מחקר חדש המבוסס על ננוטכנולוגיה מייצר תקווה לטיפול בפגיעה חריפה ובכשל בכליות.
הכליה היא איבר חיוני המבצע פונקציות קריטיות בגוף. זה מסיר פסולת ומים נוספים מזרם הדם שלנו כדי לייצר שתן אשר זורם מהכליות לשלפוחית השתן דרך השופכנים. פסולת אלו אשר מופקת בגופנו מפירוק תקין של שרירים ומזונות חייבת להיפטר ולהפריש ביעילות.
בחריפה אי ספיקת כליות, המכונה כעת פגיעה בכליות חריפה (AKI) פסולת חנקן מצטברת במהירות ותפוקת השתן יורדת, כלומר הגוף מתקשה לייצר שתן. זה קורה תוך פרק זמן קצר (ימים או אפילו שעות) מתחילת המחלה הגורמת לסיבוכים רציניים. הגורם המוביל ל-AKI הוא עקה חמצונית המתרחשת עקב הפרת איזון בין רדיקלים חופשיים והגנות נוגדות חמצון הנובעות מעלייה במוצרי פסולת המכילים חמצן ובכך גורמת נזק לשומנים, חלבונים ו ה-DNA. תרחיש זה גורם לדלקת ומקדם את מחלת הכליות. אז יש סיכוי גבוה לפתח מחלות לב וכלי דם וסרטן. זו הסיבה שמזונות ותוספי מזון עשירים בנוגדי חמצון ידועים כמגנים מפני השפעות מזיקות של חומרי פסולת המכילים חמצן. כאשר חומרת מחלת הכליות מתקדמת, יש צורך בטיפולי תמיכה כמו רטייה ודיאליזה ואפילו השתלת כליה עשויה להידרש. אין תרופה זמינה עבור AKI מה שהופך אותו לאחראי למיליוני מקרי מוות מדי שנה.
הגנה וטיפול בכליות פגועות נותרו אתגר עצום ברפואה. תרופה נוגדת חמצון NAC (N-acetylcysteine) הנחשבת לתקן הזהב משמשת בדרך כלל להגנה על הכליות מפני רעילות במהלך פרוצדורות, אך לתרופה זו יש זמינות ביולוגית ירודה ולכן יש לה יעילות מוגבלת.
גישה ננוטכנולוגיה לטיפול
היישום של ננוטכנולוגיה בשיטות ביו-רפואיות כולל טיפול תפס תאוצה בעשורים האחרונים. אבל יישומים כאלה הראו מגבלה בטיפול במחלות כליה. במחקר חדש, מדענים מארה"ב וסין תיארו שיטה מונעת חדשה להפסקת AKI וטיפול בה באמצעות ננוטכנולוגיה הכוללת צורות זעירות בהרכבה עצמית שקוטרם רק מיליארדית המטר. צורות אלו עוצבו ופותחו בשיטת הננוטכנולוגיה הנקראת 'אוריגמי DNA' שבו זיווג בסיסי של ארבעה ה-DNA נוקלאוטידים משמשים להנדסה וליצור מה שנקרא ה-DNA אוריגמי ננו-מבנים (DONs). ננו-מבנים אלה - משולשים, צינוריים או מלבניים בצורתם - יכולים לשמש לאחר מכן לביצוע משימות שונות בתוך הגוף. הארכיטקטורה של כאלה ננו-מבנים מתאים באופן אידיאלי למערכות חיות מכיוון שהן יציבות ובעלות רעילות ואימונוגניות נמוכה.
ה-DNA מבני ננו של אוריגמי מרכיבים את עצמם ונצמדים לחלקים שונים של הכליות ויוצרים שכבת הגנה סביבם. זה נראה בעת הערכת התפלגות הפיזיולוגית שלהם באמצעות הדמיה כמותית על ידי טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET). המחקר שלהם מתפרסם ב הנדסה ביו רפואית. הקבוצה הכינה מגוון ה-DNA מבני אוריגמי וגם בשימוש רָדִיוֹ תיוג כדי לחקור את התנהגותם בכליות עכבר תוך ניתוחם באמצעות הדמיית PET. הם נראו מצטברים בכליות של עכברים בריאים כמו גם אלה עם AKI.
המחקר הראה כיצד ה-DNA מבני ננו של אוריגמי פועלים כמגן כליות מהיר (תוך שעתיים בלבד) ופעיל מאוד, והיו גם טיפוליים בהקלה על תסמיני AKI. לאחר בחינת ההפצה שלהם בזמן אמת באמצעות סריקת PET, ניתן היה לראות כי מבנים ננו מלבניים במיוחד היו מוצלחים ביותר בהגנה על הכליות באותו אופן כמו תרופה סטנדרטית. מבנים אלה עוקבים אחר חומרי פסולת המכילים חמצן ומבודדים את התאים מפני נזקים עקב עקה חמצונית. הם עוזרים לשמור על איזון של רדיקלים חופשיים והגנות נוגדות חמצון בכליות ומסביב לה, להפחית ולהקל על מתח חמצוני שהוא המקור והתסמין המובילים של AKI. האמצעים שננקטו על ידי DON עוצרים את התקדמות מחלת הכליות. DONs נבדקו הן על כליות עכברים חיים והן על תאי כליה עובריים אנושיים. מבנים אלה פעלו כמגן מגן ושיפרו את תפקוד הכליות ב-AKI ביעילות כמו טיפולים תרופתיים מסורתיים, במיוחד תרופת NAC עבור AKI.
מבני אוריגמי DNA היו נוכחים באופן מתמשך בכליות, מה שלפי הכותבים נובע ממספר גורמים כולל עמידות של DONs לאנזימי עיכול והימנעות שלהם ממעקב אחר מערכת החיסון. מבחינה פיזיולוגית, שיפור בתפקוד הכליות הוערך על ידי ציון רמות קריאטינין בסרום וחנקן אוריאה בדם והיה ברור שקיים שיפור משמעותי בתפקוד הפרשת הכליות בהשוואה לטיפול תרופתי סטנדרטי.
מחקר רב-תחומי זה משלב מומחיות של ננו-רפואה והדמיה in vivo והוא הראשון אי פעם שחקר הפצה של ה-DNA ננו-מבנים במערכת חיה על ידי מעקב חי אחר התנהגותם. ל-DONs יש רעילות נמוכה באיברים הראשיים של הגוף, מה שהופך אותם למתאימים באופן אידיאלי לשימוש קליני בבני אדם. טכנולוגיה מודרנית זו מהווה בסיס חזק שיכול לספק הגנה מקומית לכליות מפני AKI וניתן להשתמש בה כדי לתכנן גישות טיפוליות חדשות לטיפול ב-AKI ובמחלות כליה אחרות. פתרון למחלות כליה עשוי להפוך למציאות עבור חולים הסובלים מפגיעה חריפה בכליות. המחקר מוסיף לפוטנציאל של ננו-מבנים טיפוליים הניתנים לתכנות שיכולים לשמש לאספקת תרופות ממוקדת ולתיקון איברים ורקמות בגוף.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
Jiang D et al. 2018. ה-DNA מבני ננו של אוריגמי יכולים להפגין ספיגה כלייתית מועדפת ולהקל על פגיעה חריפה בכליות. הנדסה ביו רפואית. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
