Nanopartikelundersøgelse giver en klarere forståelse af nyrefunktionen

Nye forskningsresultater fra University of Texas i Dallas afslører, hvordan nyrer filtrerer ultra-små konstruerede partikler, hvilket kan føre til nye måder at udvikle målrettet terapi til påvisning og behandling af nyresygdomme og kræft.

Holdet, ledet af Dr. Jie Zheng, lektor i kemi på Skolen for Naturvidenskab og Matematik, syntetiserede en række guldnanokluster med et specifikt antal atomer, skabe forskellige størrelser af guldpartikler. De undersøgte, hvordan nyren eliminerer hver af partiklerne, som er mindre end 1 nanometer, fra kroppen.

"Vi var overraskede over at opdage, at mindre guldnanopartikler blev filtreret fire til ni gange langsommere end blot nogle få atom-større i det tidlige elimineringsstadium, " sagde Zheng. "Disse resultater hjælper yderligere med at forbedre vores forståelse af nyrefiltrering i sub-nanometer-regimet og viser, hvor præcist nyren kan reagere på de ultra-små nanopartikler. Vi håber, at denne nye viden potentielt kan hjælpe med at skabe terapier, der kan målrette mod nyresygdomme."

Holdet identificerede et filter for størrelsesafbrydelse, der fangede små nanopartikler, men tillod de større partikler hurtigt at rejse igennem. Resultaterne fremgår af journalen Natur nanoteknologi .

"Røntgenbilleder af hele kroppen af ​​de forskellige guldpartikler viste klart deres forskellige transporthastigheder fra nyren til blæren, " sagde Zheng.

Den mindste guldpartikel blev elimineret gennem nyrerne ind i blæren meget langsommere end større, hvilket virker i modstrid med vores forståelse af, hvordan nyrerne fungerer.

"I vores fysiologi lærebøger, hvad vi ofte ved er, at de mindre partikler elimineres hurtigere end store, hvilket er sandt for partikler større end 1 nanometer, " sagde Zheng. "Men, når først nanopartiklerne er mindre end det, denne størrelsesskaleringslov ændres."

Forskerne fokuserede på glomerulus, et netværk af kapillærer, der danner en grundlæggende enhed af nyrernes filtreringssystem. Den glomerulære filtreringsbarriere er en flerlagsstruktur, hvorigennem blodplasma filtreres. Ved at sammenligne fordelingen af ​​nanopartikler i glomerulus, forskere fandt ud af, at især ét lag - den glomerulære endoteliale glycocalyx - lettere fanger de mindre guld-nanoklynger.

Glykokalyxen er ikke kun en vigtig bestanddel af glomerulus, men beklæder også i vid udstrækning blodkar, hvor forskerne opdagede lignende tendenser i filtrationshastigheder.

Denne observation giver ny indsigt i diagnosen af ​​sygdomme som kronisk nyresvigt og åreforkalkning, som er forårsaget af fedtaflejringer i blodkarvæggene.

Nanopartikler har mange potentielle biomedicinske anvendelser, såsom hjælp til kræftdiagnostik og behandling. Zhengs gruppe fandt ud af, at reduktion af partikelstørrelsen til sub-nanometer-området kunne være en værdifuld strategi til at forbedre nanomedicinens tumor-målretningsevner.

"Den omfattende forståelse af, hvordan kroppen interagerer med konstruerede nanopartikler, især i sub-nanometer regime, potentielt kunne bringe fremtidige gennembrud til nanomedicin inden for kræftbehandlingseffektivitet, " sagde Bujie Du, UT Dallas doktorand og hovedforfatter af papiret. "Det hjælper også med at bane vejen for fremtidige medicinske anvendelser af ultra-lille nanomedicin."

Du brugte fire år på at arbejde på projektet sammen med sine UT Dallas-forskere.

"Vi lærte helt sikkert meget om, hvordan nyren fungerer under denne lange rejse, og jeg er meget glad for at se, at det hårde arbejde blev betalt tilbage, " hun sagde.

Andre forfattere fra Zhengs forskningsgruppe var UT Dallas kandidatstuderende Xingya Jiang og Qinhan Zhou og forskningsassistent professor Dr. Mengxiao Yu.

"Den vigtige opdagelse blev gjort mulig på grund af samarbejdet med professor Rongchao Jin og hans studerende Anindita Das fra Carnegie Mellon University, "Sagde Zheng." Vi har et godt team. "