Νανοένζυμα που μιμούνται την καταλάση με αίσθηση φλεγμονής ανακουφίζουν την οξεία νεφρική βλάβη μέσω αντιστροφής του τοπικού οξειδωτικού στρες Ⅲ

Συζήτηση

Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης αποκάλυψαν ότι το PTC-M θα μπορούσε να βελτιώσει τον τραυματισμό τουνεφρό σε ποντικούς IRIως αντιπροσωπευτικό πειραματικό μοντέλο του ΑΚΙ. Ειδικά, το PTC-M μείωσε σημαντικά τη φλεγμονή και την απόπτωση στους νεφρούς των ποντικών IRI και προστατεύει από κυτταρικό τραυματισμό που προκαλείται από H2O2- σε ανθρώπινα εγγύς σωληναριακά επιθηλιακά κύτταρα. Αυτά τα ευρήματα υπογραμμίζουν τη δυνατότητα του ενζύμου PTC-M ως υποψήφιου για θεραπευτικούς παράγοντες όχι μόνο για IRI αλλά και για AKI λόγω άλλων αιτιών.

Βιολογικά βότανα για καλή υγεία των νεφρών

Τα νανοσωματίδια Mn3O4 έχουν κατάσταση διπλής οξείδωσης Mn2+ και Mn3+ και προστατεύουν τα κύτταρα από βλάβες που προκαλούνται από το ROS, αποτρέποντας την οξειδωτική βλάβη των κυτταρικών συστατικών σε συνθήκες υψηλού οξειδωτικού στρες. Εκτός από αυτά τα οφέλη, η διαδικασία σύνθεσης του Mn3O4 είναι απλή, όπου ακόμη και μια αδύναμη βάση μπορεί να προκαλέσει το σχηματισμό του [19-21]. Παρά τη μεγάλη υπόσχεση, τα νανοσωματίδια με βάση το Mn3O{11}}δεν έχουν αξιοποιηθεί

Εικ. 8 Επιδράσεις του PTC-M στη φλεγμονή σε νεφρούς ποντικών IRI. Σύγκριση του επιπέδου έκφρασης πρωτεΐνης για HO-1 που προσδιορίστηκε με ανοσοστύπωση από το νεφρό ποντικών εικονικών, IRI και IRI+PTC-M. -ακτίνη χρησιμοποιήθηκε ως ενδογενής έλεγχος. B Σύγκριση του επιπέδου έκφρασης mRNA για φλεγμονώδεις δείκτες που προσδιορίστηκε με qPCR από το νεφρό ποντικών εικονικών, IRI και IRI + PTC-M. C Αντιπροσωπευτικές εικόνες ανοσοϊστοχημικής χρώσης για HO-1 (αριστερά) και F4/80 (δεξιά) στο νεφρό ποντικών εικονικών, IRI και IRI+PTC-M. Ράβδοι ζυγαριάς, 25 μm. Τα δεδομένα εμφανίζονται ως μέσος όρος±SEM. *Σελ<0.05 vs. sham mice; #P<0.05 vs. IRI mice. MCP-1 monocyte chemoattractant protein -1, TNF-α tumor necrosis factor-α, ICAM-1 intercellular adhesion molecule-1, VCAM-1 vascular cell adhesion molecule-1, TGF-β transforming growth factor beta

πολύ για εφαρμογές in vivo. Προηγουμένως, η ιδιότητα δέσμευσης ROS των νανοσωματιδίων Mn3O4 χρησιμοποιήθηκε για την κυτταροπροστασία [22], για την ανάπτυξη βιο-ημιαγωγών [20] και για την ανακούφιση από το οξειδωτικό στρες στα φυτά [23]. Ωστόσο, το μικρό μέγεθος σωματιδίων και η αστάθεια ή η πιθανή συσσωμάτωση αυτών των νανοσωματιδίων μπορεί να επηρεάσει αρνητικά τη σωστή κατανομή και τον χρόνο ημιζωής στην κυκλοφορία όταν χρησιμοποιούνται σε συνθήκες in vivo. Δεδομένου ότι το συνηθισμένο Mn3O4 δεν μπορεί να στοχευτεί, η πιθανή τοξικότητα σε ανεπιθύμητες τοποθεσίες λόγω υψηλότερων δόσεων θα μπορούσε επίσης να αποτελεί ανησυχία για την ασφάλεια in vivo συνθήκες. Τα υδροφοβικά τροποποιημένα Mn 3O4 NPs μπορούνδιευκολύνουν αυτήν την κατάσταση επιτρέποντάς τους να φορτωθούν σε έναν νανοφορέα, δίνοντάς του έτσι την ικανότητα να στοχεύει παθητικά το σημείο δράσης. Εδώ, συνθέσαμε1-υδροφοβικό Mn σταθεροποιημένο με δωδεκανοθειόλη3O4νανοπαρκεραμίδια (dMn3O4NPs) και χρησιμοποίησαν τη δράση τους που μοιάζει με καταλάσητη μείωση της νεφρικής βλάβης από την IRI.

Πρόσφατα, οι συνδέτες TK έχουν κερδίσει την προσοχή στην ανάπτυξη συστημάτων παράδοσης που ανταποκρίνονται σε ROS σε τοποθεσίες φλεγμονής πλούσιες σε ROS. Οι δεσμοί TK θα διασπαστούν αμέσως από τα οξειδωτικά ROS, με αποτέλεσμα την απώλεια της δομικής ακεραιότητας των νανοσωματιδιακών συστημάτων και την επιτάχυνση της απελευθέρωσης φορτωμένων θεραπευτικών παραγόντων [24-26]. Επιπλέον, οι δεσμοί ΤΚ είναι σταθεροί κάτω από φυσιολογικές συνθήκες. Σε αυτό το έργο,χρησιμοποιήσαμε ένα ευαίσθητο σε ROS αμφιφιλικό πολυμερές PEGσύζευγμα στεαρίνης που αναπτύχθηκε από υδρόφιλο PEG conσυνδέεται με υδρόφοβες αλκυλικές αλυσίδες C18 μέσω ενός συνδέτη ΤΚ(PEG-TK-C18, PTC) που είχε προηγουμένως συντεθεί από την ομάδα μας[15]. Τα ευαίσθητα στο ROS νανομικκύλια κατασκευάστηκαν απόη αυτοσυναρμολόγηση του PTC και το παρασκευασμένο dMn3O4NPsφορτώθηκαν στο εσωτερικό, με αποτέλεσμα μια ευέλικτη πλατφόρμα νανοένζυμο, PTC-M. Το παρασκευασμένο PTC-Mτο ένζυμο περιείχε διαφορετικούς τομείς (όπως φαίνεται στοΣύκο.1): (1) το εξωτερικό κέλυφος PEG παρέχει βιοσυμβατότητα,διασπορά και παρατεταμένη ημιζωή στην κυκλοφορία in vivo καιεπιλεκτική συσσώρευση σε φλεγμονώδεις θέσεις μέσω επιπλέονΣταθμός μέσω διαρροής αγγείων και η επακόλουθη ενημέρωση υποχρεωτικήκυτταρική δέσμευση (ELVIS) [27], (2) τοΣυνδετήρας TK, ο οποίος μπορεί να διασπαστεί σε περιβάλλον πλούσιο σε ROS, (3) το τμήμα C18 που προσφέρει υδρόφοβο πυρήναγια την ενσωμάτωση dMn3O4NPs καθώς και ενισχυμένο κύτταροπρόσληψη και (4) dMn3O4NP για εξάλειψη ROS. ΟΆλλα πλεονεκτήματα περιελάμβαναν την απλή διαδικασία σύνθεσηςτου dMn3O4NPs. Μετά τη χορήγηση, το PTC-M κυκλοφόρησεστο αίμα και συσσωρεύτηκε στα πλούσια σε ROSφλεγμονώδεις θέσεις, ακολουθούμενες από τη στιγμιαία διάσπασησύνδεσης TK από ROS και αποσταθεροποίηση PTCM, επιτρέποντας τη σταδιακή απελευθέρωση και ενεργοποίηση τουdMn3O4NPs.

Τα χαρακτηριστικά της νεφρικής IRI είναι η ενεργή φλεγμονή από τις ανοσολογικές αποκρίσεις σε ισχαιμική βλάβη ιστού και το αυξημένο οξειδωτικό στρες. Η μειωμένη αιμάτωση των ιστών οδηγεί σε οξεία σωληναριακή βλάβη, η οποία πυροδοτεί φλεγμονώδεις συνέπειες και προκαλεί θάνατο των σωληναριακών επιθηλιακών κυττάρων. Αυτά τα κατεστραμμένα κύτταρα ενισχύουν ξανά τη φλεγμονώδη απόκριση και δημιουργούν έναν φαύλο κύκλο. Είναι ευρέως γνωστό ότι η ισορροπία μεταξύ προφλεγμονωδών και αντιφλεγμονωδών μεσολαβητών καθορίζει τον τραυματισμό ή την αποκατάσταση των ιστών [28]. Η μελέτη μας έδειξε την ανοδική ρύθμιση του HO-1 σε νεφρούς ποντικών IRI, η οποία καταστέλλεται από το PTC-M. Το HO-1, γνωστό ως ενδογενές αντιφλεγμονώδες ένζυμο, ρυθμίζει τις ανοσολογικές αποκρίσεις μετά από ισχαιμία [29, 30]. Η αυξημένη έκφραση του HO-1 αντιπροσωπεύει αντιφλεγμονώδεις και αντιοξειδωτικές αποκρίσεις κατά της IRI. Η μείωση της έκφρασης HO-1 με τη χορήγηση PTC-M υποδηλώνει έμμεσα μείωση της φλεγμονώδους απόκρισης στους ιστούς. Αντίθετα, το IL-6, το MCP-1 και το TNF- είναι γνωστά ως προφλεγμονώδεις μεσολαβητές και παίζουν ρόλο στην επιδείνωση της φλεγμονής των ιστών. Το ICAM-1 και το VCAM-1 συμβάλλουν στην επιδείνωση της φλεγμονής προάγοντας τη στρατολόγηση φλεγμονωδών κυττάρων. Το PTC-M μείωσε επίσης την έκφραση αυτών των μορίων. Δεδομένου ότι αυτές οι φλεγμονώδεις κυτοκίνες πυροδοτούν τον καταρράκτη της συστηματικής φλεγμονής, είναι πολύ σημαντικό να κατασταλεί η φλεγμονώδης απόκριση σε κατεστραμμένους νεφρούς. Η αποκατάσταση της νεφρικής αιμάτωσης ενεργοποιεί τα αγγειακά ενδοθηλιακά κύτταρα, τα οποία πυροδοτούν όχι μόνο την απελευθέρωση φλεγμονωδών κυτοκινών αλλά και την παραγωγή ROS [31]. Τα ενεργοποιημένα ουδετερόφιλα επίσης παράγουν και απελευθερώνουν ROS μέσω της ενεργοποίησης της οξειδάσης NADPH 2 από πρωτεϊνοφλεγμονώδεις κυτοκίνες [32]. Το υπερβολικό ROS προκαλεί βλάβη σε κυτταρικές πρωτεΐνες, λιπίδια, νουκλεϊκό οξύ, μεμβράνες και μιτοχόνδρια. Η συσσώρευση των ενδοκυτταρικών ROS οδηγεί σε συνθήκες οξειδωτικού στρες και στην ενεργοποίηση των οδών κυτταρικού θανάτου. Έτσι, απαιτείται μείωση της απόπτωσης των σωληναριακών κυττάρων για τη θεραπεία της νεφρικής IRI. Τα αποτελέσματα της μελέτης μας έδειξαν ότι η έκφραση της προ-αποπτωτικής πρωτεΐνης Bax ήταν αυξημένη και η έκφραση της αντι-αποπτωτικής πρωτεΐνης Bcl-2 μειώθηκε, αυξάνοντας την αναλογία Bax/Bcl-2, συνεπής με προηγούμενες μελέτες [33]. Το PTC-M εξασθένησε αποτελεσματικά την απόπτωση που προκαλείται από το IR, που αντιπροσωπεύεται από μια μείωση της αναλογίας Bax/Bcl-2. Η σχισμένη κασπάση 3, μια κασπάση εκτελεστής που ενεργοποιήθηκε τόσο στην εξωτερική όσο και στην εγγενή οδό, μειώθηκε επίσης με την επεξεργασία PTC-M. Η οδός MAPK είναι γνωστό ότι εμπλέκεται σε ποικίλες κυτταρικές αποκρίσεις για επιβίωση έναντι εξωτερικών ερεθισμάτων. Αυτές οι αποκρίσεις περιλαμβάνουν κυτταρικό πολλαπλασιασμό, διαφοροποίηση, φλεγμονή και απόπτωση [34]. Σε προηγούμενες μελέτες, τα μονοπάτια σηματοδότησης MAPK ενεργοποιήθηκαν μετά από τραυματισμό IR [35, 36]. Στα αποτελέσματά μας, η φωσφορυλίωση των ERK, JNK και p38 MAPK αυξήθηκε μετά από τραυματισμό IR και βελτιώθηκε με θεραπεία PTC-M τόσο σε πειράματα in vivo όσο και in vitro.