu piegādei un orgānu un audu atjaunošanai organismā.
***
Avots (-i)
Jiang D et al. 2018. gads. DNS origami nanostruktūras var uzrādīt preferenciālu nieru uzņemšanu un atvieglot akūtu nieru bojājumu. Dabas biomedicīnas inženierija. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
