Nieuwe onderzoeksresultaten van de Universiteit van Texas in Dallas onthullen hoe nieren ultrakleine kunstmatige deeltjes filteren, die kunnen leiden tot nieuwe manieren om gerichte therapieën te ontwikkelen voor de opsporing en behandeling van nierziekten en kankers.

Het team, geleid door Dr. Jie Zheng, universitair hoofddocent scheikunde aan de School of Natural Sciences and Mathematics, een reeks gouden nanoclusters gesynthetiseerd met specifieke aantallen atomen, het creëren van verschillende groottes van gouddeeltjes. Ze onderzochten hoe de nier elk van de deeltjes elimineert, die kleiner zijn dan 1 nanometer, uit het lichaam.

"We waren verrast toen we ontdekten dat kleinere gouden nanodeeltjes vier tot negen keer langzamer werden gefiltreerd dan slechts een paar atoomgrotere in de vroege eliminatiefase, " zei Zheng. "Deze bevindingen helpen ons begrip van nierfiltratie in het sub-nanometerregime verder te verbeteren en laten zien hoe precies de nier kan reageren op de ultrakleine nanodeeltjes. We hopen dat deze nieuwe kennis mogelijk kan helpen bij het creëren van therapieën die gericht kunnen zijn op nierziekten."

Het team identificeerde een filter dat kleine nanodeeltjes opsloot, maar de grotere deeltjes snel doorliet. De resultaten verschijnen in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

"De röntgenbeeldvorming van het hele lichaam van de verschillende gouddeeltjes toonde duidelijk hun verschillende transportsnelheden van de nier naar de blaas, ' zei Zheng.

Het kleinste gouddeeltje werd veel langzamer via de nieren in de blaas geëlimineerd dan grotere, wat tegenstrijdig lijkt met ons begrip van hoe de nieren werken.

"In onze leerboeken fysiologie, wat we vaak weten is dat de kleinere deeltjes sneller worden geëlimineerd dan de grote, wat geldt voor deeltjes groter dan 1 nanometer, "Zheng zei. "Echter, zodra de nanodeeltjes kleiner zijn dan dat, deze wet op schaalvergroting verandert."

De onderzoekers richtten zich op de glomerulus, een netwerk van haarvaten die een basiseenheid vormen van het filtratiesysteem van de nieren. De glomerulaire filtratiebarrière is een meerlaagse structuur waardoor bloedplasma wordt gefilterd. Door de verdeling van nanodeeltjes in de glomerulus te vergelijken, onderzoekers ontdekten dat met name één laag - de glomerulaire endotheliale glycocalyx - gemakkelijker de kleinere gouden nanoclusters vangt.

De glycocalyx is niet alleen een belangrijk onderdeel van de glomerulus, maar lijnen ook uitgebreid bloedvaten waar de onderzoekers vergelijkbare trends in filtratiesnelheden ontdekten.

Deze observatie biedt nieuwe inzichten voor de diagnose van ziekten zoals chronisch nierfalen en atherosclerose, die wordt veroorzaakt door vetafzettingen in de wanden van bloedvaten.

Nanodeeltjes hebben veel potentiële biomedische toepassingen, zoals het helpen bij de diagnose en behandeling van kanker. De groep van Zheng ontdekte dat het verkleinen van de deeltjesgrootte tot het sub-nanometerbereik een waardevolle strategie zou kunnen zijn om de tumorgerichte mogelijkheden van nanogeneeskunde te verbeteren.

"Het uitgebreide begrip van hoe het lichaam interageert met gemanipuleerde nanodeeltjes, vooral in sub-nanometer regime, kan mogelijk toekomstige doorbraken opleveren voor nanogeneeskunde op het gebied van de werkzaamheid van kankerbehandelingen, " zei Bujie Du, UT Dallas-promovendus en hoofdauteur van het artikel. "Het helpt ook de weg vrij te maken voor de toekomstige medische toepassingen van ultrakleine nanogeneeskunde."

Du werkte vier jaar aan het project met haar collega-onderzoekers van de UT Dallas.

"We hebben zeker veel geleerd over hoe de nier werkt tijdens deze lange reis, en ik ben erg blij om te zien dat het harde werk is terugverdiend, " ze zei.

Andere auteurs van de onderzoeksgroep van Zheng waren UT Dallas-afgestudeerde studenten Xingya Jiang en Qinhan Zhou en onderzoeksassistent-professor Dr. Mengxiao Yu.

"De belangrijke ontdekking werd mogelijk gemaakt door de samenwerking met professor Rongchao Jin en zijn student Anindita Das van de Carnegie Mellon University, "Zei Zheng. "We hebben een geweldig team."