Nanainsímí a dhéanann aithris ar chataláis a mhothaíonn clúmh agus a mhaolaíonn Géarghortú Duán Trí Strus Ocsaídeach Áitiúil a aisiompú

Teibí

Cúlra: Anspeiceas ocsaigin imoibríoch (ROS)agus is eol go bhfuil baint ag galair éagsúla le clúmhaireacht, rud a chuireann go mór le damáiste fíocháin. Tá an duán so-ghabhálach do hypoxia agus i mbaol ROS. Dá bhrí sin, an timthriall fí idirstrus ocsaídiúcháinagus duánachcuireann hypoxia go criticiúille dul chun cinn nagalar duáin ainsealachagus ar deireadh,galar duánach deiridh. Mar sin, is réiteach indéanta é gníomhairí teiripeacha a sheachadadh chuig an suíomh clúmhillte atá saibhir i ROS agus na gníomhairí teiripeacha a scaoileadh.

Luibheanna Nua Do Ghalar Duán

Torthaí: D’fhorbraíomar ardán nano ilúsáideach a scaiptear níos faide agus a bhraithfeadh clú agus cáil ar ROS trí aithris chobhsaithe catalase 1-dodecanethiol cobhsaithe Mn3O4 (dMn3O4) nanacháithníní laistigh de nana-cháithníní ROS-íogaircealla (PTC), a bhfuil nana-aimsí ROS-íogair (PTC-M) mar thoradh air. dMn hidreafóbach3O4luchtaíodh nanacháithníní taobh istighMicelles PTC chun scaoileadh roimh am a chosc le linn cúrsaíochta agus gníomhú mar ghníomhaire teiripeach a fhreagraíonn do ROSscaoileadh dMn luchtaithe3O4nuair a shroich sé an suíomh infammation.

Eochairfhocail:Nanacháithníní Mn3O4, Nana-aimsí, Infammation,Ischemia-reperfusion, Duán

Cúlra

Acute kidney injury (AKI) is the term that covers a broad spectrum of renal function deterioration ranging from small changes in serum creatinine level to conditions requiring renal replacement therapy [1]. The KDIGO (Kidney disease: improving global outcomes) guidelines define AKI as an increase in serum creatinine of either>0.3  mg/dL within 48  h,>1.5 uair ón mbunlíne laistigh de sheacht lá nó laghdú ar líon na fual<0.5 ml/kg/hour for six hours [1]. AKI is one of the rising global health problems that cause high morbidity and mortality and economic burden [2]. The incidence of AKI defined by the KDIGO guidelines was 21.6% in adults in in-hospital settings [3]. AKI may lead to several complications, including metabolic acidosis, hyperkalemia, uremia, volume overload, and damage to other organ systems, including death. Despite advances in medicine, mortality from AKI is still high. According to a meta-analysis of studies in in-hospital settings, AKI-associated mortality was reported to be 23.9% in adults [3]. The mortality rate of dialysis-requiring AKI patients exceeds 50% [4]. AKI increases the long-term risk of subsequent AKI, progressive chronic kidney disease (CKD), and end-stage renal disease (ESRD) [5]. Eventually, AKI increases socioeconomic and healthcare burdens. Nevertheless, there is no clear treatment for AKI to date. When AKI occurs, conservative treatments such as removing the causative factors, controlling water and electrolyte imbalances, performing renal replacement therapy, if necessary, and waiting for renal function to recover are applied.

Gortú ischemia-reperfusion (IRI)gortú orgán de bharr laghdú neamhbhuan nó scor den sreabhadh fola, agus reperfusion ina dhiaidh sin, agus is féidir teacht air i gcásanna éagsúla cliniciúla, mar shampla turraing, infarction miócairdiach, stróc ischemic, máinliacht móra, agus trasphlandú orgáin. Tá IRI Duánach ar cheann de na príomhchúiseanna le AKI, rud a fhágann go bhfuil meath tapa ar fheidhm duánach. Is orgán é an duáin atá so-ghabhálach go háirithe do maslaí ischemic agus cealla epithelial feadánacha gortaithe ina dhiaidh sin ina chúis le heisfhearadh táirgí dramhaíola lagaithe, agus rialú cothromaíochta uisce, leictrilít agus aigéad-bun [6]. Is eol go mbaineann an mheicníocht díobhála cille tubular duánach in IRI le cumha de bharr speicis ocsaigine imoibríocha (ROS) a ghintear le linn reperfusion [6-8]. Mar sin de, rinneadh iarrachtaí scaveneáil ROS a chur i bhfeidhm ar chóireáil IRI. Mar sin féin, tá a úsáid chliniciúil fíor teoranta mar gheall ar imní faoi fo-iarsmaí sistéamach, lena n-áirítear frithghníomhartha hipiríogaireachta [9]. Baineadh úsáid cheana féin as riaradh frithocsaídeoirí ar nós edaravone chun ROS a scaveneáil in IRI. Mar sin féin, bhí roinnt fo-iarmhairtí ag gabháil leis, agus mar sin, tá éilimh déanta ar fhrithocsaídeoirí nua agus éifeachtacha amhail nana-ábhar (nana-ábhair a thaispeánann gníomhaíocht nádúrtha cosúil le heinsímí) [9-13]. Tá Yao et al. fuarthas amach go raibh gníomhaíochtaí aithrise einsímí iolracha i seilbh na cáithníní Mn3O4, ie, superoxide dismutase agus gníomhaíochtaí aithrise catalase chomh maith le gníomhaíocht scavenging radacach hiodrocsaile [11]. Taispeánadh go raibh cumas scavening ROS níos láidre ag Mn3O4 ná einsímí eile cosúil le V2O5, CeO2, Co3O4, MnFe2O4, agus Fe3O4 agus go raibh sé níos fearr ná cineálacha ocsaíde mangainéise eile (MnOx (MnO2, MnO, agus Mn2O3).

Fíor 1 Léiriú scéimreach a thaispeánann ullmhúchán agus modh gníomhaíochta PTC-M A Sintéis PTC-M, B Meicníocht gníomhaíochta PTC-M (1) instealladh infhéitheach PTC-M (2) scaipeann an PTC-M instealladh san fhuil agus carnann sé ag an láithreán infammation (3) díchobhsú PTC-M mar gheall ar an ROS intreach atá i láthair ag an láithreán infammation (4) scaoileadh an dMn 3O4 luchtaithe ag an láithreán infammation (5) an dMn3O4 scaoileadh catalyzes an ROS scavenging as a dtagann (6) laghdú ar infammation, apoptosis agus fiobróis (7) damáiste duáin a mhaolú agus (8) feidhmeanna duáin feabhsaithe

Torthaí

Sintéis agus tréithriú nanacháithníní dMn3O4 agus comhchuingeacha polaiméire

Rinneadh Te dMn3O4 NPs a shintéisiú ag baint úsáide as an modh coprecipitation agus cobhsaithe ag baint úsáide as grúpaí thiol de 1-dodecanethiol (Fíor 2A). Léirigh anailís ar mhicreascópacht leictreoin tarchurtha astaíochta allamuigh (FE-TEM) go raibh meánmhéid níos lú ná 2{{10}} nm (18.0±0.6 nm) dMn3O4 NPs (Fíor 2B) ). Comhad breise 1: Léiríonn Fíor S1A agus S1B na híomhánna agus léiriú scéimreach den dMn3O4 ullmhaithe. Léirigh na sonraí Speictreascópachta X-ghathaithe Fuinnimh (EDS) láithreacht Mn ó Mn3O4 agus sulfair agus carbóin ó SH-C12 (Fíor 2C agus Comhad Breise 1: Fíor S1C). Léirigh torthaí anailíse speictreascópachta fótóin X-gha (XPS) an speictream XPS de Mn 2p, a bhí comhdhéanta de dhá bhuaic suite ag 641.42 eV agus 653.23 eV agus cuireadh na buaiceanna seo i leith Mn 2p3/2 agus Mn 2p1/2, faoi seach (Fig. .2D agus Comhad Breise 1: Fíor S2). Ba é 11.81 eV an bhearna fuinnimh idir an dá bhuaic seo, rud a bhí ag teacht go maith leis an litríocht tuairiscithe do Mn3O4. I bpatrún díraonta púdar X-gha (XRD) de na NPanna dMn3O4, mar a thaispeántar i bhFíor 2E, bhí na buaiceanna díraonta tomhaiste go léir ag teacht go maith le patrún caighdeánach hausmannite Mn3O4 [ICDD: # 001–1127], ag deimhniú a n-ardchriostail. nádúr. Ullmhaíodh comhchuingeach PTC a fhreagraíonn do ROS trí imoibrithe ceimiceacha céim ar chéim, áit a raibh an nascóir thioketal (TK) le grúpa carboxaláit teirminéil meánmhéide frst. Rinneadh grúpa carbocsaileach an nascóir TK a chomhchuingeach ansin go dtí an grúpa aimín d'aimín meatocsa-PEG (PEG-AM) ag baint úsáide as an imoibriú EDC/NHS chun PEG-TK a fhoirmiú. Ar deireadh, rinneadh an grúpa carbocsaileach eile de PEG-TK a chomhchuingeach leis an ngrúpa aimín stearamine arís trí imoibriú EDC/NHS [15]. Ullmhaíodh comhchuingeach PC neamhfhreagrach ROS trí aigéad stéarach comhchuingeach a dhéanamh go PEG-AM. Rinneadh anailís ar chomhdhéanamh PTC agus PC ag 1 H speictreascópacht athshondas maighnéadach núicléach (NMR) (Comhad breise 1: Fíor S3). Léirigh an speictream NMR beanna sainiúla ag δ 0.83 agus 1.23 ppm a fhreagraíonn do na prótóin meitile agus meitiléine C18. Bhí an bhuaic ag δ 3.6 ag teacht le O–CH2–CH2- PEG. Ríomhadh an méid ionadaíochta (DS %) de C18 in PTC agus PC mar 78% agus 46%, faoi seach

Einsím PTC-M a ullmhú agus a thréithriú

Lódaíodh te nana-mhicéil ROS-íogair (PTC) le dMn3O4, rud a d'eascair PTC-M. Baineadh úsáid as an gcóimheas beatha dMn3O4 (20%) de PTC chun PTC-M a ullmhú. Taispeántar an trastomhas hidridinimiciúil, an poitéinseal zeta, agus íomhánna FE-TEM den PTC ullmhaithe agus PTC-M i bhFíor 3A agus Comhad Breise 1: Fíor S4A. Léirigh íomhánna te FE-TEM de PTC nana-mhicéil sféarúla le méideanna aonfhoirmeacha na gcáithníní. Méadaíodh trastomhas hidridinimiciúil PTC-M beagán tar éis luchtú dMn3O4 mar gheall ar phacáil dMn3O4 sa spás hidreafóbach agus d'fhan an acmhainneacht zeta diúltach sa dá nana-mhicéil mar gheall ar sciath PEG. Léirigh íomhánna te FE-TEM de PTC agus PTC-M cáithníní a dáileadh go haonfhoirmeach. Ríomhadh an t-ábhar lódála agus an éifeachtúlacht iata ag baint úsáide as anailís mais-speictriméadrach agus ríomhadh iad a bheith 10 ± 3% agus 17±6%, faoi seach. Bhí láithreacht dMn3O4 le feiceáil sna híomhánna FE-TEM de PTC-M (Fíor 3A), a deimhníodh tuilleadh ag anailís EDS ar PTC-M, ag taispeáint Mn ó Mn3O4, sulfair, agus carbóin ó SH-C12, agus carbóin. , nítrigin, agus ocsaigin ó PEG (Comhad breise 1: Fíor S5). Rinneadh anailís teirmeagrafaíochta (TGA) agus ríomhadh gurbh é an luchtú dMn3O4 ná 12% (Comhad breise 1: Fíor S6B). Ullmhaíodh micelles neamhíogair ROS atá luchtaithe le dMn3O4 (PC-M) mar rialuithe ar an modh céanna freisin.

Chun ról nascacht TK a dhearbhú in díchobhsú PTC-M a fhreagraíonn do ROS agus scaoileadh dMn3O4, nochtaíodh PTC-M do choinníollacha ROS trí H2O2 a chur leis. Mar rialuithe, d'úsáideamar an PC-M neamhíogair ROS. Thaispeáin an PTC-M agus PC-M deilbhíocht sféarúil le dMn3O4 pacáilte go docht sna micelles nana, ach tar éis cóireáil H2O2, saobhadh for-thionól an PTC-M, agus scaoileadh dMn3O4 ina dhiaidh sin, a bhí ansin. comhiomlán mar a thaispeántar sna híomhánna FE-TEM, ach léirigh an PC-M struchtúir chobhsaí fiú tar éis nochtadh do H2O2 (Fíor 3B agus Comhad Breise 1: Fíor S4B). Deimhníodh so-ghabhálacht ROS PTC-M tuilleadh trí na hathruithe ar thrastomhas hidridinimiciúil agus poitéinseal zeta a chur i gcomparáid leis an PC-M, mar a léirítear i gComhad Breise 1: Fíor S7. Níor léirigh trastomhas hidridinimiciúil agus poitéinseal zeta an PC-M neamh-íogair ROS aon difríocht inaitheanta tar éis H2O2 a chur leis. Mar sin féin, léirigh an PTC-M íogair ó thaobh ROS méideanna hidridinimiciúil laghdaithe, is dócha mar gheall ar bhaint PEG sciath trí bhriseadh TK, rud a d'eascair díchobhsú an struchtúir. Tar éis H2O2 a chur leis, d'fhill an poitéinseal zeta ó lucht diúltach go lucht dearfach, rud a d'fhéadfadh a bheith mar gheall ar bhaint PEG agus nochtadh do gal. Rinneamar staidéar breise ar an éagsúlacht méide trí chobhsaíocht a sheiceáil le himeacht ama trí na trastomhais hidridinimiciúil a rianú i láthair nó in easnamh H2O2 (Fíor 3C). Tar éis H2O2 a chur leis, tháinig laghdú suntasach ar na trastomhais hidridinimiciúla laistigh de 10 s gan aon athruithe breise le ham suas le sé lá, ach léirigh PTC-M amháin méideanna cobhsaí le linn an turgnaimh, rud a thugann le tuiscint go bhfuil cobhsaíocht mhaith collóideach an PTC-M. Rinneamar seiceáil freisin ar an gcobhsaíocht i 10% FBS agus thugamar faoi deara gur léirigh an PTC-M cobhsaíocht mhaith ar feadh suas le 4 lá (Comhad breise 1: Fíor S9). Deimhníodh na trastomhais dinimiciúil hiodrocsa agus éagsúlacht poitéinsiúil zeta freisin le micelles nana folamh ROS-íogair agus neamh-íogair (PTC agus PC) (Comhad breise 1: Fíor S8). Léirigh na staidéir chomparáideacha seo go léir i láthair nó in éagmais ROS cobhsaíocht agus íogaireacht ROS na nanomóil ullmhaithe nó an einsím deiridh dMn3O4 PTC-M.

Fíor 2 Sintéis agus tréithriú dMn3O4 Léaráid scéimreach de shintéis dMn 3O4, íomhánna B FE-TEM, anailís C EDS, speictream D XPS agus patrúin E XRD de dMn3O4 NPs

Rinneamar seiceáil breise ar mhaoin díothaithe H2O2 an einsím deiridh PTC-M mar gheall ar luchtú dMn3O4 NP. Tástáladh é seo agus úsáid á baint as aigéad teiphthalic (TA) mar thaiscéalaí cent todhchaíochtaí. D’imoibrigh TA le H2O2 chun 2-hiodrocsaitéar-aigéad phthalic a fhoirmiú le buaic fluaraiseacha ag 425 nm. Déanfaidh dMn3O4 H2O2 a thiontú go huisce agus ocsaigin agus dá bhrí sin, laghdaítear an déine fluaraiseacha, ag deimhniú gníomhaíocht catalase, mar a thaispeántar i bhFíor 3D. Léirigh Te PTC-M laghdú láidir ar dhéine fluaraiseachta i gcomparáid leis an micelle folamh PTC i láthair H2O2 le himeacht ama. Bhí gníomhaíocht cosúil le catalase de PTC-M ag brath ar thiúchan freisin, mar a thaispeántar i gComhad breise 1: Fíor S10. Deimhníodh cumas táirgthe ocsaigine PTC-M tuilleadh trí úsáid a bhaint as taiscéalaí fluaraiseachta sonrach O{{2-Ru(DDP) i láthair H2O2. Laghdaíonn an fhluaraiseacht i ndeich gcathracha Ru(DDP) i láthair O2, rud a thugann le tuiscint go ndéantar O2 a tháirgeadh go héifeachtach. Mar a léirítear i bhFíor 3E, tháinig laghdú ar dhéine fhluaraiseachta Ru(DDP) i láthair H2O2 sa ghrúpa PTC-M, ach níor léirigh láithreacht H2O2 sa ghrúpa PTC aonair mórán laghdú ar fhluaraiseacht (Fíor 3F), ag dearbhú na gníomhaíochta catalase as a dtagann táirgeadh ocsaigine i PTC-M. Ar deireadh, dheimhnigh muid maoin díothaithe H2O2 PTC-M ag baint úsáide as méadar braite ocsaigine. Mar a léirítear i bhFíor 3G, méadaíodh an táirgeadh ocsaigine ag PTC-M laistigh den am tosaigh, agus tháinig méadú mall ina dhiaidh sin ach níor léirigh na micelles folamh PTC táirgeadh ocsaigine. Breathnaíodh díréiriú H2O2 trí fhoirmiú boilgeoga ocsaigine sa ghrúpa PTC-M mar a thaispeántar i gcomhad breise 1: Fíor S11A. Breathnaíodh freisin gur léirigh PTC-M táirgeadh níos airde ocsaigine i gcomparáid le dMn3O4 ina n-aonar, is dócha mar gheall ar phacáil dlúth dMn3O4 i PTC-M, rud a fhágann go bhfuil sé ar fáil níos mó don imoibriú i gcomparáid le dMn3O4 saor in aisce (Comhad breise 1: Fíor ure S11B). Cé go raibh na micelles nana scaoilte suas mar gheall ar chóireáil H2O2, mar a léirítear i FE-TEM, d'fhéadfadh go raibh dMn3O4 fós i láthair laistigh den PTC-M, rud a fhágann go raibh ardghníomhaíocht catalase ann i gcomparáid le dMn3O4 saor in aisce. Deimhnigh na torthaí seo go léir le chéile an ghníomhaíocht a dhéanann aithris ar chataláis níos fearr den PTC-M.

Inmharthanacht cille in vitro agus glacadh cealla

Chun glacadh le ceallach agus, cathair so-ghabhálach ROS de ROS-íogair-PTC a dháiltear intracellularly agus patrún scaoileadh an phálasta a dhearbhú, chuireamar PTC i gcomparáid le coinníollacha PC in vitro. Ar dtús, rinneamar seiceáil ar inmharthanacht cille na gcealla PTC, PC, PTC-M, agus PC-M ullmhaithe i HK-2 ag an measúnacht WST-1 (Comhad breise 1: Fíor S12). Is beag bás cille a tháinig ar na micelles folamh, ach tar éis dMn3O4-lódáil, tháinig laghdú ar inmharthanacht na gceall ach ní raibh an t-athrú suntasach go staitistiúil. Ós rud é nach raibh na micelles folamh citotocsaineach, d'fhéadfadh an éagsúlacht bheag in inmharthanacht na cille a bheith mar gheall ar an dromchla-asaithe dMn3O4. Socraíodh gurbh é luach IC50 PTC-M agus PC-M ná 130.41 agus 247.17 ug/ml, faoi seach (Fíor 4A). Chun scrúdú breise a dhéanamh ar ghlacadh agus ar dháileadh na nana-mhicéil intracellular, baineadh úsáid as IR780 mar dhruga eiseamláireach agus ullmhaigh IR780 nanomicill PTC luchtaithe, PTC-IR780 chun déine fluaraiseachta IR780 a léirshamhlú ag baint úsáide as micreascópacht láithreacht spraoi (Evos FL Auto 2, Thermo Fisher Scientific , SAM) (Fíor 4B). Mar ghrúpa rialaithe, rinneamar anailís freisin ar ghlacadh PC-IR780 neamhíogair ROS. I gcomparáid le PC-IR780, léirigh PTC-IR780 glacadh níos airde i gcealla HK-2 (Comhad breise 1: Fíor S13). Níl an chúis chruinn taobh thiar d'ardú feabhsaithe PTC-IR780 i gcoinníollacha neamh-ROS soiléir, áfach, d'fhéadfadh sé a bheith mar go bhféadfadh an PTC íogaireacht beag a thaispeáint don ghnáthleibhéal ROS i gcoinníollacha cultúir cille a fhágann dí-shielding PEG an dromchla. muirear beagán dearfach. Léirigh PC-IR780 patrún glactha comhchosúil beag beann ar ROS a tharlódh de bharr cóireáil H2O2 nó coinníollacha ROS spreagtha le hypoxia mar gheall ar an nádúr neamhíogair ach, léirigh PTC-IR780 patrún dáileacháin difriúil laistigh de na cealla, a d'fhéadfadh a bheith mar gheall ar scaoileadh feabhsaithe IR780 taobh istigh de na cealla. Bheadh ​​​​na sonraí inmharthanachta cille roimhe seo (Comhad breise 1: Fíor S11) a thaispeánann bás cille méadaithe i PTC-M freisin mar gheall ar iontógáil cille feabhsaithe PTC i gcomparáid le PC. Is dath an-hidreafóbach é iaidíd IR780 a fhéadfaidh ard-chleamhnas a thaispeáint i dtreo an membrane cille agus léiríonn sé comhartha an-gheal beag beann ar an nochtadh ROS. Rinneadh anailís bhreise ar an iontógáil cheallacha trí mheán-déine fhluaraiseachta (MFI) a sheiceáil trí anailís sórtála cille fluaraiseachta-ghníomhachtaithe (FACS) (Fíor 4C), a thacaigh leis na sonraí a fuarthas trí mhicreascópacht fhluaraiseachta. Mar a thaispeántar, bhí an MFI is airde sa ghrúpa ROS-íogair PTC IR780 i gcomparáid leis na grúpaí eile, ag deimhniú scaoileadh feabhsaithe IR780 i gcealla. Cheangaileamar Quan freisin an MFI ó ghrúpaí éagsúla (Fíor 4D) a thacaigh leis na sonraí micreascópachta a thug le tuiscint nár léirigh PC-IR780 aon difríocht shuntasach i nglacadh ceallacha fiú faoi choinníollacha spreagtha ROS ach, léirigh an PTC IR780 méadú suntasach ar cheallacha. glacadh nuair a chóireáiltear faoi choinníollacha spreagtha ROS. Socraíodh iontógáil cheallacha PTC freisin trí Mn iarmharach a sheiceáil sna cealla tar éis cóireála le PTC-M. Mar a léirítear i bhFíor 4E, thaispeáin PTC-M glacadh comhchruinnithe sna cealla HK{-2. Mar sin déanann na torthaí seo achoimre ar inmheánú feabhsaithe nana-mhicéil agus scaoileadh luathaithe taobh istigh de na cealla is dócha mar gheall ar dhíchóimeáil nana-mhicéil trí mheán ROS.

Rinneamar staidéir in vitro i gcealla HK-2 chun iniúchadh breise a dhéanamh ar éifeachtaí PTC-M ar choinníollacha struis ocsaídiúcháin ag an leibhéal ceallacha. Spreagadh cealla HK-2 le H2O2, ROS ionadaíoch (Fíor 5A). Sloinneadh feabhsaithe H2O2 heme oxygenase (HO)-1, a tháinig chun cinn trí chomhchóireáil PTC-M (Fíor 5A). Rinneadh measúnacht te 2′,7′-dichlorodihydrofuorescein diacetate (DCF DA) chun patrún an athraithe ROS intracellular a sheiceáil. Léirigh cealla te HK-2 spreagtha ag H2O2 déine fluaraiseachta ard, ach tar éis comhchóireáil le PTC-M, laghdaíodh an déine fluaraiseachta (Fíor 5 B). Méadaíodh an cóimheas te BAX/BCL-2 le cóireáil H2O2, a gnóthaíodh freisin trí chóireáil PTC-M, rud a léirigh cosaint ar apoptosis (Fíor 5C). Tháinig méadú suntasach de réir a chéile ar smálú iarscríbhinn V+/ PI− i gcealla HK{-2 atá cóireáilte le taispeáint H2O2, rud a chuir cosc ​​ar PTC-M (Fíor 5D). Cuireadh faoi chois fosfarylation H2O{2-spreagtha ERK, JNK, agus p38 freisin trí chomhchóireáil le PTC-M, cé nár breathnaíodh laghdú suntasach ar P38 fosfarlaithe (Fíor 5C). Tugann na sonraí seo le fios gur chuir PTC-M próisis apoptotic de bharr ROS faoi chois i gcealla epithelial tubular duánach.