Kajian novel berdasarkan nanoteknologi menjana harapan untuk merawat kecederaan dan kegagalan buah pinggang akut.
Buah pinggang adalah organ penting penting yang menjalankan fungsi kritikal dalam badan. Ia mengeluarkan sisa dan air tambahan dari aliran darah kita untuk menghasilkan air kencing yang kemudiannya mengalir dari buah pinggang ke pundi kencing melalui ureter. Sisa-sisa ini yang dihasilkan dalam badan kita daripada pecahan normal otot dan makanan mesti dibuang dan dikumuhkan dengan cekap.
Dalam keadaan akut kegagalan buah pinggang, kini dikenali sebagai Acute Kidney Injury (AKI) sisa nitrogen terkumpul dengan cepat dan pengeluaran air kencing berkurangan iaitu badan bergelut untuk mengeluarkan air kencing. Ini berlaku dalam jangka masa yang singkat (hari atau jam) dari permulaan penyakit yang menyebabkan komplikasi yang serius. Punca utama AKI ialah tekanan oksidatif yang berlaku akibat keseimbangan yang terganggu antara radikal bebas dan pertahanan anti-oksida akibat peningkatan bahan buangan yang mengandungi oksigen sehingga menyebabkan kerosakan kepada lipid, protein dan DNA. Senario ini menyebabkan keradangan dan memajukan penyakit buah pinggang. Kemudian terdapat peluang yang tinggi untuk mengembangkan penyakit kardiovaskular dan kanser. Itulah sebabnya makanan dan suplemen yang kaya dengan anti-oksidan diketahui dapat melindungi daripada kesan berbahaya bahan buangan yang mengandungi oksigen. Apabila tahap keterukan penyakit buah pinggang meningkat, terapi sokongan seperti rehidrasi dan dialisis diperlukan malah pemindahan buah pinggang mungkin diperlukan. Tiada ubat yang tersedia untuk AKI menjadikannya bertanggungjawab untuk berjuta-juta kematian setiap tahun.
Melindungi dan merawat buah pinggang yang cedera kekal sebagai cabaran besar dalam perubatan. Ubat anti-oksidan NAC (N-acetylcysteine) yang dianggap sebagai standard emas biasanya digunakan untuk melindungi buah pinggang daripada ketoksikan semasa prosedur tetapi ubat ini mempunyai bioavailabiliti yang lemah dan dengan itu mempunyai keberkesanan yang terhad.
Pendekatan nanoteknologi untuk terapi
Aplikasi nanoteknologi dalam kaedah bioperubatan termasuk terapi telah meningkat dalam beberapa dekad kebelakangan ini. Tetapi aplikasi sedemikian telah menunjukkan had dalam merawat penyakit buah pinggang. Dalam kajian baru, saintis dari Amerika Syarikat dan China telah menerangkan kaedah pencegahan baru untuk menghentikan AKI dan merawatnya dengan menggunakan teknologi nano yang melibatkan bentuk pemasangan sendiri yang kecil yang berukuran hanya satu bilion meter diameter. Bentuk-bentuk ini direka bentuk dan dibangunkan menggunakan kaedah nanoteknologi yang dipanggil 'origami DNA' di mana pasangan asas empat DNA nukleotida digunakan untuk merekayasa dan mengarang apa yang dipanggil DNA struktur nano origami (DON). Struktur nano ini - sama ada berbentuk segi tiga, tiub atau segi empat tepat - kemudiannya boleh digunakan untuk melakukan pelbagai tugas di dalam badan. Seni bina seperti itu struktur nano amat sesuai untuk sistem hidup kerana ia stabil dan mempunyai ketoksikan dan imunogenisitas yang rendah.
DNA struktur nano origami dipasang sendiri dan melekat pada bahagian buah pinggang yang berlainan dan membentuk lapisan pelindung di sekelilingnya. Ini telah dilihat apabila menilai taburan fisiologi mereka menggunakan pengimejan kuantitatif oleh tomografi pelepasan positron (PET). Kajian mereka diterbitkan dalam Kejuruteraan Bioperubatan Alam. Kumpulan itu menyediakan pelbagai DNA struktur origami dan juga digunakan radio pelabelan untuk mengkaji tingkah laku mereka dalam buah pinggang tetikus sambil menganalisisnya menggunakan pengimejan PET. Mereka dilihat terkumpul di dalam buah pinggang tikus yang sihat serta mereka yang mempunyai AKI.
Kajian menunjukkan bagaimana DNA Struktur nano origami bertindak sebagai pelindung buah pinggang yang cepat (dalam masa 2 jam sahaja) dan sangat aktif dan juga terapeutik dalam melegakan simptom AKI. Selepas pemeriksaan pengedaran masa nyata mereka menggunakan imbasan PET, didapati bahawa struktur nano segi empat tepat terutamanya paling berjaya dalam melindungi buah pinggang dengan cara yang sama seperti ubat standard. Struktur ini mengesan bahan buangan yang mengandungi oksigen dan melindungi sel daripada kerosakan akibat tekanan oksidatif. Mereka membantu mengekalkan keseimbangan radikal bebas dan pertahanan anti-oksida di dalam dan sekitar buah pinggang mengurangkan dan mengurangkan tekanan oksidatif yang merupakan sumber utama dan gejala AKI. Langkah-langkah yang diambil oleh DON menghentikan penyakit buah pinggang untuk berkembang. DON telah diuji pada kedua-dua buah pinggang tikus hidup dan sel-sel buah pinggang embrio manusia. Struktur ini bertindak sebagai pelindung pelindung dan meningkatkan fungsi buah pinggang dalam AKI sama berkesan dengan terapi ubat tradisional terutamanya ubat NAC untuk AKI.
Struktur origami DNA sentiasa ada dalam buah pinggang yang dicadangkan oleh penulis disebabkan oleh beberapa faktor termasuk rintangan DON terhadap enzim pencernaan dan pengelakan mereka terhadap pengawasan sistem imun. Secara fisiologi, peningkatan dalam fungsi buah pinggang dinilai dengan mencatat tahap kreatinin serum dan nitrogen urea darah dan jelas bahawa terdapat peningkatan yang ketara dalam fungsi perkumuhan buah pinggang setanding dengan terapi ubat standard.
Kajian pelbagai disiplin ini menggabungkan kepakaran pengimejan nanomedicine dan in-vivo dan merupakan yang pertama untuk menyiasat pengedaran DNA struktur nano dalam sistem hidup dengan menjejaki secara langsung tingkah laku mereka. DON mempunyai ketoksikan yang rendah dalam organ utama badan menjadikannya sangat sesuai untuk kegunaan klinikal pada manusia. Teknologi moden ini adalah asas kukuh yang boleh memberikan perlindungan setempat kepada buah pinggang daripada AKI dan boleh digunakan untuk mereka bentuk pendekatan terapeutik baru untuk merawat AKI dan penyakit buah pinggang yang lain. Penyelesaian untuk penyakit buah pinggang boleh menjadi kenyataan bagi pesakit yang mengalami kecederaan buah pinggang akut. Kajian itu menambah potensi struktur nano boleh diprogramkan terapeutik yang boleh digunakan untuk penghantaran ubat yang disasarkan dan pembaikan organ dan tisu dalam badan.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
Jiang D et al. 2018. DNA struktur nano origami boleh mempamerkan pengambilan buah pinggang keutamaan dan mengurangkan kecederaan buah pinggang akut. Kejuruteraan Bioperubatan Alam. 2(1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
