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DNA-Origami-Nanostrukturen zur Behandlung von akutem Nierenversagen

MEDIZINDNA-Origami-Nanostrukturen zur Behandlung von akutem Nierenversagen

Eine neuartige, auf Nanotechnologie basierende Studie weckt Hoffnung für die Behandlung von akuten Nierenschäden und -versagen.

Die Niere ist ein lebenswichtiges Organ, das kritische Funktionen im Körper erfüllt. Es entfernt Abfallstoffe und zusätzliches Wasser aus unserem Blutkreislauf, um Urin zu produzieren, der dann durch die Harnleiter von den Nieren in die Blase fließt. Diese Abfallstoffe, die in unserem Körper durch den normalen Abbau von Muskeln und Nahrungsmitteln entstehen, müssen entsorgt und effizient ausgeschieden werden.

Im akuten Nierenversagen, jetzt als akute Nierenschädigung (AKI) bezeichnet, bauen sich schnell stickstoffhaltige Abfälle auf und die Urinausscheidung nimmt ab, dh der Körper hat Mühe, Urin zu produzieren. Dies geschieht innerhalb einer kurzen Zeitspanne (Tage oder sogar Stunden) nach dem Einsetzen der Krankheit, was zu ernsthaften Komplikationen führt. Die Hauptursache für AKI ist oxidativer Stress, der durch ein gestörtes Gleichgewicht zwischen freien Radikalen und antioxidativen Abwehrkräften auftritt, die durch die Zunahme sauerstoffhaltiger Abfallprodukte entstehen und so zu Schäden an Lipiden, Proteinen und . führen DNA. Dieses Szenario verursacht eine Entzündung und fördert die Nierenerkrankung. Dann besteht ein hohes Risiko, an Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs zu erkranken. Aus diesem Grund ist bekannt, dass Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel, die reich an Antioxidantien sind, vor schädlichen Auswirkungen sauerstoffhaltiger Abfallprodukte schützen. Wenn die Schwere der Nierenerkrankung fortschreitet, sind unterstützende Therapien wie Rehydratation und Dialyse erforderlich und sogar eine Nierentransplantation kann erforderlich sein. Es gibt keine Heilung für AKI, wodurch es jedes Jahr für Millionen von Todesfällen verantwortlich ist.

Der Schutz und die Behandlung verletzter Nieren bleibt eine enorme Herausforderung in der Medizin. Ein Antioxidans NAC (N-Acetylcystein), das als Goldstandard gilt, wird im Allgemeinen verwendet, um die Nieren während der Verfahren vor Toxizität zu schützen, aber dieses Medikament hat eine schlechte Bioverfügbarkeit und daher eine begrenzte Wirksamkeit.

Nanotechnologie-Ansatz für die Therapie

Die Anwendung der Nanotechnologie in biomedizinischen Verfahren einschließlich der Therapie hat in den letzten Jahrzehnten an Dynamik gewonnen. Aber solche Anwendungen haben bei der Behandlung von Nierenerkrankungen Grenzen gezeigt. Wissenschaftler aus den USA und China haben in einer neuen Studie eine neuartige präventive Methode beschrieben, um AKI zu stoppen und zu behandeln, indem sie Nanotechnologie mit winzigen, sich selbst zusammensetzenden Formen mit einem Durchmesser von nur einem Milliardstel Meter verwenden. Diese Formen wurden mit der Nanotechnologie-Methode namens ' entworfen und entwickelt.DNA Origami' in welcher Basenpaarung von vier DNA Nukleotide werden verwendet, um sogenannte DNA-Origami-Nanostrukturen (DONs) zu konstruieren und herzustellen. Diese Nanostrukturen – entweder in dreieckiger, röhrenförmiger oder rechteckiger Form – können dann für verschiedene Aufgaben im Körper verwendet werden. Die Architektur eines solchen Nanostrukturen ist ideal für lebende Systeme geeignet, da sie stabil sind und eine geringe Toxizität und Immunogenität aufweisen.

DNA-Origami-Nanostrukturen ordnen sich selbst an und heften sich an verschiedene Teile der Nieren und bilden eine Schutzschicht um sie herum. Dies wurde bei der Beurteilung ihrer physiologischen Verteilung mit quantitativer Bildgebung durch Positronen-Emissions-Tomographie (PET) beobachtet. Ihre Studie ist veröffentlicht in Natur Biomedizintechnik. Die Gruppe bereitete verschiedene DNA-Origami-Strukturen vor und nutzte auch Radiomarkierungen, um ihr Verhalten in Mäusenieren zu untersuchen, während sie sie mit PET-Bildgebung analysierten. Es wurde beobachtet, dass sie sich in den Nieren von gesunden Mäusen sowie denen mit AKI anreicherten.

Die Studie zeigte, wie DNA-Origami-Nanostrukturen als schnelles (innerhalb von nur 2 Stunden) und sehr aktives Nierenschutzmittel wirken und auch bei der Linderung der Symptome von AKI therapeutisch waren. Bei der Untersuchung ihrer Echtzeitverteilung mittels PET-Scan zeigte sich, dass insbesondere rechteckige Nanostrukturen die Nieren am erfolgreichsten schützen, wie es ein Standardmedikament tun würde. Diese Strukturen spüren sauerstoffhaltige Abfallprodukte auf und isolieren die Zellen vor Schäden durch oxidativen Stress. Sie tragen dazu bei, das Gleichgewicht der freien Radikale und der antioxidativen Abwehr in und um die Niere aufrechtzuerhalten, indem sie oxidativen Stress reduzieren und lindern, der die Hauptquelle und das Symptom von AKI ist. Die von DONs ergriffenen Maßnahmen stoppen das Fortschreiten der Nierenerkrankung. DONs wurden sowohl an lebenden Mäusennieren als auch an menschlichen embryonalen Nierenzellen getestet. Diese Strukturen fungierten als Schutzwächter und verbesserten die Nierenfunktion bei AKI ebenso effektiv wie traditionelle medikamentöse Therapien, insbesondere NAC-Medikamente bei AKI.

DNA-Origami-Strukturen waren dauerhaft in den Nieren vorhanden, was nach Ansicht der Autoren auf mehrere Faktoren zurückzuführen ist, darunter die Resistenz von DONs gegenüber Verdauungsenzymen und deren Vermeidung einer Überwachung des Immunsystems. Physiologisch wurde die Verbesserung der Nierenfunktion durch die Feststellung der Serumkreatinin- und Blutharnstoff-Stickstoffspiegel beurteilt, und es war klar, dass eine signifikante Verbesserung der Nierenausscheidungsfunktion vergleichbar mit der medikamentösen Standardtherapie auftrat.

Diese multidisziplinäre Studie kombiniert Expertise aus Nanomedizin und In-vivo-Bildgebung und ist die erste, die die Verteilung von DNA-Nanostrukturen in einem lebenden System durch Live-Tracking ihres Verhaltens untersucht. DONs weisen eine geringe Toxizität in den Hauptorganen des Körpers auf, wodurch sie sich ideal für die klinische Anwendung beim Menschen eignen. Diese moderne Technologie ist eine starke Grundlage, die den Nieren vor AKI einen lokalisierten Schutz bietet und zur Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze zur Behandlung von AKI und anderen Nierenerkrankungen verwendet werden kann. Eine Lösung für Nierenerkrankungen könnte für Patienten mit akuten Nierenschäden Realität werden. Die Studie trägt zum Potenzial therapeutisch programmierbarer Nanostrukturen bei, die für die gezielte Wirkstoffabgabe und die Reparatur von Organen und Geweben im Körper verwendet werden können.

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{Sie können das ursprüngliche Forschungspapier lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}

Quelle (n)

Jiang D et al. 2018. DNA-Origami-Nanostrukturen können eine bevorzugte renale Aufnahme aufweisen und akute Nierenschäden lindern. Natur Biomedizintechnik. 2(1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8

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