Cada año, hay unos 13,3 millones de casos nuevos de lesión renal aguda IRA, una afección grave. Anteriormente conocida como insuficiencia renal aguda, la dolencia produce una acumulación rápida de desechos nitrogenados y disminuye la producción de orina, generalmente en cuestión de horas o días.de inicio de la enfermedad. A menudo se producen complicaciones graves.
AKI es responsable de 1,7 millones de muertes al año. Proteger los riñones sanos de daños y tratar a los que ya están heridos sigue siendo un desafío importante para la medicina moderna.
En una nueva investigación que aparece en la revista Ingeniería biomédica de la naturaleza , Hao Yan y sus colegas de la Universidad de Wisconsin-Madison y en China describen un nuevo método para tratar y prevenir la IRA. Su técnica implica el uso de formas diminutas y autoensambladas que miden solo mil millonésimas de metro de diámetro.
Yan dirige el Centro de Biodiseño para Diseño Molecular y Biomimética y es el Profesor Distinguido Martin D. Glick en la Facultad de Ciencias Moleculares de ASU.
Las formas triangulares, tubulares y rectangulares están diseñadas y construidas utilizando un método conocido como origami de ADN. Aquí, las propiedades de emparejamiento de bases de los cuatro nucleótidos del ADN se utilizan para diseñar y fabricar nanoestructuras de origami de ADN DON, que se autoensamblan y preferentementeacumularse en los riñones.
"La colaboración interdisciplinaria entre la nanomedicina y el equipo de imágenes in vivo dirigido por el profesor Weibo Cai en la Universidad de Wisconsin-Madison y el equipo de nanotecnología de ADN ha llevado a una nueva aplicación: la aplicación de nanoestructuras de origami de ADN para tratar la lesión renal aguda,"Yan dice." Esto representa un nuevo horizonte para la investigación de nanotecnología de ADN ".
Los experimentos descritos en el nuevo estudio, realizado en ratones y en células de riñón embrionario humano, sugieren que los DON actúan como un protector renal rápido y activo y también pueden aliviar los síntomas de AKI. La distribución de DON se examinó con emisión de positrones.tomografía PET. Los resultados mostraron que las nanoestructuras rectangulares fueron particularmente exitosas, protegiendo a los riñones del daño tan efectivamente como la terapia farmacológica líder y aliviando una fuente principal de AKI conocida como estrés oxidativo.
El estudio es el primero en explorar la distribución de las nanoestructuras de ADN en un sistema vivo mediante imágenes cuantitativas con PET y allana el camino para una serie de nuevos enfoques terapéuticos para el tratamiento de la IRA, así como otras enfermedades renales.
"Este es un excelente ejemplo de ciencia de equipo, con colaboración multidisciplinaria y multinacional", dijo Cai. "Los cuatro grupos de investigación están ubicados en diferentes países, pero se comunican regularmente y tienen experiencia sinérgica. Los tres primeros autores igualmente contribuyentes Dawei Jiang, Zhilei Ge, Hyung-Jun Im también tienen antecedentes muy diferentes, uno en radiomarcado e imagen, uno en nanoestructuras de ADN y el otro en medicina nuclear clínica. Juntos, impulsaron el proyecto ".
órgano vital
Los riñones desempeñan funciones esenciales en el cuerpo, eliminando los desechos y el exceso de agua de la sangre para formar orina. Luego, la orina fluye de los riñones a la vejiga a través de los uréteres. Los desechos en la sangre se producen por la descomposición normal del músculo activo y de los alimentos, que el cuerpo necesita para obtener energía y repararse a sí mismo.
La lesión renal aguda puede variar considerablemente en severidad. En la IRA avanzada, se requiere un trasplante de riñón, así como terapias de apoyo que incluyen rehidratación y diálisis. La IRA inducida por contraste, una forma común de la enfermedad, es causada por agentes de contraste que a veces se usan para mejorarla claridad de las imágenes médicas. Un fármaco antioxidante conocido como N-acetilcisteína NAC se usa clínicamente para proteger los riñones del asalto tóxico durante dichos procedimientos, pero la escasa biodisponibilidad del fármaco en los riñones puede limitar su efectividad. Actualmente,no hay cura conocida para AKI.
La nanomedicina, la ingeniería de átomos o moléculas en la nanoescala para aplicaciones biomédicas, representa una nueva y emocionante vía de exploración y terapia médica. Investigaciones recientes en el campo han impulsado avances que conducen a mejores imágenes y terapias para una variedad de enfermedades, incluido AKI, aunque el uso de nanomateriales dentro de los sistemas vivos para tratar la enfermedad renal hasta ahora ha sido limitado.
Las propiedades de emparejamiento de bases de ácidos nucleicos como el ADN y el ARN permiten el diseño de pequeñas estructuras programables de forma y tamaño predecibles, capaces de realizar una multitud de tareas. Además, estas nanoarquitecturas son deseables para su uso en sistemas vivos debido a su estabilidad, baja toxicidad y baja inmunogenicidad.
Nuevos diseños
El estudio actual marca la primera investigación de nanoestructuras de origami de ADN dentro de organismos vivos, utilizando imágenes cuantitativas para rastrear su comportamiento. Las imágenes PET utilizadas en el estudio permitieron un método cuantitativo y confiable en tiempo real para estudiar la circulación de DON en unorganismo vivo y para evaluar su distribución fisiológica. Los DON rectangulares se identificaron como el tratamiento terapéutico más eficaz para tratar la IRA en ratones, según el análisis de PET.
Yan y sus colegas prepararon una serie de DON y utilizaron el etiquetado de radio para estudiar su comportamiento en el riñón de ratón, utilizando imágenes de PET. Los escáneres PET mostraron que los DON se habían acumulado preferentemente en los riñones de ratones sanos, así como en aquellos con AKI inducidaDe las tres formas utilizadas en los experimentos, los DON rectangulares proporcionaron el mayor beneficio en términos de protección y terapia y fueron comparables en su efecto al medicamento NAC, considerado el tratamiento estándar de oro para AKI.
Los pacientes con enfermedad renal a menudo tienen enfermedades acompañantes, incluida una alta incidencia de enfermedad cardiovascular y neoplasia maligna. La enfermedad renal aguda puede inducirse mediante el proceso de estrés oxidativo, que resulta de un aumento en los productos de desecho que contienen oxígeno conocidos como especies reactivas de oxígeno, que causan daño a los lípidos, proteínas y ADN. Esto puede ocurrir cuando el delicado equilibrio de los radicales libres y las defensas antioxidantes se desestabiliza, causando inflamación y acelerando la progresión de la enfermedad renal. Los alimentos y suplementos ricos en antioxidantes actúan para proteger las célulasde los efectos nocivos de las especies reactivas de oxígeno.
Protección de los riñones con geometría de ADN
Los efectos protectores y terapéuticos de los DON descritos en el nuevo estudio se deben a la capacidad de las nanoestructuras para eliminar especies reactivas de oxígeno, aislando así a las células vulnerables del daño debido al estrés oxidativo. Este efecto se estudió en líneas celulares de riñón embrionario humanoasí como en ratones vivos. La acumulación de nanoestructuras en riñones sanos y enfermos proporcionó un mayor efecto terapéutico en comparación con la terapia AKI tradicional los DON aliviaron el estrés oxidativo dentro de las 2 horas posteriores a la incubación con las células renales afectadas.
Se observó una mejoría en la función renal de AKI, comparable con la administración de altas dosis del fármaco NAC, después de la introducción de nanoestructuras. El examen de muestras de tejido teñidas confirmó aún más los efectos beneficiosos de los DON en el riñón.
Los autores proponen varios mecanismos para explicar la persistencia en los riñones de nanoestructuras de origami correctamente plegadas, incluida su resistencia a las enzimas digestivas, evitar la vigilancia inmunológica y la baja absorción de proteínas.
Los niveles de creatinina sérica y nitrógeno ureico en sangre BUN se usaron para evaluar la función renal en ratones. Los ratones AKI tratados con DON rectangulares mostraron una función excretora renal mejorada comparable a los ratones que recibieron tratamiento usando el fármaco principal NAC.
Además, el equipo estableció la seguridad de los DON rectangulares, evaluando su potencial para provocar una respuesta inmune en ratones mediante el examen de los niveles sanguíneos de interleucina-6 y el factor de necrosis tumoral alfa. Los resultados mostraron que los DON no eran inmunogenéticos y la tinción tisular del corazón, el hígado, el bazo, los pulmones y los riñones revelaron su baja toxicidad en los órganos primarios, haciéndolos candidatos atractivos para uso clínico en humanos.
Basado en la eliminación efectiva de especies reactivas de oxígeno por DON tanto en cultivo de células de riñón humano como en riñón de ratón vivo, el estudio concluye que el enfoque puede proporcionar protección localizada para los riñones contra la AKI e incluso puede ofrecer un tratamiento efectivo para los riñones dañados por AKIu otros trastornos renales.
El exitoso estudio de prueba de concepto amplía el potencial para una nueva generación de nanoestructuras terapéuticas programables, diseñadas para abordar desafíos médicos remotos, desde la administración inteligente de medicamentos hasta la reparación dirigida de órganos y tejidos con precisión.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Richard Harth. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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