Enkel blodprøve ved bruk av nanopartikler kan muliggjøre tidligere påvisning av akutt leverskade

Kjemiker ved University of Texas i Dallas, Dr. Jie Zheng, har brukt mye av sin karriere på å undersøke gullnanopartikler for deres potensielle innvirkning innen nanomedisin. I ny forskning, han og hans kolleger viser hvordan disse nanopartiklene kan spille en nøkkelrolle i en enkel blodprøve for å oppdage akutt leverskade tidligere enn dagens metoder.

Studien, publisert online 19. februar i journalen Vitenskapelige fremskritt , utvider den tilsvarende forfatteren Zhengs arbeid, som tidligere har vist bruk av nanopartikler for målrettet levering av kreftmedisiner og bedre forståelse av nyresykdom.

"Målet vårt er å gjøre det enkelt for familieleger å enkelt få leverskader tidligere. Hvis de kan oppdage og behandle slik skade tidligere, pasienten har større sjanse for raskere restitusjon, "sa Zheng, professor i kjemi og biokjemi og Cecil H. og Ida Green professor i systembiologisk vitenskap ved Institutt for naturvitenskap og matematikk.

Gullstandarden for overvåking og diagnostisering av leversykdom er en leverbiopsi, som er invasiv og kan være smertefull eller forårsake komplikasjoner. I en klinisk setting, leger kan også overvåke leverfunksjonen ikke -invasivt med tester som registrerer nivåer av visse enzymer og proteiner i blodet, som alaninaminotransferase (ALAT) og aspartataminotransferase (ASAT), som frigjøres av leverceller, eller hepatocytter, når organet er skadet.

"Konvensjonelle blodbiomarkører som ALT og ASAT frigjøres når hepatocytter dør - skaden er allerede gjort, "Zheng sa." En annen ulempe med disse testene er at andre faktorer, som betennelse, kan føre til at disse biomarkørene blir unormalt høye. På grunn av dette, i mange tilfeller, klinikere kan ikke gripe inn med en gang. Det skaper et problem fordi det kan forsinke påvisning og behandling av leverskade. "

Målrettet mot den viktigste antioksidanten

I studien, som ble utført hos mus, Zheng og hans kolleger fokuserte på et kjemikalie kalt glutation, som er hovedantioksidanten produsert av leveren. Den konstante utgivelsen, eller efflux, av glutation av hepatocytter bidrar til å opprettholde avgiftningsfunksjonen til en frisk lever. Når leveren er skadet, derimot, glutationproduksjonen er blokkert.

"Glutationutslipp har vist seg å korrelere sterkt med økt risiko for mange leversykdommer, inkludert legemiddelindusert leverskade, alkoholrelaterte og ikke-alkoholholdige fettleversykdommer, leverfibrose og skrumplever, "Zheng sa." Folk har studert glutation i flere tiår, men det er ikke lett å overvåke ikke -invasivt. "

Ikke -invasiv overvåking av glutation har vist seg vanskelig fordi biomolekylet fortynnes nesten tre størrelsesordener når det kommer inn i blodet, og det forbrukes raskt av andre organer og ryddes raskt av nyrene.

Zheng og hans kolleger kombinerte sin ekspertise med gullnanopartikler med oppførselen til glutation for å utvikle sin nanoprobe for akutt leverskade, som de deretter testet på mus. De begynte med å kjemisk koble - eller konjugere - til gullnanopartikler et organisk fluorescerende fargestoff kalt indocyaningrønt (ICG), som har utbredt klinisk bruk.

"På grunn av denne bøyningen, ICG -molekylene fluorescerer ikke. Gullnanopartiklene bærer fargestoffet spesielt til leveren. Det fine med dette arbeidet er at sonden selektivt kan aktiveres i leveren ved høy spesifisitet, "Sa Zheng.

Forskerne injiserte konjugerte gullnanopartikler i mus som hadde fått en overdreven dose acetaminophen (APAP). Overdosering av acetaminophen, også kjent under merkenavnet Tylenol, er en av de vanligste årsakene til legemiddelindusert leverskade og den vanligste årsaken til akutt leversvikt i USA

Sporing av toksisitet

Når nanopartiklene nådde en del av leveren som kalles sinusoid, glutationmolekyler slo ICG -molekyler av gullnanopartiklene og tok deres plass.

"Huske, når leverceller er skadet, glutationutstrømningen er betydelig redusert; derfor, du har færre glutation og flere ICG -molekyler igjen på gullpartiklens overflater, "Sa Zheng.

Gullnanopartiklene kom ganske raskt tilbake til blodet. I løpet av omtrent en halv time, forskerne var i stand til å oppdage glutationutarmning i en liten mengde blod.

"En enkel blodprøve viser hvor mye ICG som er igjen på overflaten av gullpartiklene, "Zheng sa." Jo mer ICG som gjenstår, jo mindre glutation i leveren, som direkte korrelerer med leverskade. Partikkelen vår var i stand til å oppdage overdose av APAP med 93% nøyaktighet, som er veldig høy. Og det er på et stadium som er mye tidligere enn tradisjonelle biomarkører kan oppdage. "

Dr. William Lee, professor i indremedisin ved UT Southwestern Medical Center, er medforfatter av studien og en av verdens ledende eksperter på akutt leversvikt og acetaminofentoksisitet i leveren. Lee har vært etterforsker for fire nettverk sponset av National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK):Hepatitt C antiviral langsiktig behandling mot skrumplever (HALT-C) prøve, studiegruppen for akutt leversvikt, det stoffinduserte leverskade-nettverket og hepatitt B-forskningsnettverket.

"Glutation -fluks er kjernen i acetaminophen -metabolisme, og Dr. Zhengs nye metode for å spore glutation er et stort skritt fremover i vår evne til å forstå og forhindre acetaminophen toksisitet, "Sa Lee.

Dr. Neil Kaplowitz, professor i medisin og sjef for gastroenterologi og leversykdommer ved Keck School of Medicine ved University of Southern California, som ikke var involvert i studien, sa:"Studieforfatterne utviklet en ny tilnærming til dynamisk vurdering av status for glutation i sinusoidene i leveren. Deres teknologiske fremskritt viser at de kan se for seg sinusformet blodglutation eller måle denne indikatoren på sinusformet plasma -glutation spesielt i innsamlet perifert blod, som gjenspeiler mengden glutation i leverceller. "

Mens den nåværende studien var fokusert på stoffindusert, akutt leverskade, Zheng sa at fremtidig arbeid vil ytterligere utdype grunnleggende forståelse av lever-nanopartikkelinteraksjoner, fortsette å forbedre testens følsomhet og nøyaktighet, og utvide teknologien for å hjelpe til med å oppdage kronisk leverskade også. Han sa at forskningen er en spennende forlengelse av hans tidligere innsats for å utvikle nanomedisiner som lett kan fjernes fra kroppen.

"Jeg tilbrakte store deler av min karriere med å utvikle nanomedisiner som er lett å behandle for kreft eller nyresykdom, og denne nye forskningen er et stort gjennombrudd, "Zheng sa." Vi tror vårt nye arbeid kan føre til en lett nanomedisin som kan hjelpe til med å oppdage leverskade mye tidligere med en enkel blodprøve, og det kan hjelpe mange mennesker. "

• UMass Amherst -forsker fokuserer på å forstå grunnleggende aspekter ved hendemikrobiomet
• FDA kvalifiserer C-Paths DIBSS-C for kliniske studier