Un nuovo studio basato sulla nanotecnologia genera speranza per il trattamento del danno renale acuto e dell'insufficienza.
Il rene è un organo vitale essenziale che svolge funzioni critiche nel corpo. Rimuove i rifiuti e l'acqua in eccesso dal nostro flusso sanguigno per produrre l'urina che poi scorre dai reni alla vescica attraverso gli ureteri. Questi rifiuti prodotti nel nostro corpo dalla normale disgregazione dei muscoli e degli alimenti devono essere eliminati ed eliminati in modo efficiente.
In acuto insufficienza renale, ora chiamato danno renale acuto (AKI), le scorie azotate si accumulano rapidamente e la produzione di urina diminuisce, cioè il corpo fa fatica a produrre urina. Ciò avviene entro un breve lasso di tempo (giorni o addirittura ore) dall'insorgenza della malattia causando gravi complicazioni. La principale causa di AKI è lo stress ossidativo che si verifica a causa di un equilibrio disturbato tra i radicali liberi e le difese antiossidanti derivanti dall'aumento dei prodotti di scarto contenenti ossigeno, causando così danni a lipidi, proteine e DNA. Questo scenario provoca infiammazione e fa progredire la malattia renale. Ci sono quindi alte probabilità di sviluppare malattie cardiovascolari e cancro. Ecco perché è noto che gli alimenti e gli integratori ricchi di antiossidanti proteggono dagli effetti nocivi dei prodotti di scarto contenenti ossigeno. Quando la gravità della malattia renale progredisce, sono necessarie terapie di supporto come la reidratazione e la dialisi e potrebbe essere necessario anche il trapianto di rene. Non esiste una cura disponibile per l'AKI che lo renda responsabile di milioni di morti ogni anno.
La protezione e il trattamento dei reni danneggiati rimane un'enorme sfida in medicina. Un farmaco antiossidante NAC (N-acetilcisteina) considerato il gold standard viene generalmente utilizzato per proteggere i reni dalla tossicità durante le procedure, ma questo farmaco ha una scarsa biodisponibilità e quindi un'efficacia limitata.
Approccio nanotecnologico per la terapia
L'applicazione della nanotecnologia nei metodi biomedici, inclusa la terapia, ha preso piede negli ultimi decenni. Ma tali applicazioni hanno mostrato limitazioni nel trattamento delle malattie renali. In un nuovo studio, scienziati statunitensi e cinesi hanno descritto un nuovo metodo preventivo per fermare l'AKI e trattarlo utilizzando la nanotecnologia che coinvolge minuscole forme autoassemblanti che misurano solo un miliardesimo di metro di diametro. Queste forme sono state progettate e sviluppate utilizzando il metodo nanotecnologico denominato 'Origami del DNA' in cui accoppiamento di base di quattro DNA nucleotides is used to engineer and fabricate what is called DNA origami nanostructures (DONs). These nanostructures – either triangular, tubular or rectangular in shape – can be then used for performing various tasks inside the body. The architecture of such nanostrutture è ideale per i sistemi viventi perché sono stabili e hanno bassa tossicità e immunogenicità.
DNA origami nanostructures self-assemble and latch onto different parts of the kidneys and form a protective layer around them. This has been seen when assessing their physiological distribution using quantitative imaging by positron emission tomography (PET). Their study is published in Natura Ingegneria Biomedica. The group prepared various DNA origami structures and also used radio labelling to study their behaviour in mouse kidney while analysing them using PET imaging. They were seen to accumulate in kidneys of healthy mice as well those who had AKI.
The study showed how DNA origami nanostructures act as a fast (within only 2 hours) and very active kidney protectant and were also therapeutic in relieving symptoms of AKI. Upon examination of their real-time distribution using PET scan it was see that rectangular nanostructures particularly were most successful in protecting kidneys in the same manner as a standard drug would. These structures track down oxygen-containing waste products and insulate the cells from damage due to oxidative stress. They help maintain balance of free radicals and anti-oxidant defences in and around the kidney reducing and alleviating oxidative stress which is the leading source and symptom of AKI. The measures taken by DONs stop the kidney disease to progress. DONs were tested both on living mice kidney and human embryonic kidney cells. These structures acted as a protective guard and improved kidney function in AKI as effectively as traditional drug therapies particularly NAC drug for AKI.
Le strutture di origami del DNA erano persistentemente presenti nei reni, il che gli autori suggeriscono sia dovuto a diversi fattori, tra cui la resistenza dei DON agli enzimi digestivi e il loro evitare la sorveglianza del sistema immunitario. Fisiologicamente, il miglioramento della funzione renale è stato valutato osservando i livelli di creatinina sierica e di azoto ureico nel sangue ed era chiaro che c'era un miglioramento significativo della funzione escretoria renale paragonabile alla terapia farmacologica standard.
This multidisciplinary study combines expertise of nanomedicine and in-vivo imaging and is the first ever to investigate distribution of DNA nanostructures in a living system by live tracking their behaviour. DONs have low toxicity in main organs of the body making them ideally suited for clinical use in humans. This modern technology is a strong foundation which can provide localized protection to kidneys from AKI and can be used to design novel therapeutic approaches for treating AKI and other kidney diseases. A solution for kidney diseases could become a reality for patients suffering from acute kidney injury. The study adds to the potential of therapeutic programmable nanostructures which can be used for targeted drug delivery and organ and tissue repair in the body.
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Fonte (s)
Jiang D et al. 2018. DNA origami nanostructures can exhibit preferential renal uptake and alleviate acute kidney injury. Natura Ingegneria Biomedica. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
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