Actualidad Estados Unidos Tecnología en la salud

Curación de riñones con nanotecnología

Publicadonoviembre 10, 2018 @ 12:26 pm

Cada año, hay unos 13,3 millones de casos nuevos de lesión renal aguda (IRA), una aflicción grave. Anteriormente conocida como insuficiencia renal aguda, la enfermedad produce una acumulación rápida de desechos nitrogenados y disminuye la producción de orina, generalmente dentro de las horas o días de inicio de la enfermedad. A menudo se producen complicaciones graves.

Universidad Estatal de Arizona

AKI es responsable de 1.7 millones de muertes anuales. Proteger a los riñones saludables de daños y tratar a los que ya están lesionados sigue siendo un desafío importante para la medicina moderna.

En una nueva investigación que aparece en la revista Nature Biomedical Engineering , Hao Yan y sus colegas de la Universidad de Wisconsin-Madison y en China describen un nuevo método para tratar y prevenir la AKI. Su técnica consiste en el uso de pequeñas formas de autoensamblaje que miden solo una mil millonésima parte de un metro de diámetro.

Las formas triangulares, tubulares y rectangulares se diseñan y construyen utilizando un método conocido como origami de ADN. Aquí, las propiedades de emparejamiento de bases de los cuatro nucleótidos del ADN se utilizan para diseñar y fabricar nanoestructuras de origami de ADN (DON), que se autoensamblan y se acumulan preferentemente en los riñones.

«La colaboración interdisciplinaria entre la nanomedicina y el equipo de imágenes in vivo liderado por el profesor Weibo Cai en la Universidad de Wisconsin-Madison y el equipo de nanotecnología de ADN ha llevado a una aplicación novedosa: la aplicación de nanoestructuras de origami de ADN para tratar una lesión renal aguda «, dice Yan . «Esto representa un nuevo horizonte para la investigación de la nanotecnología del ADN».

Los experimentos descritos en el nuevo estudio, realizado en ratones y en células de riñón embrionario humano, sugieren que los DON actúan como un protector de riñón activo y rápido y también pueden aliviar los síntomas de la IRA. La distribución de los DON se examinó con tomografía por emisión de positrones (PET). Los resultados mostraron que las nanoestructuras rectangulares fueron particularmente exitosas, protegiendo a los riñones del daño tan eficazmente como la terapia farmacológica principal y aliviando una fuente principal de IRA conocida como estrés oxidativo .

El estudio es el primero en explorar la distribución de nanoestructuras de ADN en un sistema vivo mediante imágenes cuantitativas con PET y allana el camino para una gran cantidad de nuevos enfoques terapéuticos para el tratamiento de la IRA, así como otras enfermedades renales.

«Este es un excelente ejemplo de ciencia en equipo, con colaboración multidisciplinaria y multinacional», dijo Cai. «Los cuatro grupos de investigación están ubicados en diferentes países, pero se comunican regularmente y tienen experiencia sinérgica. Los tres primeros autores que contribuyen por igual (Dawei Jiang, Zhilei Ge, Hyung-Jun Im) también tienen antecedentes muy diferentes, uno en radiomarcaje e imagenología , uno en nanoestructuras de ADN y el otro en medicina nuclear clínica. Juntos impulsaron el proyecto «.

Órgano vital

Los riñones desempeñan funciones esenciales en el cuerpo, eliminando los desechos y el agua extra de la sangre para formar la orina. Luego, la orina fluye desde los riñones hasta la vejiga a través de los uréteres. Los desechos en la sangre se producen a partir de la descomposición normal de los músculos activos y de los alimentos, que el cuerpo necesita para la energía y la auto-reparación.

La lesión renal aguda puede variar considerablemente en gravedad. En el AKI avanzado, se requiere el trasplante de riñón, así como terapias de apoyo que incluyen la rehidratación y la diálisis. AKI inducida por contraste, una forma común de la enfermedad, es causada por agentes de contraste que a veces se usan para mejorar la claridad de las imágenes médicas. Un fármaco antioxidante conocido como N-acetilcisteína (NAC) se usa clínicamente para proteger a los riñones del asalto tóxico durante dichos procedimientos, pero una biodisponibilidad pobre del medicamento en los riñones puede limitar su efectividad. (Actualmente, no hay cura conocida para AKI).

La nanomedicina, la ingeniería de átomos o moléculas en la nanoescala para aplicaciones biomédicas, representa una nueva y emocionante avenida de exploración médica y terapia. Investigaciones recientes en este campo han impulsado avances que han llevado a mejorar la imagenología y la terapéutica para una variedad de enfermedades, incluida la IRA, aunque hasta ahora el uso de nanomateriales en sistemas vivos para tratar enfermedades renales ha sido limitado.

Curación de riñones con nanotecnología.
Hao Yan dirige el Centro de Biodiseño para Diseño Molecular y Biomimética y es el Profesor Distinguido Martin D. Glick en la Escuela de Ciencias Moleculares de la ASU. Crédito: El Instituto Biodesign en la Universidad Estatal de Arizona.

Las propiedades de emparejamiento de bases de ácidos nucleicos como el ADN y el ARN permiten el diseño de pequeñas estructuras programables de forma y tamaño predecibles, capaces de realizar una multitud de tareas. Además, estas nanoarquitecturas son deseables para su uso en sistemas vivos debido a su estabilidad, baja toxicidad y baja inmunogenicidad.

Nuevos diseños

El presente estudio marca la primera investigación de nanoestructuras de origami de ADN en organismos vivos, utilizando imágenes cuantitativas para rastrear su comportamiento. Las imágenes de PET utilizadas en el estudio permitieron un método cuantitativo y confiable en tiempo real para estudiar la circulación de DON en un organismo vivo y evaluar su distribución fisiológica. Los DON rectangulares se identificaron como el agente terapéutico más eficaz para tratar la IRA en ratones, según el análisis PET.

Yan y sus colegas prepararon una serie de DON y utilizaron el etiquetado de radio para estudiar su comportamiento en el riñón de ratón, utilizando imágenes de PET. Las tomografías PET mostraron que los DON se habían acumulado preferentemente en los riñones de ratones sanos y en aquellos con AKI inducida. De las tres formas utilizadas en los experimentos, los DON rectangulares proporcionaron el mayor beneficio en términos de protección y terapia y fueron comparables en su efecto al fármaco NAC, considerado el tratamiento estándar de oro para la AKI.

Los pacientes con enfermedad renal a menudo tienen enfermedades acompañantes, que incluyen una alta incidencia de enfermedad cardiovascular y malignidad. La enfermedad renal aguda puede ser inducida a través del proceso de estrés oxidativo, que resulta de un aumento en los productos de desecho que contienen oxígeno conocidos como especies reactivas de oxígeno , que causan daño a los lípidos, proteínas y ADN. Esto puede ocurrir cuando el delicado equilibrio de los radicales libres y las defensas antioxidantes se desestabiliza, causando inflamación y acelerando la progresión de la enfermedad renal. (Los alimentos y suplementos ricos en antioxidantes actúan para proteger a las células de los efectos dañinos de las especies reactivas del oxígeno).

Protección de riñones con geometría de ADN.

Los efectos protectores y terapéuticos de los DON descritos en el nuevo estudio se deben a la capacidad de las nanoestructuras para eliminar especies de oxígeno reactivas, aislando así las células vulnerables del daño debido al estrés oxidativo. Este efecto se estudió en líneas celulares de riñón embrionario humano así como en ratones vivos. La acumulación de nanoestructuras en riñones sanos y enfermos proporcionó un mayor efecto terapéutico en comparación con la terapia tradicional con AKI. (El DON no alivia el estrés oxidativo en las 2 horas posteriores a la incubación con las células renales afectadas).

Después de la introducción de nanoestructuras, se observó una mejoría en la función renal de AKI, comparable con la administración de dosis altas del fármaco NAC. El examen de muestras de tejido teñido confirmó aún más los efectos beneficiosos de los DON en el riñón.

Los autores proponen varios mecanismos para explicar la persistencia en los riñones de nanoestructuras de origami correctamente plegadas, incluida su resistencia a las enzimas digestivas, evitar la vigilancia inmunológica y la baja absorción de proteínas.

Se utilizaron niveles de creatinina sérica y nitrógeno ureico en sangre (BUN) para evaluar la función renal en ratones. Los ratones AKI tratados con DON rectangulares mostraron una función excretora renal mejorada en comparación con los ratones que recibieron tratamiento con el fármaco de línea principal NAC.

Además, el equipo estableció la seguridad de los DON rectangulares, evaluando su potencial para provocar una respuesta inmune en ratones mediante el examen de los niveles en sangre de interleucina-6 y factor de necrosis tumoral alfa. Los resultados mostraron que los DON fueron no inmunogenéticos y la tinción de tejidos del corazón, hígado, bazo, pulmones y riñón reveló su baja toxicidad en los órganos primarios, lo que los hace candidatos atractivos para uso clínico en humanos.

Basándose en el barrido eficaz de especies reactivas del oxígeno por DONs tanto en cultivo de células de riñón humano y de vida del ratón riñón , el estudio concluye que el enfoque de hecho puede proporcionar una protección localizada para riñones de AKI y puede incluso ofrecer un tratamiento eficaz para los riñones dañados-AKI u otro Trastornos renales.

El exitoso estudio de prueba de concepto amplía el potencial de una nueva clase de nanoestructuras terapéuticas programables, diseñadas para enfrentar los desafíos médicos remotos, desde la administración inteligente de medicamentos hasta la reparación precisa de órganos y tejidos.

Más información: Dawei Jiang y otros, las nanoestructuras de ADN origami pueden exhibir captación renal preferencial y aliviar la lesión renal aguda, Nature Biomedical Engineering (2018). DOI: 10.1038 / s41551-018-0317-8 

Referencia de la revista: Nature Biomedical Engineering 

Proporcionado por: Arizona State University

Información de: phys.org/news


Leer más


WP Twitter Auto Publish Powered By : XYZScripts.com