Enkelt blodprov med nanopartiklar kan möjliggöra tidigare upptäckt av akut leverskada

University of Texas i Dallas kemist Dr Jie Zheng har ägnat mycket av sin karriär åt att undersöka guld nanopartiklar för deras potentiella inverkan inom nanomedicin. I ny forskning, han och hans kollegor visar hur dessa nanopartiklar kan spela en nyckelroll i ett enkelt blodprov för att upptäcka akut leverskada tidigare än nuvarande metoder.

Studien, publicerad online den 19 februari i tidningen Vetenskapliga framsteg , utvidgar motsvarande författare Zhengs arbete, som tidigare har visat användningen av nanopartiklar för riktad leverans av cancerläkemedel och bättre förståelse för njursjukdom.

"Vårt mål är att göra det enkelt för husläkare att enkelt få leverskada tidigare. Om de kan upptäcka och behandla en sådan skada tidigare, patienten har en bättre chans till snabbare återhämtning, "sa Zheng, professor i kemi och biokemi och Cecil H. och Ida Green professor i systembiologisk vetenskap vid Institutionen för naturvetenskap och matematik.

Guldstandarden för övervakning och diagnos av leversjukdom är en leverbiopsi, som är invasiv och kan vara smärtsam eller orsaka komplikationer. I en klinisk miljö, läkare kan också övervaka leverfunktionen noninvasivt med tester som registrerar nivåer av vissa enzymer och proteiner i blodet, såsom alaninaminotransferas (ALAT) och aspartataminotransferas (ASAT), som frigörs av leverceller, eller hepatocyter, när orgeln är skadad.

"Konventionella blodbiomarkörer som ALAT och ASAT frigörs när hepatocyter dör - skadan har redan skett, "Zheng sa." En annan nackdel med dessa tester är att andra faktorer, såsom inflammation, kan orsaka att dessa biomarkörer blir onormalt höga. På grund av detta, i många fall, läkare får inte ingripa direkt. Det skapar ett problem eftersom det kan försena upptäckten och behandlingen av leverskada. "

Inriktning på viktiga antioxidanter

I studien, som utfördes på möss, Zheng och hans kollegor fokuserade på en kemikalie som kallas glutation, som är huvudantioxidanten som produceras av levern. Den ständiga frisläppandet, eller utflöde, av glutation av hepatocyter hjälper till att upprätthålla avgiftningsfunktionen hos en frisk lever. När levern är skadad, dock, glutationproduktion blockeras.

"Glutationutarmning har visat sig starkt korrelera med en ökad risk för många leversjukdomar, inklusive läkemedelsinducerad leverskada, alkoholrelaterade och alkoholfria leversjukdomar, leverfibros och cirros, "Zheng sa." Människor har studerat glutation i decennier, men det är inte lätt att övervaka noninvasivt. "

Icke -invasiv övervakning av glutation har visat sig svårt eftersom biomolekylen späds ut nästan tre storleksordningar när den väl kommer in i blodomloppet, och det konsumeras snabbt av andra organ och rensas snabbt av njurarna.

Zheng och hans kollegor kombinerade sin expertis med guld -nanopartiklar med beteendet hos glutation för att utveckla sin nanoprobe för akut leverskada, som de sedan testade på möss. De började med att kemiskt koppla - eller konjugera - till guldnanopartiklar ett organiskt fluorescerande färgämne som kallas indocyaningrönt (ICG), som har utbredd klinisk användning.

"På grund av denna konjugering, ICG -molekylerna fluorescerar inte. Guldnanopartiklarna bär färgämnet specifikt till levern. Det fina med detta arbete är att sonden selektivt kan aktiveras i levern med hög specificitet, "Sa Zheng.

Forskarna injicerade konjugerade guldnanopartiklar i möss som hade fått en överdriven dos acetaminofen (APAP). Överdosering av acetaminofen, även känd under varumärket Tylenol, är en av de vanligaste orsakerna till läkemedelsinducerad leverskada och den vanligaste orsaken till akut leversvikt i USA

Spårning av toxicitet

När nanopartiklarna nått en del av levern som kallas sinusoid, glutationmolekyler slog ICG -molekyler av guldnanopartiklarna och tog plats.

"Kom ihåg, när leverceller skadas, glutationutflödet reduceras avsevärt; därför, du har färre glutation och fler ICG -molekyler kvar på guldpartiklarnas ytor, "Sa Zheng.

Guldnanopartiklarna återvände till blodomloppet ganska snabbt. Inom ungefär en halvtimme, forskarna kunde upptäcka glutationutarmning i en liten mängd blod.

"Ett enkelt blodprov visar hur mycket ICG som finns kvar på guldpartiklarnas yta, "Sade Zheng." Ju mer ICG som återstår, desto mindre glutation i levern, som direkt korrelerar till leverskada. Vår partikel kunde upptäcka APAP -överdosering med 93% noggrannhet, vilket är mycket högt. Och det är i ett skede som är mycket tidigare än traditionella biomarkörer kan upptäcka. "

Dr William Lee, professor i internmedicin vid UT Southwestern Medical Center, är medförfattare till studien och en av världens ledande experter på akut leversvikt och acetaminofentoxicitet i levern. Lee har undersökt platsen för fyra nätverk som sponsras av National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK):Hepatit C antiviral långvarig behandling mot cirros (HALT-C) försök, studiegruppen för akut leversvikt, det läkemedelsinducerade leverskade-nätverket och hepatit B-forskningsnätverket.

"Glutationflusset är kärnan i acetaminofenmetabolism, och Dr Zhengs nya metod för att spåra glutation är ett stort steg framåt i vår förmåga att förstå och förhindra acetaminofentoxicitet, "Sa Lee.

Dr Neil Kaplowitz, professor i medicin och chef för gastroenterologi och leversjukdomar vid Keck School of Medicine vid University of Southern California, som inte var inblandad i studien, sade:"Studieförfattarna utvecklade ett nytt tillvägagångssätt för dynamisk bedömning av status för glutation i sinusoiderna i levern. Deras tekniska framsteg visar att de kan avbilda sinusformat blodglutation eller mäta denna indikator på sinusformad plasma -glutation specifikt i uppsamlat perifert blod, som exakt återspeglar mängden glutation i leverceller. "

Medan den aktuella studien var inriktad på läkemedelsinducerad, akut leverskada, Zheng sa att framtida arbete kommer att ytterligare fördjupa den grundläggande förståelsen för lever-nanopartikelinteraktioner, fortsätta förbättra testets känslighet och noggrannhet, och utöka tekniken för att hjälpa till att upptäcka kronisk leverskada också. Han sa att forskningen är en spännande förlängning av hans tidigare ansträngningar att utveckla nanomediciner som lätt kan rensas från kroppen.

"Jag tillbringade en stor del av min karriär med att utveckla lätta nanomediciner för behandling av sjukdomar som cancer eller njursjukdom, och denna nya forskning är ett stort genombrott, "Zheng sa." Vi tror att vårt nya arbete kan leda till en nanomedicin som är lätt att hantera och som kan hjälpa till att upptäcka leverskador mycket tidigare med ett enkelt blodprov, och det kan hjälpa många människor. "

• UMass Amherst -forskare fokuserar på att förstå grundläggande aspekter av händernas mikrobiom
• FDA kvalificerar C-Paths DIBSS-C för kliniska prövningar