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用于治疗急性肾衰竭的 DNA 折纸纳米结构

一项基于纳米技术的新研究为治疗急性肾损伤和衰竭带来了希望。

肾脏是重要的重要器官,在体内执行关键功能。 它从我们的血液中去除废物和多余的水,产生尿液,然后通过输尿管从肾脏流到膀胱。 这些由肌肉和食物正常分解而在我们体内产生的废物必须被有效地丢弃和排泄。

在急性 肾功能衰竭,现在称为急性肾损伤 (AKI) 含氮废物迅速积聚和尿量减少,即身体努力产生尿液。 这种情况发生在疾病发作的短时间内(几天甚至几小时),会导致严重的并发症。 AKI 的主要原因是氧化应激,这是由于含氧废物增加导致自由基和抗氧化防御之间的平衡受到干扰,从而对脂质、蛋白质和 的DNA. 这种情况会导致炎症并加重肾脏疾病。 那么患心血管疾病和癌症的几率就很高。 这就是为什么众所周知富含抗氧化剂的食物和补充剂可以防止含氧废物的有害影响。 当肾脏疾病严重时,需要补液和透析等支持疗法,甚至可能需要肾移植。 AKI 没有可用的治愈方法,因此每年造成数百万人死亡。

保护和治疗受伤的肾脏仍然是医学上的一个巨大挑战。 被认为是金标准的抗氧化药物 NAC(N-乙酰半胱氨酸)通常用于在手术过程中保护肾脏免受毒性,但这种药物的生物利用度较差,因此效果有限。

用于治疗的纳米技术方法

近几十年来,纳米技术在包括治疗在内的生物医学方法中的应用步伐加快。 但此类应用在治疗肾脏疾病方面表现出局限性。 在一项新研究中,来自美国和中国的科学家描述了一种阻止 AKI 并通过使用纳米技术治疗 AKI 的新方法,该技术涉及直径仅为十亿分之一米的微小自组装形式。 这些形状是使用纳米技术方法设计和开发的,称为“DNA折纸' 其中四个碱基配对 的DNA 核苷酸被用来设计和制造所谓的 的DNA 折纸纳米结构(DON)。这些纳米结构(形状为三角形、管状或矩形)可用于在体内执行各种任务。此类的架构 纳米结构 非常适合生命系统,因为它们稳定且具有低毒性和免疫原性。

的DNA 折纸纳米结构自组装并附着在肾脏的不同部位,并在它们周围形成保护层。当使用正电子发射断层扫描(PET)定量成像评估它们的生理分布时,已经发现了这一点。他们的研究发表在 Nature Biomedical Engineering。小组准备了各种 的DNA 折纸结构也被使用 无线电电路 标记以研究它们在小鼠肾脏中的行为,同时使用 PET 成像对其进行分析。研究发现,它们在健康小鼠以及患有 AKI 的小鼠的肾脏中积聚。

该研究表明如何 的DNA 折纸纳米结构可作为一种快速(仅 2 小时内)且非常活跃的肾脏保护剂,并且还可用于缓解 AKI 症状。使用 PET 扫描检查其实时分布后发现,矩形纳米结构在保护肾脏方面尤其成功,其方式与标准药物相同。这些结构追踪含氧废物,并使细胞免受氧化应激造成的损害。它们有助于维持肾脏及其周围自由基和抗氧化防御的平衡,减少和缓解氧化应激,氧化应激是 AKI 的主要来源和症状。 DON 采取的措施可以阻止肾脏疾病的进展。在活体小鼠肾脏和人胚胎肾细胞上测试了 DON。这些结构在 AKI 中充当保护卫并改善肾功能,与传统药物疗法(尤其是 AKI 的 NAC 药物)一样有效。

DNA 折纸结构持续存在于肾脏中,作者认为这是由于多种因素造成的,包括 DON 对消化酶的抵抗力以及它们避免免疫系统监视。 在生理上,通过观察血清肌酐和血尿素氮水平来评估肾功能的改善,很明显,与标准药物治疗相比,肾排泄功能有显着改善。

这项多学科研究结合了纳米医学和体内成像的专业知识,是有史以来第一个调查纳米医学分布的研究 的DNA 通过实时跟踪生命系统中的纳米结构的行为。 DON 对人体主要器官的毒性较低,非常适合人类临床应用。这项现代技术奠定了坚实的基础,可以为肾脏提供针对 AKI 的局部保护,并可用于设计治疗 AKI 和其他肾脏疾病的新治疗方法。对于患有急性肾损伤的患者来说,肾脏疾病的解决方案可能成为现实。该研究增加了治疗性可编程纳米结构的潜力,可用于体内靶向药物输送以及器官和组织修复。

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

姜德等人。 2018. 的DNA 折纸纳米结构可以表现出优先的肾脏摄取并减轻急性肾损伤。 Nature Biomedical Engineering. 2(1)。 https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8

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