Un semplice esame del sangue che utilizza nanoparticelle potrebbe consentire un rilevamento precoce del danno epatico acuto

Il dottor Jie Zheng, chimico dell'Università del Texas a Dallas, ha trascorso gran parte della sua carriera indagando sulle nanoparticelle d'oro per il loro potenziale impatto nel campo della nanomedicina. In una nuova ricerca, lui ei suoi colleghi mostrano come queste nanoparticelle potrebbero svolgere un ruolo chiave in un semplice esame del sangue per rilevare un danno epatico acuto prima dei metodi attuali.

Lo studio, pubblicato online il 19 febbraio sulla rivista Progressi scientifici , espande il lavoro dell'autore corrispondente Zheng, che ha precedentemente dimostrato l'uso di nanoparticelle per la somministrazione mirata di farmaci antitumorali e una migliore comprensione delle malattie renali.

"Il nostro obiettivo è quello di rendere semplice per i medici di famiglia catturare facilmente un danno epatico prima. Se possono rilevare e trattare tale danno prima, il paziente ha maggiori possibilità di guarigione più rapida, " ha detto Zheng, professore di chimica e biochimica e Cecil H. e Ida Green Professor in Scienze della biologia dei sistemi presso la Scuola di Scienze Naturali e Matematiche.

Il gold standard per il monitoraggio e la diagnosi delle malattie del fegato è una biopsia epatica, che è invasivo e può essere doloroso o causare complicazioni. In ambito clinico, i medici possono anche monitorare la funzionalità epatica in modo non invasivo con test che registrano i livelli di alcuni enzimi e proteine ​​nel sangue, come l'alanina aminotransferasi (ALT) e l'aspartato aminotransferasi (AST), che vengono rilasciati dalle cellule del fegato, o epatociti, quando l'organo è danneggiato.

"I biomarcatori del sangue convenzionali come ALT e AST vengono rilasciati quando gli epatociti muoiono:il danno è già stato fatto, " Zheng ha detto. "Un altro svantaggio di questi test è che altri fattori, come l'infiammazione, può far sì che questi biomarcatori siano anormalmente alti. A causa di ciò, in molti casi, i medici potrebbero non intervenire subito. Ciò crea un problema perché può ritardare il rilevamento e il trattamento del danno epatico".

Mirare all'antiossidante chiave

Nello studio, che è stato condotto su topi, Zheng e i suoi colleghi si sono concentrati su una sostanza chimica chiamata glutatione, che è il principale antiossidante prodotto dal fegato. Il rilascio costante, o efflusso, di glutatione da parte degli epatociti aiuta a mantenere la funzione disintossicante di un fegato sano. Quando il fegato è danneggiato, però, la produzione di glutatione è bloccata.

"È stato scoperto che l'esaurimento del glutatione è fortemente correlato con un aumento del rischio di molte malattie del fegato, compreso il danno epatico indotto da farmaci, malattie del fegato grasso alcol-correlate e non alcoliche, fibrosi epatica e cirrosi, " Zheng ha detto. "Le persone hanno studiato il glutatione per decenni, ma non è facile monitorare in modo non invasivo".

Il monitoraggio non invasivo del glutatione si è rivelato difficile perché la biomolecola viene diluita di quasi tre ordini di grandezza una volta che entra nel flusso sanguigno, ed è rapidamente consumato da altri organi e rapidamente eliminato dai reni.

Zheng e i suoi colleghi hanno combinato la loro esperienza con le nanoparticelle d'oro con il comportamento del glutatione per sviluppare la loro nanosonda per il danno epatico acuto, che hanno poi testato sui topi. Hanno iniziato collegando chimicamente - o coniugando - su nanoparticelle d'oro un colorante fluorescente organico chiamato verde indocianina (ICG), che ha un uso clinico diffuso.

"A causa di questa coniugazione, le molecole di ICG non emettono fluorescenza. Le nanoparticelle d'oro trasportano il colorante specificamente al fegato. La bellezza di questo lavoro è che la sonda può essere attivata selettivamente nel fegato ad alta specificità, " ha detto Zheng.

I ricercatori hanno iniettato nanoparticelle d'oro coniugato in topi a cui era stata somministrata una dose eccessiva di paracetamolo (APAP). Sovradosaggio di paracetamolo, conosciuto anche con il marchio Tylenol, è una delle cause più comuni di danno epatico indotto da farmaci e la causa più comune di insufficienza epatica acuta negli Stati Uniti.

Monitoraggio della tossicità

Una volta che le nanoparticelle hanno raggiunto una parte del fegato chiamata sinusoide, Le molecole di glutatione hanno eliminato le molecole di ICG dalle nanoparticelle d'oro e hanno preso il loro posto.

"Ricordare, quando le cellule del fegato sono danneggiate, l'efflusso di glutatione è significativamente ridotto; perciò, hai meno glutatione e più molecole di ICG rimanenti sulle superfici delle particelle d'oro, " ha detto Zheng.

Le nanoparticelle d'oro sono tornate nel flusso sanguigno abbastanza rapidamente. In circa mezz'ora, i ricercatori sono stati in grado di rilevare l'esaurimento del glutatione in una piccola quantità di sangue.

"Un semplice esame del sangue mostra quanto ICG è rimasto sulla superficie delle particelle d'oro, " Zheng ha detto. "Più ICG rimane, meno glutatione nel fegato, che è direttamente correlato al danno epatico. La nostra particella è stata in grado di rilevare il sovradosaggio di APAP con una precisione del 93%, che è molto alto. Ed è in una fase molto prima di quanto i biomarcatori tradizionali possano rilevare".

Dottor William Lee, professore di medicina interna presso l'UT Southwestern Medical Center, è un coautore dello studio e uno dei maggiori esperti mondiali di insufficienza epatica acuta e tossicità del paracetamolo nel fegato. Lee è stato ricercatore del sito per quattro reti sponsorizzate dal National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK):lo studio HALT-C (Hepatitis C Antiviral Long-Term Treatment Against Cirrosis), il gruppo di studio sull'insufficienza epatica acuta, la rete di lesioni epatiche indotte da farmaci e la rete di ricerca sull'epatite B.

"Il flusso di glutatione è al centro del metabolismo del paracetamolo, e il nuovo metodo del Dr. Zheng per tracciare il glutatione è un grande passo avanti nella nostra capacità di comprendere e prevenire la tossicità del paracetamolo, " ha detto Lee.

Dott. Neil Kaplowitz, professore di medicina e capo della gastroenterologia e malattie del fegato presso la Keck School of Medicine della University of Southern California, chi non è stato coinvolto nello studio, ha dichiarato:"Gli autori dello studio hanno sviluppato un nuovo approccio alla valutazione dinamica dello stato del glutatione nei sinusoidi epatici. Il loro progresso tecnologico mostra che possono visualizzare il glutatione nel sangue sinusoidale o misurare questo indicatore del glutatione plasmatico sinusoidale specificamente nel sangue periferico raccolto, che riflette accuratamente la quantità di glutatione nelle cellule del fegato."

Mentre il presente studio si è concentrato su farmaci indotti, danno epatico acuto, Zheng ha affermato che il lavoro futuro approfondirà ulteriormente la comprensione fondamentale delle interazioni fegato-nanoparticelle, continuare a migliorare la sensibilità e l'accuratezza del test, ed estendere la tecnologia per aiutare a rilevare anche il danno epatico cronico. Ha detto che la ricerca è un'entusiasmante estensione dei suoi precedenti sforzi per sviluppare nanomedicinali che possono essere facilmente eliminati dal corpo.

"Ho passato gran parte della mia carriera a sviluppare nanomedicinali cancellabili per il trattamento di condizioni come il cancro o le malattie renali, e questa nuova ricerca è un grande passo avanti, " ha detto Zheng. "Pensiamo che il nostro nuovo lavoro potrebbe portare a una nanomedicina cancellabile che può aiutare a rilevare il danno epatico molto prima con un semplice esame del sangue, e questo potrebbe aiutare molte persone".

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