Scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha sviluppato un tipo di sonda di imaging che consente di rilevare in anticipo l'insufficienza renale acuta, una condizione in rapido sviluppo che può essere fatale.

Le nuove sonde renali, che sono stati testati sui topi, vengono iniettati nel flusso sanguigno. Si "accendono" quando rilevano cambiamenti molecolari causati dall'insorgenza di insufficienza renale acuta.

Sviluppato dal Professore Associato Pu Kanyi e dal suo team di NTU Singapore, queste sonde potrebbero essere potenzialmente utilizzate in strisce reattive per campioni di urina, rendendolo un metodo non invasivo per rilevare l'insufficienza renale acuta.

L'insufficienza renale acuta di solito si verifica in poche ore o pochi giorni, ed è più comune tra i pazienti in condizioni critiche che necessitano di cure intensive. Le attuali piattaforme diagnostiche non sono in grado di rilevare la fase iniziale, alterazioni premorbose che sono alla base dell'insufficienza renale acuta.

La sonda di imaging molecolare sviluppata dal team NTU, in contrasto, è abbastanza sensibile da tenere traccia dei cambiamenti nei processi biologici innescati dall'insorgenza della condizione.

Quando testato su modelli murini con insufficienza renale acuta indotta da farmaci, le sonde renali molecolari sviluppate da NTU hanno rilevato l'insorgenza della condizione 1,5 giorni prima delle attuali procedure di imaging molecolare. I risultati sono stati pubblicati in Materiali della natura a maggio.

Professore Associato Pu Kanyi, che viene dalla Scuola NTU di Ingegneria Chimica e Biomedica, disse, "Per i pazienti in condizioni critiche, come quelli del reparto di terapia intensiva, ogni minuto è prezioso per invertire una condizione come l'insufficienza renale acuta, che può causare un rapido deterioramento della salute del paziente. Le nostre sonde renali molecolari sono utili perché seguono i sottili cambiamenti del corpo a livello molecolare e potrebbero aiutare ad arrestare lo sviluppo della malattia prima che sia troppo tardi, cosa che gli attuali metodi diagnostici non sono in grado di fare".

Assoc Prof Pu prevede l'uso di queste sonde in un'unità di terapia intensiva, dove la diagnosi precoce dell'insufficienza renale acuta è fondamentale per la sopravvivenza del paziente.

Egli ha detto:"Nella nostra prossima fase di ricerca, dobbiamo concentrarci sull'ulteriore raffinamento delle sonde con campioni di urina di pazienti critici. Abbiamo in programma di farlo collaborando con istituzioni mediche sia a Singapore che all'estero".

Il team ha depositato un brevetto a Singapore su questa tecnologia.

Come funziona

Per assicurarsi che le sonde renali molecolari seguano i segnali e i processi biologici corretti, Assoc Prof Pu e il suo team hanno identificato per la prima volta le specie reattive dell'ossigeno (ROS), che sono molecole chimicamente instabili che fungono da biomarcatori in fase iniziale per il danno renale. Uno squilibrio nei ROS nel corpo porta a danni nei tessuti adiposi del corpo, DNA, e proteine, che i medici sanno possono innescare percorsi per la morte cellulare in un organo e fibrosi renale, in cui un rene ferito non è più in grado di guarire.

Assoc Prof Pu ha detto, "Molti rapporti hanno dimostrato che i sottoprodotti indotti dai ROS sono disregolati nel plasma o nelle urine prima che si verifichi un danno renale acuto. Ciò implica che il rilevamento diretto dei ROS potrebbe identificare prima l'insufficienza renale acuta".

Il team ha quindi creato sonde composte da tre componenti:una parte che reagisce con il ROS identificato; una parte di segnalazione di luminescenza che assicura che la sonda si accenda su questa reazione; e una parte che assicura che la sonda passi attraverso i reni invece di accumularsi nel fegato (vedi grafico sotto). Queste sonde sono abbastanza sensibili da rilevare sottili cambiamenti nelle concentrazioni di biomarcatori, consentendo la diagnosi precoce della malattia.

Le sonde sono state iniettate nei topi dopo aver ricevuto cisplatino, un farmaco contro il cancro, a un livello distruttivo per i reni. Dodici ore dopo l'iniezione di cisplatino, la sonda si è accesa, segnalando la rilevazione di un cambiamento nei biomarcatori legati al danno renale acuto. Ciò è coerente con il danno tubulare renale che è stato misurato nei topi tre giorni dopo la somministrazione del cisplatino.

Oltre a testare la capacità della sonda di rilevare segni di insufficienza renale acuta, il team NTU ha anche scoperto che la sonda ha un'elevata clearance renale:oltre il 97 percento delle sonde iniettate nei topi scorreva attraverso i reni, e sono stati escreti come parte dell'urina.

L'elevata efficienza di clearance renale della sonda significa che queste sonde potrebbero essere utilizzate direttamente su campioni di urina, ha detto Assoc Prof Pu. Quando aggiunto al campione di urina e incubato per alcune ore, le sonde si illuminano se esposte alla luce UV in presenza di biomarcatori. Ciò apre possibilità di sviluppare queste sonde come strisce reattive per campioni di urina, rendendolo un potenziale modo non invasivo per controllare l'insufficienza renale acuta in futuro, Egli ha detto.