Abbildung zeigt die erkrankte Niere links und eine nanobehandelte Niere rechts. Shireen Dooling für die Arizona State University
A neu Nanotechnologie Die Lösung von Ingenieuren gibt Patienten mit akuten Nierenverletzungen Hoffnung.
Es sind vorbei 13,3 Millionen neue Fälle von Nierenversagen jedes Jahr und die Ergebnisse der diagnostizierten Patienten sind selten positiv. Akute Nierenverletzung AKI führt häufig zu einer schnellen Ansammlung von Abfällen und dazu, dass der Körper Schwierigkeiten hat, Urin zu produzieren. Die Komplikationen treten bereits nach Stunden oder Tagen der Krankheit auf.
Über 1,7 Millionen Menschen sterben jedes Jahr aufgrund von Komplikationen mit AKI. Allerdings kann es für die moderne Medizin schwierig sein, die Nieren gesund zu halten, wenn sie einmal verletzt sind.
Ein internationales Team von Bioingenieuren hat eine vorbeugende Maßnahme entwickelt, um zu verhindern, dass AKI ein weiteres Nierenpaar ruiniert. Selbstorganisierende Nanotechnologie würde sich als Form einer Schutzschicht an den Nieren festsetzen.
Die Forschung wurde in einer aktuellen Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht Naturbiomedizintechnik .
DNA-Origami auf Nanoebene
Das Team erstellte dreieckige, röhrenförmige und rechteckige Formen mithilfe einer Methode namens DNA-Origami. Sie verwendeten die Basenpaarung eines DNA-Strangs, um neue Strukturen herzustellen, die sich in verschiedenen Teilen der Nieren zusammensetzen.
Professor Hao Yan von der Arizona State University arbeitete mit der Universität von Wisconsin-Madison und Forschern aus China zusammen, um die Lösung zu entwickeln. Yan sagte, die Zusammenarbeit sei erforderlich, um die einzigartigen Nanostrukturen zu schaffen.
"Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen der Nanomedizin und dem In-vivo-Bildgebungsteam unter der Leitung von Professor Weibo Cai an der Universität von Wisconsin-Madison und dem DNA-Nanotechnologieteam hat zu einer neuartigen Anwendung geführt - der Anwendung von DNA-Origami-Nanostrukturen zur Behandlung von akuten Nierenverletzungen."Yan bemerkte." Dies stellt einen neuen Horizont für die DNA-Nanotechnologie-Forschung dar. "
Das Team testete die DNA-Origami-Nanostrukturen DONs sowohl an Mäusen als auch an menschlichen embryonalen Nierenzellen. Sie fanden heraus, dass DONs als schnell wirkender Nierenschutz fungieren. Die Nanotechnologie könnte jedoch auch die Symptome von AKI reduzieren und lindern.
Das Team testete verschiedene DON-Formen, um festzustellen, welche Strukturen am effektivsten waren. Sie stellten fest, dass die Rechtecke die Nieren besonders gut vor Schäden schützen konnten. Die DONs konkurrierten mit den meisten medikamentösen Therapien für AKI.
Rettung der Nieren mit neuen Designs in der DNA-Geometrie
Die Studie war das erste Mal, dass DONs in lebenden Organismen verwendet wurden und Bildgebung neben der Nanotechnologie verwendet wurde, um das Verhalten zu verfolgen. PET-Scans gaben Forschern eine Echtzeitmethode, um festzustellen, wie die DONs mit den Nieren reagierten.
Die Forscher fanden heraus, dass DONs dazu beitragen können, das Gleichgewicht zwischen freien Radikalen und antioxidativen Abwehrmechanismen um die Nieren aufrechtzuerhalten, die das Fortschreiten von Nierenerkrankungen verhindern. Die Nanostrukturen suchen nach reaktiven Sauerstoffspezies und isolieren gefährdete Zellen.
"Dies ist ein hervorragendes Beispiel für Teamwissenschaft mit multidisziplinärer und multinationaler Zusammenarbeit", sagte Cai. "Die vier Forschungsgruppen befinden sich in verschiedenen Ländern, kommunizieren jedoch regelmäßig und verfügen über synergistisches Fachwissen. Die drei gleichermaßen beitragenden Erstautoren Dawei Jiang, Zhilei Ge und Hyung-Jun Im haben ebenfalls sehr unterschiedliche Hintergründe, einen in der radioaktiven Markierung und Bildgebung, einen in DNA-Nanostrukturen und einen in der klinischen Nuklearmedizin. Gemeinsam haben sie das Projekt vorangetrieben. "
Die erfolgreiche Proof-of-Concept-Studie bedeutet, dass Forscher einen Schritt näher kommen könnten, um diese Lösung für Patienten mit AKI realisierbar zu machen.