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Nanostrutture DNA Origami per il trattamento dell'insufficienza renale acuta

MEDICINANanostrutture 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 quelle che vengono chiamate nanostrutture di origami di DNA (DON). Queste nanostrutture – di forma triangolare, tubolare o rettangolare – possono quindi essere utilizzate per eseguire 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.

Le nanostrutture di origami di DNA si autoassemblano e si agganciano a diverse parti dei reni e formano uno strato protettivo attorno a loro. Questo è stato visto quando si valuta 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 ha preparato varie strutture di origami del DNA e ha anche usato la radiomarcatura per studiare il loro comportamento nel rene di topo mentre le analizzava usando l'imaging PET. Sono stati visti accumularsi nei reni di topi sani e anche di quelli che avevano AKI.

Lo studio ha mostrato come le nanostrutture di origami di DNA agiscono come un protettore renale veloce (entro solo 2 ore) e molto attivo e sono anche terapeutiche nell'alleviare i sintomi dell'AKI. Dopo aver esaminato la loro distribuzione in tempo reale utilizzando la scansione PET, si è visto che le nanostrutture rettangolari in particolare hanno avuto maggior successo nella protezione dei 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 dentro e intorno al rene, riducendo e alleviando lo stress ossidativo che è la principale fonte e sintomo di AKI. Le misure prese dai DON impediscono il progresso della malattia renale. I DON sono stati testati sia su reni di topi viventi che su cellule renali embrionali umane. Queste strutture hanno agito come una guardia protettiva e hanno migliorato la funzione renale nell'AKI con la stessa efficacia delle terapie farmacologiche tradizionali, in particolare il farmaco 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 l'esperienza della nanomedicina e dell'imaging in vivo ed è il primo in assoluto a studiare la distribuzione delle nanostrutture di DNA in un sistema vivente monitorando in tempo reale il loro comportamento. I DON hanno una bassa tossicità negli organi principali del corpo, il che li rende ideali per l'uso clinico nell'uomo. Questa moderna tecnologia è una solida base che può fornire una protezione localizzata ai reni dall'AKI e può essere utilizzata per progettare nuovi approcci terapeutici per il trattamento dell'AKI e altre malattie renali. Una soluzione per le malattie renali potrebbe diventare una realtà per i pazienti affetti da insufficienza renale acuta. Lo studio aumenta 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. Le nanostrutture di origami di DNA 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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