Nya forskningsrön från University of Texas i Dallas avslöjar hur njurar filtrerar ultrasmå tekniska partiklar, vilket kan leda till nya sätt att utveckla riktad terapi för upptäckt och behandling av njursjukdomar och cancer.

Laget, ledd av Dr Jie Zheng, docent i kemi vid Institutionen för naturvetenskap och matematik, syntetiserade en serie guldnanokluster med specifikt antal atomer, skapa olika storlekar av guldpartiklar. De undersökte hur njuren eliminerar var och en av partiklarna, som är mindre än 1 nanometer, från kroppen.

"Vi blev förvånade över att finna att mindre guldnanopartiklar filtrerades fyra till nio gånger långsammare än bara några atomstörre i det tidiga elimineringsstadiet, ", sade Zheng. "Dessa rön hjälper ytterligare att förbättra vår förståelse av njurfiltrering i subnanometerregimen och visar hur exakt njuren kan svara på de ultrasmå nanopartiklarna. Vi hoppas att denna nya kunskap potentiellt kan hjälpa till att skapa terapier som kan rikta sig mot njursjukdomar."

Teamet identifierade ett storleksavskärningsfilter som fångade små nanopartiklar men lät de större partiklarna färdas igenom snabbt. Resultaten visas i journalen Naturens nanoteknik .

"Röntgenbilden av hela kroppen av de olika guldpartiklarna visade tydligt deras olika transporthastigheter från njuren till urinblåsan, " sa Zheng.

Den minsta guldpartikeln eliminerades genom njurarna in i urinblåsan mycket långsammare än större, vilket verkar kontraintuitivt för vår förståelse av hur njurarna fungerar.

"I våra läroböcker i fysiologi, vad vi ofta vet är att de mindre partiklarna elimineras snabbare än stora, vilket är sant för partiklar större än 1 nanometer, " sa Zheng. "Men, när nanopartiklarna är mindre än så, denna storleksskaligande lag ändras."

Forskarna fokuserade på glomerulus, ett nätverk av kapillärer som utgör en grundenhet i njurarnas filtreringssystem. Den glomerulära filtrationsbarriären är en struktur med flera lager genom vilken blodplasma filtreras. Genom att jämföra fördelningen av nanopartiklar i glomerulus, forskare fann att ett lager i synnerhet - den glomerulära endoteliala glykokalyxen - lättare fångar de mindre guldnanoklustren.

Glykokalyxen är inte bara en viktig beståndsdel av glomerulus, utan täcker också omfattande blodkärl där forskarna upptäckt liknande trender i filtrationshastigheter.

Denna observation ger nya insikter för diagnos av sjukdomar som kronisk njursvikt och ateroskleros, som orsakas av fettavlagringar i blodkärlens väggar.

Nanopartiklar har många potentiella biomedicinska tillämpningar, som att hjälpa till med cancerdiagnostik och behandling. Zhengs grupp fann att en minskning av partikelstorleken till subnanometerområdet kan vara en värdefull strategi för att förbättra nanomedicinens tumörinriktningsförmåga.

"Den omfattande förståelsen av hur kroppen interagerar med konstruerade nanopartiklar, speciellt i subnanometerregim, kan potentiellt ge framtida genombrott för nanomedicin när det gäller cancerbehandlingseffektivitet, sa Bujie Du, UT Dallas doktorand och huvudförfattare till tidningen. "Det hjälper också till att bana väg för framtida medicinska tillämpningar av ultraliten nanomedicin."

Du tillbringade fyra år med att arbeta med projektet tillsammans med sina forskare från UT Dallas.

"Vi har definitivt lärt oss mycket om hur njuren fungerar under denna långa resa, och jag är mycket glad att se att det hårda arbetet betalades tillbaka, " Hon sa.

Andra författare från Zhengs forskargrupp var UT Dallas doktorander Xingya Jiang och Qinhan Zhou och forskarassistent Dr. Mengxiao Yu.

"Den viktiga upptäckten möjliggjordes på grund av samarbetet med professor Rongchao Jin och hans student Anindita Das från Carnegie Mellon University, " sa Zheng. "Vi har ett fantastiskt lag."