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Nanoestructuras de ADN Origami para el tratamiento de la insuficiencia renal aguda

MEDICINANanoestructuras de ADN Origami para el tratamiento de la insuficiencia renal aguda

Un estudio novedoso basado en la nanotecnología genera esperanzas para el tratamiento de la insuficiencia y la insuficiencia renal aguda.

El riñón es un órgano vital esencial que realiza funciones críticas en el cuerpo. Elimina los desechos y el agua extra de nuestro torrente sanguíneo para producir orina que luego fluye de los riñones a la vejiga a través de los uréteres. Estos desechos que se producen en nuestro cuerpo a partir de la descomposición normal de los músculos y los alimentos deben desecharse y excretarse de manera eficiente.

En agudo insuficiencia renal, ahora llamado Lesión renal aguda (LRA), los desechos nitrogenados se acumulan rápidamente y la producción de orina disminuye, es decir, el cuerpo tiene dificultades para producir orina. Esto ocurre en un corto período de tiempo (días o incluso horas) desde el inicio de la dolencia que causa complicaciones graves. La principal causa de AKI es el estrés oxidativo que se produce debido a la alteración del equilibrio entre los radicales libres y las defensas antioxidantes como resultado del aumento de los productos de desecho que contienen oxígeno, lo que daña los lípidos, las proteínas y ADN. Este escenario provoca inflamación y avanza la enfermedad renal. Entonces, hay altas posibilidades de desarrollar enfermedades cardiovasculares y cáncer. Es por eso que se sabe que los alimentos y suplementos ricos en antioxidantes protegen de los efectos nocivos de los productos de desecho que contienen oxígeno. Cuando la gravedad de la enfermedad renal avanza, se necesitan terapias de apoyo como rehidratación y diálisis e incluso se puede requerir un trasplante de riñón. No existe una cura disponible para la LRA, lo que la hace responsable de millones de muertes cada año.

La protección y el tratamiento de los riñones lesionados sigue siendo un desafío enorme en la medicina. Un fármaco antioxidante NAC (N-acetilcisteína) considerado el estándar de oro se utiliza generalmente para proteger los riñones de la toxicidad durante los procedimientos, pero este fármaco tiene poca biodisponibilidad y, por lo tanto, tiene una eficacia limitada.

Enfoque de la nanotecnología para la terapia

La aplicación de la nanotecnología en métodos biomédicos, incluida la terapia, se ha acelerado en las últimas décadas. Pero tales aplicaciones han mostrado limitaciones en el tratamiento de enfermedades renales. En un nuevo estudio, científicos de EE. UU. Y China han descrito un método preventivo novedoso para detener la LRA y tratarla mediante el uso de nanotecnología que involucra pequeñas formas autoensamblables que miden apenas una mil millonésima parte de un metro de diámetro. Estas formas fueron diseñadas y desarrolladas utilizando el método de nanotecnología llamado 'Origami de ADN' en qué emparejamiento de bases de cuatro ADN nucleótidos se utiliza para diseñar y fabricar lo que se llama nanoestructuras de origami de ADN (DON). Estas nanoestructuras, ya sean de forma triangular, tubular o rectangular, se pueden usar para realizar diversas tareas dentro del cuerpo. La arquitectura de tal nanoestructuras es ideal para sistemas vivos porque son estables y tienen baja toxicidad e inmunogenicidad.

Las nanoestructuras de origami de ADN se autoensamblan y se adhieren a diferentes partes de los riñones y forman una capa protectora a su alrededor. Esto se ha visto al evaluar su distribución fisiológica mediante imágenes cuantitativas mediante tomografía por emisión de positrones (PET). Su estudio se publica en Naturaleza Ingeniería Biomédica. El grupo preparó varias estructuras de origami de ADN y también utilizó marcaje de radio para estudiar su comportamiento en el riñón de ratón mientras los analizaba mediante imágenes PET. Se observó que se acumulaban en los riñones de ratones sanos y también en los que tenían AKI.

El estudio mostró cómo las nanoestructuras de origami de ADN actúan como un protector renal rápido (en solo 2 horas) y muy activo y también fueron terapéuticas para aliviar los síntomas de la LRA. Tras el examen de su distribución en tiempo real mediante la exploración por PET, se observó que las nanoestructuras rectangulares en particular tenían más éxito en la protección de los riñones de la misma manera que lo haría un fármaco estándar. Estas estructuras rastrean los productos de desecho que contienen oxígeno y aíslan las células del daño debido al estrés oxidativo. Ayudan a mantener el equilibrio de los radicales libres y las defensas antioxidantes dentro y alrededor del riñón, reduciendo y aliviando el estrés oxidativo, que es la principal fuente y síntoma de la LRA. Las medidas tomadas por los DON detienen el avance de la enfermedad renal. Los DON se probaron tanto en riñones de ratones vivos como en células renales embrionarias humanas. Estas estructuras actuaron como una guardia protectora y mejoraron la función renal en la LRA tan eficazmente como las terapias con medicamentos tradicionales, en particular el fármaco NAC para la LRA.

Las estructuras de origami de ADN estaban presentes de manera persistente en los riñones, lo que los autores sugieren que se debe a varios factores, incluida la resistencia de los DON a las enzimas digestivas y su evitación de la vigilancia del sistema inmunológico. Fisiológicamente, la mejoría en la función renal se evaluó observando los niveles de creatinina sérica y nitrógeno ureico en sangre y estaba claro que hubo una mejora significativa en la función excretora renal comparable a la terapia con medicamentos estándar.

Este estudio multidisciplinario combina la experiencia de la nanomedicina y las imágenes in vivo y es el primero en investigar la distribución de nanoestructuras de ADN en un sistema vivo mediante el seguimiento en vivo de su comportamiento. Los DON tienen una baja toxicidad en los órganos principales del cuerpo, lo que los hace ideales para uso clínico en humanos. Esta tecnología moderna es una base sólida que puede proporcionar protección localizada a los riñones contra la LRA y puede usarse para diseñar nuevos enfoques terapéuticos para tratar la LRA y otras enfermedades renales. Una solución para las enfermedades renales podría convertirse en una realidad para los pacientes que padecen una lesión renal aguda. El estudio se suma al potencial de las nanoestructuras programables terapéuticas que se pueden utilizar para la administración de fármacos dirigida y la reparación de órganos y tejidos en el cuerpo.

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{Puede leer el trabajo de investigación original haciendo clic en el enlace DOI que figura a continuación en la lista de fuentes citadas}

Fuentes)

Jiang D y col. 2018. Las nanoestructuras de origami de ADN pueden exhibir una captación renal preferencial y aliviar la lesión renal aguda. Naturaleza Ingeniería Biomédica. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8

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Equipo SCIEU
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