Ein einfacher Bluttest mit Nanopartikeln könnte eine frühere Erkennung akuter Leberschäden ermöglichen

Der Chemiker Dr. Jie Zheng von der University of Texas in Dallas hat einen Großteil seiner Karriere damit verbracht, Gold-Nanopartikel auf ihre möglichen Auswirkungen im Bereich der Nanomedizin zu untersuchen. In neuer Forschung, er und seine Kollegen zeigen, wie diese Nanopartikel bei einem einfachen Bluttest eine Schlüsselrolle spielen könnten, um akute Leberschäden früher als bisherige Methoden zu erkennen.

Die Studium, online veröffentlicht am 19. Februar in der Zeitschrift Wissenschaftliche Fortschritte , erweitert die Arbeit des korrespondierenden Autors Zheng, die zuvor die Verwendung von Nanopartikeln für die gezielte Verabreichung von Krebsmedikamenten und ein besseres Verständnis von Nierenerkrankungen demonstriert hat.

"Unser Ziel ist es, es Hausärzten leicht zu machen, Leberschäden früher zu erkennen. Wenn sie solche Verletzungen früher erkennen und behandeln können, der Patient hat eine bessere Chance auf eine schnellere Genesung, “ sagte Zheng, Professor für Chemie und Biochemie und Cecil H. und Ida Green Professor für Systembiologie Science an der Fakultät für Naturwissenschaften und Mathematik.

Der Goldstandard für die Überwachung und Diagnose von Lebererkrankungen ist eine Leberbiopsie, Dies ist invasiv und kann schmerzhaft sein oder Komplikationen verursachen. In einem klinischen Umfeld, Ärzte können die Leberfunktion auch nicht-invasiv mit Tests überwachen, die den Spiegel bestimmter Enzyme und Proteine ​​im Blut aufzeichnen. wie Alanin-Aminotransferase (ALT) und Aspartat-Aminotransferase (AST), die von Leberzellen freigesetzt werden, oder Hepatozyten, wenn das Organ beschädigt ist.

„Herkömmliche Blut-Biomarker wie ALT und AST werden freigesetzt, wenn Hepatozyten absterben – der Schaden ist bereits angerichtet, " sagte Zheng. "Ein weiterer Nachteil dieser Tests ist, dass andere Faktoren, wie Entzündungen, kann dazu führen, dass diese Biomarker ungewöhnlich hoch sind. Deswegen, in vielen Fällen, Ärzte können nicht sofort eingreifen. Das schafft ein Problem, weil es die Erkennung und Behandlung von Leberschäden verzögern kann."

Auf wichtige Antioxidantien abzielen

In der Studie, die an Mäusen durchgeführt wurde, Zheng und seine Kollegen konzentrierten sich auf eine Chemikalie namens Glutathion, Dies ist das Hauptantioxidans, das von der Leber produziert wird. Die ständige Befreiung, oder Ausfluss, von Glutathion durch Hepatozyten hilft, die Entgiftungsfunktion einer gesunden Leber aufrechtzuerhalten. Wenn die Leber geschädigt ist, jedoch, Die Glutathionproduktion wird blockiert.

„Es wurde festgestellt, dass ein Glutathionmangel stark mit einem erhöhten Risiko für viele Lebererkrankungen korreliert. einschließlich medikamenteninduzierter Leberschädigung, alkoholbedingte und nichtalkoholische Fettlebererkrankungen, Leberfibrose und Leberzirrhose, ", sagte Zheng. "Die Leute untersuchen Glutathion seit Jahrzehnten, aber nicht invasiv zu überwachen ist nicht einfach."

Die nichtinvasive Überwachung von Glutathion hat sich als schwierig erwiesen, da das Biomolekül beim Eintritt in den Blutkreislauf um fast drei Größenordnungen verdünnt wird. und es wird schnell von anderen Organen verbraucht und schnell von den Nieren ausgeschieden.

Zheng und seine Kollegen kombinierten ihre Expertise mit Gold-Nanopartikeln mit dem Verhalten von Glutathion, um ihre Nanosonde für akute Leberschäden zu entwickeln. die sie dann an Mäusen testeten. Sie begannen damit, dass sie einen organischen Fluoreszenzfarbstoff namens Indocyaningrün (ICG) chemisch an Goldnanopartikel verbanden – oder konjugierten. die eine breite klinische Anwendung findet.

"Wegen dieser Konjugation, die ICG-Moleküle fluoreszieren nicht. Die Gold-Nanopartikel transportieren den Farbstoff gezielt zur Leber. Das Schöne an dieser Arbeit ist, dass die Sonde mit hoher Spezifität selektiv in der Leber aktiviert werden kann. “, sagte Zheng.

Die Forscher injizierten Mäuse, denen eine übermäßige Dosis Paracetamol (APAP) verabreicht wurde, konjugierte Gold-Nanopartikel. Überdosierung von Paracetamol, auch bekannt unter dem Markennamen Tylenol, ist eine der häufigsten Ursachen für arzneimittelinduzierte Leberschäden und die häufigste Ursache für akutes Leberversagen in den USA.

Toxizität verfolgen

Sobald die Nanopartikel einen Teil der Leber erreicht haben, der als Sinusoid bezeichnet wird, Glutathion-Moleküle schlugen ICG-Moleküle von den Gold-Nanopartikeln und nahmen ihren Platz ein.

"Erinnern, wenn Leberzellen verletzt sind, Glutathion-Efflux wird signifikant reduziert; deshalb, Sie haben weniger Glutathion und mehr ICG-Moleküle auf den Oberflächen der Goldpartikel, “, sagte Zheng.

Die Goldnanopartikel kehrten relativ schnell in den Blutkreislauf zurück. Innerhalb von etwa einer halben Stunde, die Forscher konnten in einer kleinen Menge Blut einen Glutathionmangel nachweisen.

„Ein einfacher Bluttest zeigt, wie viel ICG auf der Oberfläche der Goldpartikel verbleibt. " sagte Zheng. "Je mehr ICG übrig bleibt, desto weniger Glutathion in der Leber, was direkt mit Leberschäden korreliert. Unser Partikel konnte eine APAP-Überdosierung mit einer Genauigkeit von 93% erkennen. was sehr hoch ist. Und es ist in einem Stadium, das viel früher ist, als herkömmliche Biomarker erkennen können."

Dr. William Lee, Professor für Innere Medizin am UT Southwestern Medical Center, ist Mitautor der Studie und einer der weltweit führenden Experten für akutes Leberversagen und Paracetamol-Toxizität in der Leber. Lee war Standortprüfer für vier vom National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK) geförderte Netzwerke:die Hepatitis-C-Studie zur antiviralen Langzeitbehandlung gegen Zirrhose (HALT-C), die Studiengruppe für akutes Leberversagen, das Drug-Induced Liver Injury Network und das Hepatitis B Research Network.

"Der Glutathion-Fluss ist das Herzstück des Paracetamol-Stoffwechsels, und Dr. Zhengs neue Methode zur Verfolgung von Glutathion ist ein großer Schritt vorwärts in unserer Fähigkeit, die Toxizität von Paracetamol zu verstehen und zu verhindern. “, sagte Lee.

Dr. Neil Kaplowitz, Professor für Medizin und Chefarzt für Gastroenterologie und Lebererkrankungen an der Keck School of Medicine der University of Southern California, die nicht an der Studie beteiligt waren, sagte:"Die Autoren der Studie haben einen neuartigen Ansatz zur dynamischen Bewertung des Glutathionsstatus in den Lebersinusoiden entwickelt. Ihr technologischer Fortschritt zeigt, dass sie sinusoidales Blutglutathion abbilden oder diesen Indikator für sinusoidales Plasmaglutathion speziell in gesammeltem peripherem Blut messen können. was genau die Menge an Glutathion in Leberzellen widerspiegelt."

Während sich die aktuelle Studie auf arzneimittelinduzierte, akute Leberschädigung, Zheng sagte, dass zukünftige Arbeiten das grundlegende Verständnis der Leber-Nanopartikel-Wechselwirkungen weiter vertiefen werden. die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Tests weiter zu verbessern, und erweitern Sie die Technologie, um auch chronische Leberschäden zu erkennen. Er sagte, die Forschung sei eine spannende Erweiterung seiner bisherigen Bemühungen um die Entwicklung von Nanoarzneimitteln, die leicht aus dem Körper ausgeschieden werden können.

„Ich habe einen Großteil meiner Karriere damit verbracht, heilbare Nanomedikamente zur Behandlung von Erkrankungen wie Krebs oder Nierenerkrankungen zu entwickeln. und diese neue Forschung ist ein großer Durchbruch, ", sagte Zheng. "Wir glauben, dass unsere neue Arbeit zu einer heilbaren Nanomedizin führen könnte, die helfen kann, Leberschäden mit einem einfachen Bluttest viel früher zu erkennen. und das könnte vielen helfen."

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