Látky vyžarujúce svetlo na neinvazívne hodnotenie funkcie obličiek Časť II

pre viac informácií:{0}}

Kliknite sem pre časť I tohto článku

Jiaguo Huang a kol

4. Anorganické testy na identifikáciu rôznych typov nefropatií Nanomatef a na rozlíšenie štádií dysfunkcie obličiek

Na biologické a biomedicínske aplikácie sa využíva množstvo činidiel na báze nanočastíc (NP). Rôznorodý výskum a aplikácie NP poskytli nové stratégie monitorovaniaobličkyfunkciua choroby. Tu popisujeme NP, ktoré nie sú vyčistené obličkami, ako aj NP, ktoré sa vylučujú obličkami na identifikáciuobličkychorobaa monitorovanieobličkyfunkciua najmä sumarizujeme stratégie používané na navrhovanie obličkami vyčistiteľných NP a rastúce pole obličkami vylučovateľných NP na diagnostiku rôznychobličkychoroby.

cistanche na zlepšenieobličkyfunkciu

Kliknite na stonku Cistanche pre funkciu obličiek

4.1. Nerenálne vyčistiteľné NP na neinvazívnu identifikáciu ochorenia obličiek

Diferenciáciaobličkychorobaje už dlho výzvou av súčasnosti sa často spolieha na renálnu biopsiu. Táto metóda je však invazívna a má potenciálne riziko komplikácií.[41] Aktivita makrofágov sa často vyskytuje pri nefritíde, odmietnutí obličkového transplantátu a obličkovej obštrukcii, ale vo všeobecnosti chýba v normálnych obličkách.[42,43] Hauger a kol. použili ultrasmall superparamagnetický oxid železitý (USPIO) v kombinácii s MRI, aby určili, či je možné zobraziť aktivitu makrofágov a lokalizovať ich do kompartmentov obličiek na základe typu ochorenia.[44] V tejto štúdii bol vytvorený model nefrotoxickej nefritídy indukovanej pomocou intravenóznej injekcie ovčieho antikrysieho séra glomerulárnej bazálnej membrány a model obštrukčnej nefropatie. USPIO potiahnutý dextránom sa vstrekne do týchto dvoch experimentálnych modelov potkanov. V modeli nefrotoxickej nefritídy sa pozoruje významný pokles intenzity signálu MRI len v kôre, v ktorej sú glomerulárne lézie lokalizované 24 hodín po injekcii USPIO. V modeli obštrukčnej nefropatie pokles intenzity signálu MRI sa nachádza vo všetkých obličkových kompartmentoch ako odpoveď na difúzne intersticiálne lézie. Zníženie intenzity signálu MRI sa pripisuje absorpcii USPIO buď makrofágmi alebo mezangiálnymi bunkami. Okrem toho znížená intenzita signálu koreluje so stupňom proteinúrie v modeli zápalu pečene, čo naznačuje, že MRI vylepšená USPIO môže pomôcť identifikovať a rozlíšiť rôzne typy nefropatií.[44] Inšpirovaní touto štúdiou, Jo a kol. skúmali, či MRI s podporou USPIO dokáže odhaliť zápal aj pri ischemickom akútnom zlyhaní obličiek.[45] Intenzita signálu vo vonkajšej dreni klesá po 24 a 48 hodinách ischémie, zatiaľ čo u normálnych zvierat sa nenachádza. USPIO sa nachádza vo vnútri lyzozómov makrofágov. Dôležité je, že zmena intenzity signálu MRI vo vonkajšej dreni koreluje so sérovým kreatinínom. Injekcia USPIO nemení funkciu obličiek u normálnych a ischemických zvierat.

Tabata a kol. navrhli fluorescenčné nanočastice oxidu kremičitého (SiNP) na zobrazovanie zápalu na myšom modeli s akútnou intersticiálnou nefritídou a jednostrannou ureterálnou obštrukciou (UUO). Zistilo sa, že jednostranná renálna obštrukcia spôsobuje zvýšenie kolagénového fibrózneho tkaniva v renálnom interstíciu po 6 dňoch od čas zranenia.[46] Túto zmenu je možné zviditeľniť pomocou fluorescenčných anti-CD11bSiNP (CD11b je exprimovaný na povrchu myších makrofágov).[47] Po intravenóznej injekcii fluorescenčných anti-CD11b orientovaných imobilizovaných SiNP do myšacieho modelu s akútnou intersticiálnou nefritídou a UUO sa fluorescenčné anti-CD11b orientované imobilizované SiNP hromadia vo väčšej miere v jednomobličkymodelu UUO ako v normálnych a nezapálených obličkách. Tieto zistenia sú v súlade s histologickými výsledkami, že fluorescenčné anti-CD11b orientované imobilizované SiNP sú spojené s infiltráciou makrofágov do miesta zápalu.[47] Aj keď sú tieto NP dostupné na identifikáciu rôznych typov nefropatií, ich vlastnosť, ktorá sa nedá vyčistiť obličkami, môže spôsobiť dlhodobú retenciu v orgánoch retikuloendotelového systému (RES) a môže vyvolať potenciálnu toxicitu.

4.2. Renálne eliminovateľné NP pre neinvazívnu diferenciáciu štádií dysfunkcie obličiek

4.2.1. Stratégie navrhovania obličkovo vyčistiteľných NP

FDA požaduje, aby sa diagnostické látky vstreknuté do ľudského tela úplne vylúčili v primeranom čase.[48] Hoci činidlá na báze NP vykazujú sľubné biomedicínske zobrazovacie a diagnostické vlastnosti, toxicita vyvolaná ich nešpecifickou akumuláciou in vivo v orgánoch RES zostáva primárnou prekážkou klinickej translácie. Aby sa predišlo dlhodobej toxicite a nešpecifickej akumulácii, vynaložilo sa úsilie na urýchlenie eliminácie NP. Vo všeobecnosti je renálna exkrécia žiaducou cestou na elimináciu NP, pretože kontrastné látky môžu byť rýchlo eliminované. Renalexcretion sa opiera o glomerulárnu filtráciu v obličkách.[16] Avšak to, či sa nanočastica dá vyčistiť obličkami, veľmi závisí od jej veľkosti, náboja a tvaru.[49] Ako je znázornené na obrázku 6, stena glomerulárnej kapiláry zahŕňa hlavne endotel s fenestráciou (70–90 nm), glomerulárnu bazálnu membránu (2–8 nm) a epitel s filtračnou štrbinou zabudovanou do predĺžení podocytov (4–11 nm). V dôsledku kombinovaných účinkov každej vrstvy glomerulárnej kapilárnej steny je prah veľkosti filtrácie kapilárnej steny glomerulov typicky hydrodynamický priemer (HD) 6–8 nm, [16], a tedaobličkyvylučovanie je možné výlučne pre látky, ktoré sú ultramalé.

V roku 2006 bolo prvýkrát pozorované vylučovanie anorganických materiálov obličkami Kostarelosom a kol. v jednostenných uhlíkových nanorúrkach (SWCNT). V tejto práci sú vo vode rozpustné SWCNT funkcionalizované s chelatačným zvyškom DTPA a sú označené v rámci zobrazenia (111In) na zobrazovanie.[50] Hoci tieto funkcionalizované SWCNT majú priemerný priemer 1 nm a priemernú dĺžku 300 – 1 000 nm, nezadržiavajú sa v žiadnom z orgánov RES a rýchlo sa odstraňujú zo systémového krvného obehu cezobličkycesta vylučovania.[50] Choi a kol. ohlásili priekopnícku prácu na kvantových bodkách (QD) odstrániteľných obličkami v roku 2007. Séria malých QD (obrázok 7a) obsahujúca jadro CdSe/ZnS obal a potiahnuté rôzne nabitými skupinami na povrchu, vrátane aniónových (napr. kyselina dihydrolipoová), katiónových (napr. cysteamín), zwitterión (napr. cysteín) a neutrálne malé molekuly (napr. PEG spojený s kyselinou dihydrolipoovou). Toto je prvá štúdia, ktorá uvádza, že QD s HD menšou ako 5,5 nm a zwitteriónovým povrchovým nábojom môžu byť odstránené obličkami.[48] Od týchto prvých dvoch prelomových správ sa pripravilo stále väčšie množstvo obličkami vyčistiteľných NPS (tabuľka 2), vrátane SiNP,[51] uhlíkových bodiek,[52] NP z oxidu železa,[53] paládiových nanočastíc,[54] nanočastíc medi (CuNP), [55] a nanočastice zlata (AuNP).[56] Regenerácia týchto injikovaných obličkami vylučovateľných anorganických NP s hodnotami vyššími ako 50 percent sa pozoruje za 24 hodín; táto hodnota je porovnateľná s účinnosťou renálneho klírensu niektorých malomolekulárnych sond používaných na klinike.Obličkyakumulácia týchto obličkami vylučovateľných anorganických NPS je vo všeobecnosti nižšia ako 12 percent ID na gram tkaniva 24 hodín po injekcii, čo je porovnateľné alebo dokonca menšie ako u nerenálnych vylučovateľných NP v rozsahu 0,7 až 22 percent ID na gram tkaniva po 48 hodinách po injekcii.[57] Okrem toho bola vyvinutá nová generácia SWCNT (obrázok 7b) a tieto SWCNT sú funkcionalizované dvoma fluorescenčnými farbivami (napr. Alexa Fluor 488 a AlexaFluor 680) a kovovými iónovými chelátmi (1,4,7,{{16} }tetraazacyklododová trstina-1,4,7,10-tetraoctová kyselina, DOTA) rádioaktívne značené pomocou 86Y pre zobrazovanie pomocou fluorescenčnej a pozitrónovej emisnej tomografie. Tieto SWCNT sa rýchlo vylučujú obličkami glomerulárnou filtráciou a 65 percent SWCNT sa pozoruje v moči. Dôležité je, že kompetitívna inhibícia transportných systémov OAT, OCT a megalínu v tubuloch neovplyvňuje klírens konštruktu, ktorý riadi von tubulárna aktívna sekrécia alebo reabsorpcia týmito transportérmi ako zložkami renálnej exkrécie.[58] Tieto anorganické nanomateriály s účinnou renálnou exkréciou zdieľajú niektoré významné vlastnosti a stratégie na navrhovanie obličkami vyčistiteľných NP.

1) Veľkosť: Veľkosť prahu filtrácie glomerularkapilárnej steny je typicky 6–8 nm; preto je zníženie veľkosti NPS primárnou stratégiou na zvýšenie účinnosti ich renálneho klírensu. Pomocou anorganickej syntetickej chémie možno ľahko pripraviť väčšinu anorganických nanočastíc s veľkosťou jadra pod 6 nm.

2) Tvar: Účinný renálny klírens SWCNT zahŕňa tvarovací efekt. Hoci molekulové hmotnosti (300–500 kDa) a priemerné dĺžky (300–1000 nm) SWCNT sú oveľa väčšie ako limit molekulovej hmotnosti (50 kDa) a prah filtrácie (6–8 nm) pre glomerulárnu filtráciu, tieto SWNT môžu stále účinne prechádzajú cez obličky do moču. Tento jav možno vysvetliť orientáciou vyvolanou prúdením, vďaka ktorej dlhá os SWNT smeruje k medzere glomerulárnych kapilár.[57] Vo všeobecnosti majú obličkami vyčistiteľné NP sférický tvar a sférické NP s priemerom menším akoobličkyfiltračný prah sa dá ľahko vyčistiť do teurínu.

3) Povrchová chémia: Očakáva sa, že NPS s ultramalými HD sa vylúči obličkami. Mnohé ultramalé NP sú však stále vylučovateľné obličkami a sú akumulované v orgánoch OZE. Napríklad nízka regenerácia moču s hodnotou iba 9 percent ID bola stanovená pre AuNP potiahnuté bis(p-sulfonatofenyl)fenylfosfínom, zatiaľ čo viac ako 50 percent ID týchto AuNP sa nachádza v pečeni 24 hodín po injekcii. Okrem toho Choi a kol. tiež preukázali, že QDs potiahnuté aniónovou kyselinou dihydrolipoovou alebo katiónovým cysteamínom majú malú HD (4 nm) a nemôžu byť odstránené obličkami a sú zadržiavané hlavne v pečeni, pľúcach a slezine.[48] Silná akumulácia ultramalých NP v orgánoch RES sa pripisuje proteínovej adsorpcii, pretože v dôsledku vysokej povrchovej energie a nabitých ligandov na NP môžu takmer tisíce rôznych druhov plazmatických proteínov v krvi interagovať s povrchmi častíc, ak theNP sú distribuované v krvnom obehu.[59] Adsorpcia týchto proteínov môže viesť k výraznému zvýšeniu ich HD a ich vychytávaniu v orgánoch RES makrofágmi.[60,61] Aby sa minimalizovala väzba na sérové ​​proteíny, použili sa zwitteriónové ligandy (napr. cysteín) a neutrálne ligandy (napr. PEG). upravovať povrchy NP. Viac ako 50 percent ID QD potiahnutých zwitteriónovým cysteínovým ligandom (HD: 4,9 nm) môže byť účinne vylúčených do teurínu a menej ako 5 percent ID sa pozoruje v pečeni.[48]Na rozdiel od zwitteriónových ligandov s nabitými vlastnosťami a nízkou molekulovou hmotnosťou, PEG je makromolekula s nízkou hustotou náboja; teda anorganické NP potiahnuté PEG ligandami majú vo všeobecnosti oveľa hrubšie zadné vrstvy ako NP potiahnuté zwitteriónovými ligandami, čo často vedie k HD, ktorý je väčší akoobličkyfiltračný prah. Napriek tomu výskumy odhalili, že anorganické NP potiahnuté krátkymi PEG reťazcami sú obličkami vyčistiteľné s vysokou účinnosťou klírensu. Napríklad Choi a kol. zistili, že iba QD potiahnuté DHLA-PEG-4 (DHLA: dihydrolipoicacid) môžu byť odstránené obličkami a už vôbec nie (DHLA-PEG-8, -14, -22 ) ani kratšie PEG reťazce (DHLA-PEG 2) nie sú žiadúce na to, aby sa QD dali vylučovať obličkami (obrázok 7 c).[62]Okrem toho boli vyvinuté ďalšie anorganické obličkami vylučovateľné NP potiahnuté nízkomolekulovým PEG (500–2000 Da). , ako sú PEG500-potiahnuté SiNP, PEG1000-potiahnuté AuNP (obrázok 8),[63] a PEG{17}}potiahnuté uhlíkové bodky.[52]Tieto výsledky naznačujú, že jemná kontrola Reťazec PEG s optimalizovanou dĺžkou je rozhodujúci pre vývoj PEGylovaných NP, ktoré sa odstránia obličkami.

Cistanche preobličkyfunkciu

4.2.2. Renálne eliminovateľné NP pre neinvazívne štádium dysfunkcie obličiek

Hoci QD potiahnuté zwitteriónovým cysteínom sa môžu rýchlo odstrániť do moču (75 percent ID po 4 hodinách po injekcii), klírens cysteínom potiahnutých AuNP sa nezvýši a (220:60) nm agreguje vo fyziologickom roztoku pufrovanom fosfátom a je pozorovaná akumulácia cysteínom potiahnutých AuNP v orgánoch THERES.[56] Zheng et al. použitím zwitteriónglutatiónu (GSH, tripeptid, ktorý sa hojne vyskytuje v cytoplazme a vykazuje nízku afinitu k plazmatickým proteínom[66]) na úpravu povrchov častíc a minimalizáciu adsorpcie sérových proteínov.[36,56, 63,67–69] získané AuNP potiahnuté GSH (GS AuNP, obrázok 8) môžu vyžarovať blízke infračervené svetlo (veľkosť jadra: 2,5 nm, HD: 3,3 nm), majú vysokú odolnosť voči PPB a majú vysokú regeneráciu moču s viac ako 50 percentami ID 48 hodín po injekcii. Okrem toho môže GSH slúžiť ako univerzálna povrchová chémia na minimalizáciu nešpecifickej akumulácie anorganických NP v orgánoch RES, ako dokazujú iné ultra-malé kovové NP potiahnuté GSH, ako sú paládiové nanočastice (PdNP)[54] a CuNP[55] a ich renálny klírens. Okrem AuNP potiahnutých GSH sa pripravujú aj obličkami vyčistiteľné AuNP pokryté inými zwitteriónovými ligandami, ako je tiolovaný polyaminokarboxylát (DTDTPA)[57,64]a dopamínsulfonát[53]. Medzi zwitteriónovými potiahnutými NP boli GS-AuNP rozsiahle skúmané na biomedicínske zobrazovanie a diagnostiku, od zobrazovania zameraného na nádor až po detekciuobličkydysfunkcia.

Na jednej strane GS-AuNP s veľkosťou jadra 2, 5 nm a HD 3, 3 nm vykazujú vnútornú emisiu NIR bez konjugácie farbív a správajú sa podobne ako malé farbivo NIR IRDye800CW, pokiaľ ide o fyziologickú stabilitu a renálny klírens. GS-AuNP však majú zvýšenú permeabilitu a retenčný účinok, pretože majú oveľa dlhší čas zadržania nádoru a rýchlejší klírens normálneho tkaniva ako IRDye800CW. Tieto prednosti umožňujú GS-AuNP detegovať nádory s vyšším pomerom signálu k šumu ako IRDye800CW. GSAuNP nevykazujú žiadnu závažnú akumuláciu v orgánoch THERES a sú žiaduce na diagnostiku a terapiu rakoviny.[67] Okrem toho môžu byť rádioaktívne GS-[198Au]AuNP emitujúce NIR syntetizované začlenením rádioizotopu zlata 198Au. Tieto GS-[198Au]AuNP si zachovávajú vlastnosť renálneho klírensu a vykazujú rýchlu kinetiku in vivo, ktorá je porovnateľná s kinetikou kontrastných činidiel s malou molekulou používaných na klinike. Tieto GS-[198Au]AuNP sú žiariče svetla NIR a sú rádioaktívne, a preto majú potenciálne aplikácie v duálnom zobrazovaní.[68]

Na druhej strane, neinvazívne zobrazovanie kinetiky klírensu obličiek a staginguobličkydysfunkciaboli overené pomocou GS-AuNP. Hoci endogénny marker GFR kreatinín sa bežne používa na celkové hodnotenieobličkyfunkciua dokonca aj na javiskoobličkydysfunkcia, považuje sa za neskorý indikátorobličkypoškodenie, pretože často ide o necitlivú dysfunkciu obličiek v počiatočnom štádiu a môže sa meniť v závislosti od antropometrických faktorov.[70] Okrem toho je merateľne abnormálny až po strate významnej GFR a nemôže zistiť poškodenie špecifické pre daný región. V dôsledku,obličkypoškodenie sa zvyčajne zistí v neskorom štádiu a terapeutická príležitosť sa vo všeobecnosti stratí. Preto sú potrebné citlivejšie činidlá na detekciu dysfunkcie obličiek v skoršom štádiu.

Ako bolo uvedené vyššie, konvenčné fluorofóry sa vo všeobecnosti rýchlo a trvalo akumulujú v kožných tkanivách po intravenóznej injekcii kvôli ich vysokej lipofilnosti a akumulácii v lipidových membránach kože. A čo viac, amfifilné fluorescenčné NP vrátane QD,[71] farbivom potiahnuté SiNP[72] a neluminiscenčné plazmonické AuNP[71] tiež vykazujú vysokú akumuláciu v koži. Takáto vysoká akumulácia činidiel v koži je hlavnou prekážkou pre neinvazívne zobrazovanie kinetiky klírensu obličiek. Yu a spol. zistili, že konvenčné organické fluorofóry ako Cy3, Cy7 a IR-Dye800CW nedokážu zvýšiť neinvazívneobličkykontrastné a fluorescenčné zobrazenie kinetiky klírensu obličiek.[69] Luminiscenčné anorganické NP môžu vykazovať emisie NIR kvôli účinkom kvantovej veľkosti. Na rozdiel od organických farbív môžu GS-AuNP emitujúce NIR v podstate zvýšiť kontrast obličiek a predĺžiť dobu neinvazívnej detekcie. Percento zlepšenia kontrastu obličiek pre GS-AuNP môže dosiahnuť 90–150 percent po 12 minútach po injekcii a hodnota sa nepretržite zvyšuje na maximálnu hodnotu (240:55) percent po 60 minútach po injekcii, čo je zhruba 50-krát vyššie ako to, ktoré sa získa pre IR-Dye800CW 60 minút po injekcii [(4,7:0,8) percent]. Zvýšenie kontrastu o 68 percent sa pozoruje dokonca aj 10 hodín po injekcii GS-AuNP, a preto sú obličky stále detekovateľné po intravenóznej injekcii 10 hof. Avšak podobné 68-percentné zvýšenie kontrastu je tiež maximálna hodnota, ktorú môže IRDye800CW dosiahnuť 0,6 minúty po injekcii, čo naznačuje, že čas detekcie GS-AuNP je 1000-krát dlhší ako čas IR-Dye800CW. Pozoruhodné zlepšenie kontrastu obličiek a času detekcie sa pripisuje nízkej akumulácii hydrofilných GS-AuNP v koži a rýchlemu odstraňovaniu z kože cez obličky do moču. Krivky intenzity fluorescencie (TFIC) obličiek získané z neinvazívnej a invazívnej detekcie u tej istej myši po injekcii GS-AuNPs ukazujú, že medzi týmito dvoma krivkami a neinvazívnou obličkou nie sú pozorované žiadne významné rozdiely v polčase rozpadu a percente relatívnej funkcie obličiek. TFIC odrážajú obličkový klírens GS-AuNP. Tieto štúdie naznačujú, že GS-AuNP emitujúce NIR emitujúce obličkami umožňujú fluorescenčné zobrazenie kinetiky klírensu obličiek a majú vysoký potenciál pre neinvazívne určenie štádiaobličkydysfunkcia.

Cistanche preobličkyfunkciu

Na overenie GS-AuNP vyžarujúcich NIR na stagingobličkydysfunkcia, základná otázka, či sú takéto techniky fluorescenčného zobrazovania založené na použití GS-AuNP dostatočne citlivé na neinvazívnu diferenciáciu rôznychobličkydysfunkciaetapy by mali byť zodpovedané. Aby to urobili, Yu a kol. použili model myši UUO.[69,73] Myší model UUO je dobre zavedený predklinický model obštrukcie ureteropelvického spojenia a je asymptomatický v počiatočnom štádiu, ale môže spôsobiť poškodenie obličiek, ak sa nelieči okamžite.[74,75] V kontrole ( simulovane operovaná skupina, ľavý ani pravý močovod nie sú podviazané. 7–9 dní po operácii sa medzi myšami UUO a kontrolnou skupinou nepozorovali žiadne významné rozdiely v dusíku močoviny v krvi a sérovom kreatiníne. Avšak pozmenenéobličkyštruktúry spôsobené obštrukciou sa identifikujú ex vivo patologickou analýzou. Tieto výsledky naznačujú, že dusík močoviny v krvi a sérový kreatinín nie sú dobrými ukazovateľmiobličkyfunkciuv modeli UUO, ktorý je v súlade s predchádzajúcimi štúdiami.[76] S pomocou GS-AuNP pomocou in vivo NIR fluorescenčného zobrazovania UUO odišielobličkymožno ľahko odlíšiť od neupchaných obličiek neinvazívnym zobrazovaním a analýzou TFIC (obrázok 9). Fluorescenčné signály upchatej ľavej obličky sú dramaticky znížené v porovnaní so signálmi pravejobličkyu UUO myší a oboch obličiek v kontrolnej skupine 1 minútu po intravenóznej injekcii GS-AuNP (obrázok 9).[73] Takáto znížená akumulácia GS-AuNP v UUOobličkysa pripisuje dramaticky zníženej krvnej perfúzii po obštrukcii.[77] IRDye800CW to však nedokáže rozlíšiť kvôli jeho silnej akumulácii v kožných tkanivách. Okrem detekcie poškodenia obličiek, štádiíobličkydysfunkcia(mierne poškodenie obličiek a ťažké poškodenie obličiek) možno tiež rozlíšiť neinvazívnym zobrazením kinetiky klírensu obličiek GS-AuNP. Pre obličky s miernym poškodením je maximálna hodnota zobrazenia UUOľavej obličky mierne znížená v porovnaní s hodnotou ľavej obličky v kontrolnej skupine a vylučovanie GS-AuNP cez obličky u UUO myší je spomalené. Pre obličky s ťažkým poškodením sa maximálna hodnota zobrazenia dramaticky znižuje. Tieto pozorovania sú v zhode s údajmi stanovenými SPECT zobrazením UUO a patologickou analýzou obličkového tkaniva;[73] napríklad obličkové tubuly majú miernu až strednú atrofiu a dilatáciu pozorujeme v obličkách s miernym poškodením, zatiaľ čo renálne tubulárne poškodenie a kortikálna atrofia sú veľké výraznejšie v obličkách so závažným poškodením. Tieto výsledky jasne naznačujú, že fluorescenčné zobrazenie kinetiky klírensu obličiek GS-AuNP môže slúžiť ako lacná a vysoko citlivá metóda na neinvazívne stanovenie štádia dysfunkcie obličiek v predklinických zvieracích modeloch.

5. Závery a perspektívy

Meranie rýchlosti glomerulárnej filtrácie (GFR) na základe klírensu moču alebo plazmy buď exogénnych alebo endogénnych filtračných činidiel je akceptované ako zlatý štandardný prístup na hodnotenieobličkyfunkciu. Nie je však bežne dostupný, pretože existujúce protokoly sú ťažkopádne, časovo náročné a/alebo invazívne. Významný vývoj v oblasti diagnostikyobličkyfunkciua choroba je zrejmá z literatúry. Vyvinuli sme transkutánnu detekčnú techniku, ktorá umožňuje rýchle a pohodlné stanovenieobličkyfunkciubez nutnosti časovo náročnej prípravy vzorky krvi/moču. Nedávna štúdia pôsobivo odhalila, že tento neinvazívny postup meraniaobličkyfunkciuu zvierat bez anestézie neovplyvnili negatívne arteriálny tlak, srdcovú frekvenciu alebo lokomotorickú aktivitu.[78]Preto je dôležité vyhnúť sa poklesu GFR súvisiacemu s anestéziou, aby sa získali presné výsledky. Tabuľka 1 poskytuje súbor reprezentatívnych fluorescenčných činidiel GFR, ktoré sa použili na určenieobličkyfunkciuv predklinických štúdiách. Najmä tieto zwitteriónové blízke infračervené (NIR) činidlá, ktoré sme nedávno vyvinuli, majú pozitívny výhľad tým, že ponúkajú hlbšiu penetračnú hĺbku, pretože silná vnútorná autofluorescencia pozadia živého tkaniva je stále jednou z najväčších prekážok počas transkutánnych meraní. Využitím výhod vyššie uvedených činidiel NIR a techniky transkutánnej detekcie je oveľa rýchlejší, robustnejší a pohodlnejší prístup k neinvazívnemu hodnoteniu v reálnom čase.obličkyfunkciuje validovaný v porovnaní s tradičnými činidlami GFR a metódami stanovenia. Pred skutočným použitím v klinickej praxi sú však potrebné ďalšie štúdie o klírense a toxicite týchto látok GFR u väčších zvierat, ako sú psy alebo opice.

Je zaujímavé, že niektoré dizajnové stratégie pre fluorescenčné GFRagenty sú podobné tým pre anorganické nanočastice vyčistiteľné obličkami (NP); napríklad bolo ukázané použitie oboch zwitteriónových alebo neutrálnych ligandov na vývoj organických GFR činidiel aj anorganických renálne vylučovateľných NP. Preto sa domnievame, že použitie charakteristík zwitteriónového alebo neutrálneho náboja je kritickou stratégiou pre vývoj činidiel vylučovaných obličkami. Aj keď sa doteraz vyvinulo množstvo renálne vyčistiteľných NP (tabuľka 2), stále existuje veľa výziev a základných otázok, ktoré je potrebné riešiť. Napríklad zlaté nanočastice potiahnuté glutatiónom (GS-AuNP) boli overené pri rozlišovaní štádiíobličkydysfunkcia; avšak presné mechanizmy vylučovania týchto GS-AuNP zobličkynie sú jasné a otázka, či sa sekrécia alebo reabsorpcia podieľa na procese vylučovania, si vyžaduje ďalšie skúmanie. Nízka hĺbka prieniku svetla do tkaniva zostane prekážkou pre ďalšiu aplikáciu týchto luminiscenčných AuNP, ktoré sa dajú vyčistiť obličkami.obličkyfunkčnézobrazovanie. Jedným z potenciálnych riešení je skombinovať ho s inými zobrazovacími modalitami, ako je pozitrónová emisná tomografia a jednofotónová emisná počítačová tomografia. Za zmienku stojí, že uhlíkové bodky sú jediné anorganické NP, ktoré sa vylučujú obličkami, ktoré získali schválenie nového lieku Food and Drug Administration pre prvé klinické skúšky na ľuďoch.[79,80] Či sú teda iné NP vylučovateľné obličkami biologicky kompatibilné by sa malo riešiť dostatočné množstvo pre budúce aplikácie u ľudí.

Obličkychorobamá mnoho príčin, vrátane hypotenzie, traumy, akútnej tubulárnej nekrózy, obštrukcie moču a nefrotoxicity vyvolanej liekmi.[6] Hoci GFR sa celkovo považuje za najlepší ukazovateľobličkyfunkciumalo by sa vyvinúť ďalšie úsilie smerom k vývoju nových látok vyžarujúcich svetlo na detekciu poranenia špecifického pre daný regiónobličky(napr. tubulárna nekróza a funkcia) tak, žeobličkychorobymožno odlíšiť a toobličkyPoranenie môže byť diagnostikované v počiatočnom štádiu.

Cistanche preobličkyfunkciu

Poďakovanie

Táto práca bola podporená projektom Marie Curie ITN 7. RP: Nephro Tools.

Konflikt záujmov

Autori nedeklarujú žiadny konflikt záujmov.

Od: ' Látky vyžarujúce svetlo pre neinvazívne hodnotenieObličkyFunkciaod Jiaguo Huanga a kol

--ChemistryOpen 2017, 6, 456 – 471 www.chemistryopen.org 464 T 2017 The Authors. Vydal Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinh

REFERENCIE:

[1] CJ Lote, L. Harper, CO Savage, Br. J. Anaesth. 1996, 77, 82-89.
[2] RE Tolls, JM Dille, J. Urol. 1955, 74, 197 –201.
[3] GJ Schwartz, SL Furth, Pediatr. Nephrol. 2007, 22, 1839 –1848.
[4] J. Huang, N. Gretz, S. Weinfurter, Eur. J. Pharmacol. 2016, 790, 92 – 98.
[5] LA Stevens, AS Levey, J. Am. Soc. Nephrol. 2009, 20, 2305 – 2313.
[6] C. Brede, V. Labhasetwar, Adv. ChronickýObličkyDis. 2013, 20, 454 –465.
[7] DC Brater, Br. J. Clin. Pharmacol. 2002, 54, 87-95.
[8] J. Huang, S. Weinfurter, PC Pinto, M. Pretze, B. Kranzlin, J. Pill, R. Federica, R. Perciaccante, LD Ciana, R. Masereeuw, N. Gretz, Bioconjugate Chem. 2016, 27, 2513 –2526.
[9] V. Jha, G. Garcia-Garcia, K. Iseki, Z. Li, S. Naicker, B. Plattner, R. Saran, AY Wang, CW Yang, Lancet 2013, 382, ​​260 – 272.
[10] LK Chinen, KP Galen, KT Kuan, ME Dyszlewski, H. Ozaki, H. Sawai, RS Pandurangi, FG Jacobs, RB Dorshow, R. Rajagopalan, J. Med. Chem. 2008, 51, 957 – 962.
[11] SH Kwon, A. Saad, SM Herrmann, SC Textor, LO Lerman, Rádiológia 2015, 276, 490 – 498.
[12] AT Taylor, J. Nucl. Med. 2014, 55, 608 –615.
[13] JD Krier, EL Ritman, Z. Bajzer, JC Romero, A. Lerman, LO Lerman, Am. J. Physiol. 2001, 281, F630 – 638.
[14] R. Rajagopalan, WL Neumann, AR Poreddy, RM Fitch, JN Freskos, B. Asmelash, KR Gaston, KP Galen, JJ Shieh, RB Dorshow, J. Med. Chem. 2011, 54, 5048 –5058.
[15] AR Poreddy, WL Neumann, JN Freskos, R. Rajagopalan, B. Asmelash, KR Gaston, RM Fitch, KP Galen, JJ Shieh, RB Dorshow, Bioorg. Med. Chem. 2012, 20, 2490 – 2497.
[16] H. Wu, J. Huang, Curr. Proteínový peptid. Sci. 2016, 17, 582 – 595

[17] JE Bugaj, RB Dorshow, Regul. Toxicol. Pharmacol. 2015, 72, 26 – 38.
[18] AR Poreddy, B. Asmelash, KP Galen, RM Fitch, J.-J. Shieh, JM Wilcox, TM Schoenstein, JK Wojdyla, KR Gaston, JN Freskos, WL Neumann, R. Rajagopalan, H.-Y. Ahn, JG Kostelc, poslanec Debreczeny, KD Belfield, RB Dorshow, Proc. SPIE 7190, 2009, 71900P, DOI: 10.1117/12.809287.
[19] JN Lorenz, E. Gruenstein, Am. J. Physiol. 1999, 276, F172 – 177.
[20] Z. Qi, I. Whitt, A. Mehta, J. Jin, M. Zhao, RC Harris, AB Fogo, MD Breyer, Am. J. Physiol. 2004, 286, F590 –596.
[21] J. Pill, O. Issaeva, S. Woderer, M. Sadick, B. Kranzlin, F. Fiedler, HM Klotzer, U. Kramer, N. Gretz, Arch Naunyn-Schmiedeberg. Pharmacol. 2006, 373, 204 –211.
[22] R. Chandra, JL Barron, Ann. Clin. Biochem. 2002, 39, 567 – 576.
[23] D. Schock-Kusch, Q. Xie, Y. Shulhevich, J. Hesser, D. Stsepankou, M. Sadick, S. Koenig, F. Hoecklin, J. Pill, N. Gretz,ObličkyInt. 2011, 79, 1254 –1258.
[24] A. Schreiber, Y. Shulhevich, S. Geraci, J. Hesser, D. Stsepankou, S. Neudecker, S. Koenig, R. Heinrich, F. Hoecklin, J. Pill, J. Friedemann, F. Schweda N. Gretz, D. Schock-Kusch, Am. J. Physiol. 2012, 303, F783 –788.
[25] D. Schock-Kusch, Y. Shulhevich, Q. Xie, J. Hesser, D. Stsepankou, S. Neudecker, J. Friedemann, S. Koenig, R. Heinrich, F. Hoecklin, J. Pill, N Gretz,ObličkyInt. 2012, 82, 314 –320.
[26] D. Schock-Kusch, S. Geraci, E. Ermeling, Y. Shulhevich, C. Sticht, J. Hesser, D. Stsepankou, S. Neudecker, J. Pill, R. Schmitt, A. Melk, PLoS Jeden 2013, 8, e71519.
[27] AW Cowley, Jr., RP Ryan, T. Kurth, MM Skelton, D. Schock-Kusch, N. Gretz, Hypertenzia 2013, 62, 85 – 90.
[28] S. Steinbach, N. Krolop, S. Strommer, Z. Herrera-Perez, S. Geraci, J. Friedemann, N. Gretz, R. Neiger, PLoS One 2014, 9, e111734.
[29] MP Gleeson, J. Med. Chem. 2007, 50, 101 – 112.
[30] M. Takeda, S. Khamdang, S. Narikawa, H. Kimura, Y. Kobayashi, T. Yamamoto, SH Cha, T. Sekine, H. Endou, J. Pharmacol. Exp. Ther. 2002, 300, 918 – 924.
[31] S. Gould, RC Scott, Food Chem. Toxicol. 2005, 43, 1451 – 1459.
[32] LR Lumholdt, R. Holm, EB Jorgensen, KL Larsen, Carbohydr. Res. 2012, 362, 56 –61.
[33] S. Sato, Y. Umeda, S. Fujii, S. Takenaka, Bioconjugate Chem. 2015, 26, 379 – 382.
[34] Y. Takechi-Haraya, K. Tanaka, K. Tsuji, Y. Asami, H. Izawa, A. Shigenaga, A. Otaka, H. Saito, K. Kawakami, Bioconjugate Chem. 2015, 26, 572 –581.
[35] J. Huang, S. Weinfurter, C. Daniele, R. Perciaccante, R. Federica, DC Leopoldo, J. Pill, N. Gretz, Chem. Sci. 2017, 8, 2652 –2660.
[36] M. Yu, J. Liu, X. Ning, J. Zheng, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 15434 –15438; Angew. Chem. 2015, 127, 15654–15658.
[37] FM Hamann, R. Brehm, J. Pauli, M. Grabolle, W. Frank, WA Kaiser, D. Fischer, U. Resch-Genger, I. Hilger, Mol. Imaging 2011, 10, 258 – 269.
[38] L. Scarfe, A. Rak-Raszewska, S. Geraci, D. Darssan, J. Sharkey, J. Huang, NC Burton, D. Mason, P. Ranjzad, S. Kenny, N. Gretz, R. Levy, BK Park, M. Garcia-Finana, AS Woolf, P. Murray, B. Wilm, Sci. Rep. 2015, 5, 13601.
[39] HS Choi, K. Nasr, S. Alyabyev, D. Feith, JH Lee, SH Kim, Y. Ashitate, . Hyun, G. Patonay, L. Strekowski, M. Henary, JV Frangioni, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6258 –6263; Angew. Chem. 2011, 123, 6382 –6387.
[40] CN Njiojob, EA Owens, L. Narayana, H. Hyun, HS Choi, M. Henary, J. Med. Chem. 2015, 58, 2845 –2854.
[41] V. Cattell,ObličkyInt. 1994, 45, 945 – 952.
[42] V. Grau, B. Herbst, B. Steiniger, Cell Tissue Res. 1998, 291, 117 –126.
[43] GF Schreiner, KP Harris, ML Purkerson, S. Klahr,ObličkyInt. 1988, 34, 487 – 493.
[44] O. Hauger, C. Delalande, C. Deminiere, B. Fouqueray, C. Ohayon, S. Garcia, H. Trillaud, C. Combe, N. Grenier, Radiology 2000, 217, 819-826.
[45] SK Jo, X. Hu, H. Kobayashi, M. Lizak, T. Miyaji, A. Koretsky, RA Star,ObličkyInt. 2003, 64, 43 – 51.
[46] DP Basile, MD Anderson, TA Sutton, Compr. Physiol. 2012, 2, 1303 –1353.
[47] T. Shirai, H. Kohara, Y. Tabata, J. Drug Targeting 2012, 20, 535 – 543.
[48] ​​HS Choi, W. Liu, P. Misra, E. Tanaka, JP Zimmer, B. Itty Ipe, MG Bawendi, JV Frangioni, Nat. Biotechnol. 2007, 25, 1165 –1170.