Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoekers hebben een ingrijpende ontdekking gedaan die laat zien hoe niercellen zichzelf vernieuwen

"Daarom is de ontdekking van dit zelfvernieuwingsmechanisme waarschijnlijk een van de belangrijkste bevindingen die we tot nu toe hebben gedaan. Met uitstekende kernfaciliteiten en toegewijd personeel is UTD een geweldige plek om dergelijk baanbrekend onderzoek te doen."

Verder onderzoek kan leiden tot verbeteringen in de nanogeneeskunde en vroege detectie van nierziekten, zei hij.

Een onverwachte bevinding

De onderzoekers zeiden dat hun ontdekking hen verraste.

Al 15 jaar onderzoekt Zheng het biomedische gebruik van gouden nanodeeltjes als beeldvormende middelen, voor fundamenteel begrip van glomerulaire filtratie, voor vroege detectie van leverziekten en voor gerichte toediening van kankermedicijnen. Een deel van dat werk was gericht op het begrijpen hoe gouden nanodeeltjes door de nieren worden gefilterd en via de urine uit het lichaam worden verwijderd.

Onderzoek heeft aangetoond dat gouden nanodeeltjes over het algemeen ongeschonden door een structuur in de nier gaan die de glomerulus wordt genoemd en vervolgens naar de proximale tubuli terechtkomen, die meer dan 50% van de nier uitmaken. Er is aangetoond dat proximale tubulaire epitheelcellen de nanodeeltjes internaliseren, die uiteindelijk uit die cellen ontsnappen om in de urine te worden uitgescheiden. Maar hoe ze uit de cellen ontsnappen is nog onduidelijk.

In december 2021 presenteerden Zheng en zijn chemieteam – onderzoekswetenschapper en hoofdauteur van het onderzoek Yingyu Huang Ph.D. '20 en co-corresponderende auteur Dr. Mengxiao Yu, universitair hoofddocent, onderzochten gouden nanodeeltjes in proximale buisvormige weefselmonsters met behulp van een optische microscoop, maar ze schakelden over op een van de elektronenmicroscopen (EM) van de universiteit voor een betere resolutie.

"Met behulp van EM zagen we gouden nanodeeltjes ingekapseld in lysosomen in grote blaasjes in het lumen, de ruimte buiten de epitheelcellen," zei Yu.

Blaasjes zijn kleine met vloeistof gevulde zakjes die zowel binnen als buiten de cellen worden aangetroffen en waarin verschillende stoffen worden getransporteerd.

"Maar we hebben ook de vorming van deze blaasjes waargenomen die zowel nanodeeltjes als organellen bevatten buiten de cellen, en het was niet iets dat we eerder hadden gezien," zei Yu.

De onderzoekers vonden proximale tubulaire cellen die naar buiten gerichte uitstulpingen hadden gevormd in hun luminale membranen die niet alleen gouden nanodeeltjes bevatten, maar ook lysosomen, mitochondria, endoplasmatisch reticulum en andere organellen die doorgaans beperkt zijn tot het interieur van een cel. De geëxtrudeerde inhoud werd vervolgens afgeknepen in een blaasje dat de extracellulaire ruimte in zweefde.

"Op dat moment wisten we dat dit een ongewoon fenomeen was", zei Yu. "Dit is een nieuwe methode voor cellen om mobiele inhoud te verwijderen."

Een nieuw verlengingsproces

Het door extrusie gemedieerde zelfvernieuwingsmechanisme verschilt fundamenteel van andere bekende regeneratieve processen – zoals celdeling – en schoonmaaktaken zoals exocytose. Bij exocytose worden vreemde stoffen zoals nanodeeltjes ingekapseld in een blaasje in de cel. Vervolgens versmelt het blaasjesmembraan met de binnenkant van het celmembraan, dat zich opent en de inhoud naar buiten vrijgeeft.

"Wat we ontdekten is totaal anders dan het eerdere begrip van hoe cellen deeltjes elimineren. Er is geen membraanfusie in het extrusieproces, waardoor oude inhoud uit normale cellen wordt geëlimineerd en de cellen zichzelf kunnen bijwerken met nieuwe inhoud, " zei Huang. "Het gebeurt, ongeacht of er vreemde nanodeeltjes aanwezig zijn of niet. Het is een intrinsiek, proactief proces dat deze cellen gebruiken om langer te overleven en goed te functioneren."

Zheng zei dat hun bevindingen nieuwe studiegebieden openen. Epitheelcellen worden bijvoorbeeld, net als die in de proximale tubuli, aangetroffen in andere weefsels, zoals de wanden van slagaders en in de darmen en het spijsverteringskanaal.

"Op het gebied van nanogeneeskunde willen we de ophoping van nanodeeltjes in het lichaam zoveel mogelijk minimaliseren. We willen niet dat ze vast komen te zitten in de nieren, dus het is erg belangrijk om te begrijpen hoe nanodeeltjes uit de proximale tubuli worden geëlimineerd, ' zei Zheng. "Als we zouden kunnen leren hoe we dit zelfvernieuwingsproces kunnen reguleren of monitoren, kunnen we misschien ook een manier vinden om de nieren gezond te houden bij patiënten met hoge bloeddruk of diabetes.

"Als we manieren zouden kunnen ontwikkelen om de signatuur van dit proces op niet-invasieve wijze te detecteren, zou dit misschien een indicator kunnen zijn voor vroege nierziekte."

Meer informatie: Yingyu Huang et al., Proximale tubuli elimineren endocytose gouden nanodeeltjes via een door organel-extrusie gemedieerd zelfvernieuwingsmechanisme, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01366-7

Journaalinformatie: Natuurnanotechnologie

Aangeboden door de Universiteit van Texas in Dallas




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Verspilde vogelveren veranderd in voedsel
  2. Kenmerken levende cel
  3. USDA test rundvlees op H5N1 tijdens de huidige uitbraak bij melkkoeien
  4. Onze eerste stappen? Fossiel kan zaak voor vroegste voorouder versterken
  5. De vier eigenschappen van spiercellen
  6. Net als mensen, honden bleken onrustig te slapen na negatieve ervaringen
  7. Wetenschappers construeren organo-fosfatische schelpen van brachiopoden
  8. Dammen en andere barrières voor paaigebieden voor zalm zorgen voor uitdagingen voor visserijbeheerders
  9. Meer dan koraal:de onzichtbare slachtoffers van recordbrekende hitte op het Great Barrier Reef

Wetenschap