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Nanostrutture DNA Origami per il trattamento dell'insufficienza renale acuta

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 i nucleotidi vengono utilizzati per progettare e fabbricare ciò che viene chiamato DNA nanostrutture di origami (DON). Queste nanostrutture – di forma triangolare, tubolare o rettangolare – possono quindi essere utilizzate per svolgere vari compiti all’interno del corpo. L'architettura di tale nanostrutture è ideale per i sistemi viventi perché sono stabili e hanno bassa tossicità e immunogenicità.

DNA Le nanostrutture di origami si autoassemblano e si attaccano a diverse parti dei reni e formano uno strato protettivo attorno ad essi. Ciò è stato osservato valutando la loro distribuzione fisiologica utilizzando l'imaging quantitativo mediante tomografia a emissione di positroni (PET). Il loro studio è pubblicato in Natura Ingegneria Biomedica. Il gruppo ne ha preparati vari DNA strutture origami e anche usate radio etichettatura per studiare il loro comportamento nei reni dei topi analizzandoli mediante l'imaging PET. È stato osservato che si accumulavano nei reni dei topi sani e di quelli affetti da AKI.

Lo studio ha mostrato come DNA Le nanostrutture degli origami agiscono come un protettore renale veloce (entro solo 2 ore) e molto attivo e sono state anche terapeutiche nell'alleviare i sintomi dell'AKI. Esaminando la loro distribuzione in tempo reale utilizzando la scansione PET si è visto che soprattutto le nanostrutture rettangolari erano più efficaci nel proteggere i reni allo stesso modo di un farmaco standard. Queste strutture rintracciano i prodotti di scarto contenenti ossigeno e isolano le cellule dai danni dovuti allo stress ossidativo. Aiutano a mantenere l'equilibrio dei radicali liberi e delle difese antiossidanti all'interno e intorno al rene, riducendo e alleviando lo stress ossidativo che è la principale fonte e sintomo dell'AKI. Le misure adottate dai DON impediscono alla malattia renale di progredire. I DON sono stati testati sia su reni di topi vivi che su cellule renali embrionali umane. Queste strutture hanno agito come una guardia protettiva e hanno migliorato la funzionalità renale nell’AKI con la stessa efficacia delle terapie farmacologiche tradizionali, in particolare dei farmaci NAC per l’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.

Questo studio multidisciplinare combina competenze di nanomedicina e imaging in vivo ed è il primo in assoluto a indagare sulla distribuzione di DNA nanostrutture in un sistema vivente monitorandone in tempo reale il comportamento. I DON hanno una bassa tossicità nei principali organi del corpo, il che li rende ideali per l'uso clinico negli esseri umani. Questa moderna tecnologia costituisce una solida base in grado di fornire protezione localizzata ai reni dall’AKI e può essere utilizzata per progettare nuovi approcci terapeutici per il trattamento dell’AKI e di altre malattie renali. Una soluzione per le malattie renali potrebbe diventare realtà per i pazienti affetti da danno renale acuto. Lo studio accresce il potenziale delle nanostrutture terapeutiche programmabili che possono essere utilizzate per la somministrazione mirata di farmaci e la riparazione di organi e tessuti nel corpo.

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{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

Jiang D et al. 2018. DNA Le nanostrutture di origami possono mostrare un assorbimento renale preferenziale e alleviare il danno renale acuto. Natura Ingegneria Biomedica. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8

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