Agenți emițători de lumină pentru evaluarea neinvazivă a funcției renale Partea I

pentru mai multe informații:ali.ma@wecistanche.com

Jiaguo Huang, și colab

Cuvinte cheie: fluorescență · rata de filtrare glomerulară ·boală de rinichi ·functia rinichilor· nanoparticule

Click pentru pulbere de extract de Cistanche pentru funcția rinichilor

Evaluarea neinvazivă afunctia rinichilorși diagnosticarea bolii renale au fost de multă provocare. Metodele tradiționale nu sunt disponibile în mod obișnuit, deoarece protocoalele existente sunt greoaie, consumatoare de timp și invazive. În ultimii câțiva ani, progrese semnificative în domeniul diagnosticăriifunctia renalași s-au făcut boli pe baza agenților emițători de lumină. Aici, trecem în revistă pe scurt agenții emițători de lumină, inclusiv agenții fluorescenți organici și nanoparticulele luminiscente anorganice care pot fi eliminate renale pentru monitorizarea neinvazivă și în timp real afunctia rinichilorsi boala. În plus, sunt discutate unele cerințe și strategii semnificative privind proiectarea agenților de filtrare glomerulară ideală și a nanoparticulelor cu capacitate renală limpede. În cele din urmă, discutăm despre provocările viitoare în accelerarea traducerii clinice a acestor agenți emițători de lumină dezvoltați, împreună cu considerentele eforturilor care trebuie făcute pentru a dezvolta noi agenți și a diagnostica boala renală.

1. Introducere

Rinichiul primește un flux sanguin abundent de 25% din debitul cardiac și elimină xenobioticele și produsele metabolice din sânge în urină.[1] Trei procese la nivelul rinichilor sunt implicate în timpul formării urinei, inclusiv filtrarea glomerulară, reabsorbția tubulară și secreția tubulară (Figura 1 a).[2] Filtrarea glomerulară este esențială pentru rinichi pentru a elimina rapid deșeurile și toxinele din plasmă.[3]Tubii renali sunt responsabili pentru reabsorbția și secreția de substanțe pentru a regla pH-ul plasmatic, concentrațiile de potasiu și alte medii fiziologice.[4] Leziunile renale ale funcției glomerulare și tubulare afectează capacitatea rinichilor de a elimina xenobioticele și produsele metabolice din sânge în urină.[5] Astfel, evaluareafunctia rinichiloreste crucială pentru o serie de situații clinice.

Boala de rinichi sau pierderearinichifuncţieeste adesea dificil de diagnosticat într-un stadiu incipient, dar poate provoca insuficiență renală letală mai târziu. De remarcat, diferențierea stadiilor disfuncției renale a fost o provocare pe termen lung. Prin urmare, tehnicile preclinice care pot stadializa cu ușurință disfuncția rinichilor sunt esențiale pentru înțelegerea progresiei bolii renale. În plus, insuficiența renală acută (IRA) are numeroase cauze, cum ar fi hipotensiune arterială, sepsis, traumatisme, necroză tubulară acută, nefrotoxicitate indusă de medicamente și obstrucție urinară.[6] Identificarea vinovaților bolii în IRA este dificilă și se bazează adesea pe biopsie renală. Cu toate acestea, această metodă este invazivă și are potențiale riscuri.[6] Imagistica prin fluorescență in vivo este o metodă preclinică ieftină, foarte sensibilă și utilizată pe scară largă, care este utilizată pentru a studia diferite boli. Evoluții semnificative în domeniul diagnosticuluirinichifuncţieși boala pe baza agenților emițători de lumină și imagistică prin fluorescență au fost realizate în ultimii zece ani. Scopul acestei revizuiri este de a descrie: unul, agenți tradiționali și metode de determinare pentru evaluarearinichi funcţie; doi, utilizarea agenților fluorescenți organici pentru evaluarea neinvazivă în timp real a funcției renale; trei, nanomateriale anorganice în combinație cu tehnologii de imagistică pentru a identifica diferite tipuri de nefropatii și pentru a diferenția etapele disfuncției renale. Accentul principal este pus pe proiectarea și aplicarea agenților emițători de lumină, inclusiv agenții fluorescenți organici și nanomaterialele anorganice, ca mijloc de monitorizare a funcției renale și a bolilor.

Cistanche este bun pentrufunctia rinichilor

2. Agenți tradiționali și metode de determinare pentru evaluarea funcției renale

Starea funcțională a rinichilor poate fi evaluată utilizând rata de filtrare glomerulară (RFG), fluxul sanguin renal și reabsorbția sau secreția tubulară a diferitelor substanțe.[7] Printre acestea, RFG este adesea folosit pentru a evalua funcția renală generală și este acceptat ca cel mai bun indicator pentrurinichifuncţie.[8] TheGFR reprezintă volumul de plasmă eliminat de nefroni pe unitate de timp în timpul formării urinei. Se prezintă în general în mililitri pe minut.[3] Cu toate acestea, RFG nu poate fi măsurat direct. Cea mai comună metodă se bazează pe conceptul de clearance.[4] Concentrația creatininei endogene din plasmă este folosită în mod obișnuit pentru a determina RFG (Figura 1 b), dar poate duce la estimări eronate din cauza vârstei, sexului, masei musculare și multor alte variabile antropometrice.[9] Determinarea clearance-ului plasmatic/urinar al agenților renali exogeni, cum ar fi 99mTc-DTPA (acid dietilentriaminopentaacetic, DTPA), inulina și iotalamatul (Figura 1 c) este invazivă și greoaie din cauza necesității mai multor etape de prelevare de sânge/urină și a analizei obositoare a probei prin cromatografie lichidă de înaltă performanță (HPLC).[8] Mai mult, multe studii au arătat că creatinina și iotalamatul sunt secretate de celulele tubulare proximale, în timp ce cistatina C și 99mTc-DTPA sunt reabsorbite de celulele epiteliale tubulare, ceea ce duce la o părtinire a RFG.[5] Clearance-ul urinar este metoda tradițională de determinare a RFG. Cu toate acestea, colectările urinare cronometrate sunt consumatoare de timp, greoaie și susceptibile la erori. O perioadă lungă de colectare a urinei peste 24 de ore pentru a determina clearance-ul creatininei nu mai este recomandată în mod obișnuit ca mijloc de evaluarerinichifuncţie.[5] Alternativ, clearance-ul cu plasmă este utilizat pentru a determina GFR pentru a evita neplăcerile și pentru a preveni erorile de la colectarea temporizată a urinei. Cu toate acestea, limitarea principală a clearance-ului plasmatic este necesitatea prelevării de sânge repetate și invazive.[4] Astfel, noi agenți GFR și metode de determinare sunt foarte dorite pentru a îmbunătăți determinarearinichifuncţie.

Figura 1. a) Trei procese implicate în formarea urinei, inclusiv filtrarea glomerulară, reabsorbția tubulară și secreția tubulară. b) Structuri ale markerilor de funcţie renală endogenă. c) Structuri ale markerilor de funcție renală exogene.[8] Retipărit cu permisiunea de la Ref. [8]. Drepturi de autor (2016) American Chemical Society.

3. Agenți organici fluorescenți pentru evaluarea neinvazivă a funcției renale

Evaluarea neinvazivă în timp real a RFG este esențială nu numai pentru a monitoriza pacienții bolnavi la patul din clinici, ci și pentru a diagnostica și stadializa pacienții cu boală cronică de rinichi.[10] Imagistica neinvazivă in vivo, inclusiv tomografia computerizată cu emisie de un singur foton (SPECT), imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) și tomografia computerizată (CT) sunt utilizate pe scară largă pentru evaluarerinichifuncţieprin monitorizarea în timp real a cineticii clearance-ului renal a agenților eliminabili renal.[11–13] Cu toate acestea, aceste tehnici pot duce la estimări eronate, deoarece sunt utilizați agenți tradiționali GFR și se suspectează reabsorbția sau secreția lor în tubii proximali. Mai rău, diagnosticul bolilor de rinichi nu a fost mult îmbunătățit cu utilizarea acestor tehnici, din cauza costurilor ridicate, accesibilității reduse și riscului potențial de expunere la radiații.[12] Astfel, tehnicile noi neinvazive sunt foarte necesare pentru evaluarearinichifuncţie. În acest scop, dezvoltarea agenților fluorescenți și a metodelor de detectare a oferit noi strategii. Cu toate acestea, doar un număr limitat de agenți fluorescenți au fost dezvoltați până acum pentru a fi evaluațirinichifuncţie(Tabelul 1).

3.1. Agenți fluorescenți pe bază de pirazină pentru evaluarea funcției renale

Au fost depuse eforturi considerabile de către Dorshow și colab., care s-au concentrat pe dezvoltarea agenților exogeni GFR pentru evaluarea în timp real a funcției renale prin utilizarea metodelor non-radioactive.[10,14] Două abordări generale pentru proiectarea agenților renali fluorescenți. au fost luate în considerare. Prima abordare implică creșterea fluorescenței agenților renali cunoscuți sau existenți care sunt emițători intrinsec săraci, cum ar fi complexele lantanide-metal; de exemplu, o serie de complecși Eu3 plus și In3 plus de liganzi DTPA-monoamidă purtând "antene" moleculare pentru a îmbunătăți fluorescența metalului printr-un proces de transfer de energie prin rezonanță de fluorescență ligand-metal intramolecular au fost pregătite și evaluate prin îmbunătățirea fluorescenței și biodistribuție. Compușii 18a și 18b (Figura 2a) prezintă cea mai mare îmbunătățire fluorescentă în acele complexe metalice de tip DTPA. Proprietățile de clearance-ul rinichilor pot fi evaluate folosind complecșii 111In radioactivi corespunzători. Pentru a evalua dacă aceste complexe sunt reabsorbite sau secretate de proteinele transportoare de anioni organici (OAT) în tubii renali, probenecidul, un inhibitor al proteinelor OAT, este administrat (cu 30 de minute înainte) pentru a bloca atât căile de reabsorbție tubulară, cât și căile de secreție. Cu toate acestea, rezultatele sugerează că aceste complexe sunt excretate nu numai prin filtrare glomerulară, ci și prin secreție în tubii proximali.[10].

Cealaltă abordare se bazează pe transformarea coloranților lipofili fluorescenți în substanțe hidrofile și anionice pentru a-i forța să fie eliminate de către rinichi. Astfel, coloana vertebrală a acidului pirazină-dicarboxilic (Figura 2a, compusul 1a) este lipofilă și insolubilă în apă și poate fi utilizată ca fluorofor și poate fi modificată în pozițiile 2,5-cu grupări atrăgătoare de electroni și la 3,6-poziții cu grupuri donatoare de electroni pentru a-și îmbunătăți proprietățile lungimii de undă.[14] Prin acest concept, diverși substituenți neutri și anionici au fost proiectați și sintetizați prin condensarea schelei de pirazină cu aminoetanol, aminopropandiol și derivați de aminoacizi. Acești derivați de pirazină pot fi împărțiți în două categorii generale: una, derivați de pirazină purtând grupări primare amino cu lungimea de undă în intervalul albastru al spectrului (Figura 2b, compușii 2a–e); două, pirazine N-alchilate purtând grupuri donatoare de electroni cu lungimea de undă în regiunea verde a spectrului (Figura 2 b, compuși2 f–j). Studiile in vitro și in vivo arată că markerii de pirazină2 d, 2 h și 2j au o legare scăzută de proteinele plasmatice (PPB).<7%), plasma="" clearance="" half-lives="" ranging="" from="" 20="" to="" 30="" min,="" high="" urine="" recovery,="" and="" are="" excreted="" by="" the="" kidneys.="" more="" importantly,="" renal="" tubular="" secretion="" is="" not="" a="" significant="" elimination="" pathway="" for="" these="" three="" compounds,="" which="" is="" testified="" by="" treating="" with="" probenecid="" to="" block="" the="" oat="" pathway.="">

Figura 2. a) Structurile și lungimile de undă optice ale complecșilor DTPA-monoamidă și pirazină-acid dicarboxilic, precum și potențialii derivați.[10] b) Structuri și lungimi de undă optice ale agenților fluorescenți pe bază de pirazină.[14] c) Structuri și lungimi de undă optice ale conjugaților PEG-pirazină.[15]

Au fost, de asemenea, efectuate studii ample pentru a dezvolta o nouă clasă de derivați de pirazină bazați pe fragmentul de poli(etilen glicol) (PEG).[15] PEG este un polimer hidrofil, netoxic, biocompatibil, format din unități repetate de oxid de etilenă. A fost aprobat de Food and Drug Administration (FDA) în 1990 pentru administrare parenterală sau topică ca o componentă a diferitelor produse cosmetice, alimente și sisteme de livrare a medicamentelor.[16] În special, PEG este eliminat prin rinichi fără acumulare în organism, în timp ce rata de clearance depinde de greutatea moleculară. S-a raportat că PEGilarea poate influența semnificativ calea de excreție și rata de eliminare. De exemplu, timpul de înjumătățire al clearance-ului crește de la 18 min la 1 zi dacă greutatea moleculară a PEG crește de la 6 la 190 kDa, iar lanțurile PEG cu greutăți moleculare mai mici de 6 kDa s-au dovedit a fi filtrate de glomerul și nu sunt reabsorbite de către tubii proximali ai rinichilor.[16] Aceste considerații au condus la investigarea unei serii de conjugați de pirazină PEGilată. Pentru un studiu sistematic al efectului lungimii PEG, lanțurile PEG cu lungimi diferite au fost conjugate la scheletul pirazinic, în timp ce greutatea moleculară totală a PEG pentru modificare a fost limitată la mai puțin de 5 kDa pentru filtrare liberă. Acești conjugați pot fi, de asemenea, împărțiți în două categorii: una, derivați de pirazină purtând grupări amino primare cu lungimea de undă în regiunea albastră a spectrului; două, N-alchilatepirazine cu lungimea de undă în regiunea verde a spectrului. În mod similar, au fost efectuate atât teste in vitro, cât și in vivo, inclusiv proprietăți de fluorescență, PPB, recuperarea urinară a dozei injectate, studii de blocare a probenecidului și cinetica clearance-ului plasmatic. Compușii de pirazină PEGilați 4d și 5c au valori foarte scăzute ale PPB (5 și, respectiv, 3 la sută), valori mari de recuperare urinară (96 și, respectiv, 97 la sută) și timpi de înjumătățire plasmatic scurti (25 și, respectiv, 19 min) nesănătoși şobolani. Acești doi compuși prezintă proprietăți superioare celor ale iotalamatului, care este un standard acceptat pentru măsurarea RFG.[15] În studiile preclinice, au fost efectuate o serie de studii de siguranță/toxicitate in vitro și in vivo cu agent fluorescent 2 d (Figura 2 b), inclusiv compatibilitatea sângelui, testul mutațiilor, testul aberației cromozomiale și câteva studii de toxicitate în doză unică la șobolani și câini pentru a determina toxicitatea generală și toxicocinetica.[17] După administrarea de doze mari de până la 200-300 de ori doza umană estimată, toate animalele au supraviețuit până la sacrificiul programat. Nu se găsesc efecte asupra greutății corporale, consumului de alimente și observațiilor oftalmice și nu se observă nicio patologie anatomică anormală prin evaluarea macroscopică sau microscopică a oricărui organ sau țesut. Rezultatele acestor studii toxicologice inițiale sugerează că profilurile de siguranță/toxicitate ale compusului 2 d ar trebui să fie suficiente pentru a începe un studiu clinic primul la om. Cu toate acestea, teste nonclinice suplimentare cu privire la biodistribuție și toxicitatea dezvoltării ar trebui să fie finalizate înainte de a începe primul studiu. -studii umane.[17]

Cistanche se poate îmbunătățifunctia rinichilor

Într-adevăr, pentru a simplifica metoda de determinare a prelevării de sânge, Dorshow et al. au dezvoltat un aparat de monitorizare optică pentru sisteme optice neinvaziverinichifuncţieStudii.[18]Principiul este că un lob al urechii este lipit plat de o lamă de sticlă poziționată la aproximativ 2 mm sub un fascicul de fibre optice care înregistrează semnalul de fluorescență de la un agent fluorescent de testare care trece prin ureche. O sursă de laser în stare solidă de l=445 nm este direcționată printr-un tocător și într-un picior al unui fascicul de fibre optice bifurcate cu silice. După o perioadă scurtă de timp de înregistrare a liniei de bază, un agent fluorescent este injectat intravenos în șobolan și semnalul de fluorescență corespunzător distribuției plasmei și țesuturilor și clearance-ul renal ulterior al agentului fluorescent este determinat la ureche. Deși clearance-ul renal al unui agent fluorescent poate fi detectat prin această metodă optică neinvazivă, anestezia este necesară pe toată durata măsurării și poate provoca o scădere a RFG.[18]

3.2. FITC-Inulină/Sinistrină pentru evaluarea neinvazivă arinichiFuncţie

Inulina, un polimer inert, neîncărcat de fructoză, cu o greutate moleculară de aproximativ 5000 Da, îndeplinește toate criteriile unui agent exogen și este considerată agentul GFR standard. RFG poate fi determinat prin injectarea intravenoasă a inulinei. Având în vedere că inulina nu este nici reabsorbită, nici secretată de tubulii renali după filtrarea glomerulară, rata sa de excreție este direct proporțională cu rata de filtrare a apei și a soluțiilor prin filtrul glomerular.[4] Inulina a fost marcată cu succes în varianta sa conjugată cu izotiocianat de fluoresceină (FITC-inulină, Figura 3a).[19] Cinetica sa de eliminare este, în general, obținută prin măsurarea valorilor fluorescente în plasmă pe o anumită perioadă de timp după injectarea în bolus.[20] Deși rezultate foarte reproductibile sunt în general obținute din acest test și nu este necesară prelevarea de urină, prelevarea repetată de sânge este stresantă pentru animale. Mai mult, soluția de FITC-inulină trebuie încălzită pentru a-și spori solubilitatea și dializată pentru a elimina FITC rezidual nelegat, ceea ce face procedura greoaie.[20]

Pentru a depăși solubilitatea slabă în apă a FITC-inulinei, FITC-sinistrină a fost dezvoltată printr-o reacție de etichetare chimică într-o singură etapă (Figura 3 a).[21] Sinistrin, un analog al inulinei, a fost introdus în 1963 ca alternativă la insulină pentru a determina funcția renală datorită solubilității sale mai bune în apă.[22] Solubilitatea mai bună în apă a sinistrinei este atribuită structurii sale chimice ramificate, mai degrabă decât structurii liniare a inulinei. Pe de altă parte, am dezvoltat o tehnică transcutanată neinvazivă pentru a determina cinetica de eliminare a agentului fluorescent FITC-sinistrină pe baza unui dispozitiv electronic miniaturizat atașat la piele.[23] Dispozitivul transcutanat inteligent cuprinde diode emițătoare de lumină care excită un agent fluorescent și o fotodiodă care detectează semnalul de emisie al agentului fluorescent injectat.[23–25] Fluxul de lucru al evaluării transcutanate arinichifuncţieconține trei pași principali:

1) O soluție de agent fluorescent este injectată într-un animal intravenos, iar agentul este difuzat din spațiul vascular în interstițiu, unde este excretat de rinichi.

2) Dispozitivul este atașat de pielea unui animal înainte ca agentul fluorescent să fie injectat, astfel încât o linie de bază să poată fi înregistrată pentru o perioadă scurtă de timp. Dispozitivul permite agentului fluorescent să fie excitat în mod repetat în spațiul interstițial, clipind în fiecare secundă la lungimea de undă corespunzătoare. După fiecare flash, emisia de fluorescență a agentului fluorescent este detectată și convertită într-un semnal digital. Aceste date digitale sunt stocate într-o memorie internă în interiorul dispozitivului.

3) Timpul de înjumătățire prin excreție a agentului fluorescent poate fi calculat după transferul și procesarea datelor.[25]

Similar cu cinetica clearance-ului plasmatic, datele colectate sunt evaluate pentru a extrapola cinetica de excreție a agentului fluorescent.

Studii ample asuprarinichifuncţieprin intermediul FITC-sinistrină au fost efectuate pe modele animale preclinice, inclusiv diferite tulpini de șoareci conștienți (Balb/c, C57BL/6, SV129 și C57BL/6),[26] șobolani hipertensivi Dahl sensibili la sare,[27] și specii mari, cum ar fi câinii și pisicile.[28] Această abordare transcutanată a fost validată la diferite specii de animale și oferă o estimare mai precisă a GFR datorită numeroaselor puncte de date din măsurătorile transcutanate, mai degrabă decât unui număr limitat de puncte de date din sânge și urină. În plus, deoarece măsurătorile sunt efectuate transcutanat, această metodă este independentă de parametrii antropometrici. Dispozitivul transcutanat miniaturizat permite măsurătorilor RFG să fie efectuate la animale conștiente fără anestezie și, astfel, este posibil să se evite o scădere a RFG legată de anestezie.[4] Cu toate acestea, atât inulina, cât și sinistrina suferă de limitările lor inerente, cum ar fi costurile ridicate, disponibilitatea limitată și extracția și purificarea sofisticată din rădăcinile plantelor. Prin urmare, există o provocare nerealizată și de lungă durată de a dezvolta noi agenți fluorescenți GFR pentru evaluarea neinvazivă în timp real afunctia rinichilor.

Cistanche pentru imbunatatirefunctia rinichilor

3.3. Derivați de ciclodextrină marcați fluorescent pentru evaluarea neinvazivă a funcției renale

Un agent fluorescent exogen ideal pentru evaluarea transcutanată arinichifuncţiear trebui să îndeplinească anumite cerințe: una, lungimi de undă de absorbție și emisie în regiunea vizibilă și, mai preferabil, în domeniul infraroșu apropiat; doi, hidrofilitate mare și PPB foarte scăzut sau nu;[29] trei, caracteristici neutre sau slab încărcate; patru, fără toxicitate și fără metabolism in vivo; cinci, fără reabsorbție și fără secreție în tubuli și filtrare completă de către glomerul în urina;[30] șase, ușor de produs cu costuri reduse.

Motivul pentru a menține PPB scăzut este că legarea de proteine ​​influențează, în general, farmacocinetica, farmacodinamia și biodistribuția rezultate in vivo. Mai mult, reabsorbția și secreția tubulară pot fi active sau pasive, în funcție de substanța particulară și de sistemul de transport din celulele tubulare, de exemplu, proteinele transportoare de anioni organici (OAT) și proteinele transportoare de cationi organici (OCT). Astfel, caracteristicile slabe, încărcate sunt de dorit pentru a preveni interacțiunile cu proteinele transportoare organice. Este necesar să se țină cont de toate aceste caracteristici pentru proiectarea rațională a unui agent GFR. Ținând cont de acest lucru, am dezvoltat cu succes agenți fluorescenți pe bază de 2-hidroxipropil ciclodextrină (HPCD) pentru măsurarea transcutanată arinichifuncţie.[8] Agenții fluorescenți pe bază de HPCD sunt proiectați judicios combinând principiul de bază al medicamentelor cu adevărat eliminate și cunoștințele despre sistemul de livrare a medicamentelor pe bază de ciclodextrină (CD). În acest proiect, în primul rând, introducerea HPCD (inclusiv HPaCD, HPbCD și HPgCD) crește hidrofilitatea, scade PPB și accelerează eliminarea agenților fluorescenți. Principala cale de eliminare a HPCD depinde de calea de administrare. Atât pentru șobolani, cât și pentru câini, după administrarea orală, HPbCD este excretat în principal prin fecale, în timp ce este excretat prin rinichi după administrarea intravenoasă. HPbCD este bine tolerat în studiile pe animale (de exemplu, șobolani, șoareci, câini și iepuri) atât pentru studii pe termen scurt, cât și pe termen lung. Pentru oameni, excreția se face în principal prin rinichi. CD-urile sunt bine tolerate la om și nu au efecte adverse asupra rinichilor sau altor organe după administrarea orală sau intravenoasă.[31] Meritele netoxicității lor au rezultat în aprobarea FDA cu mai bine de zece ani în urmă.[32] Motivul pentru utilizarea HPCD-urilor mai degrabă decât a CD-urilor este că HPCD-urile nu numai că au o solubilitate mai bună în apă decât CD-urile lor native, dar sunt, de asemenea, mai stabile la hidroliză prin a-amilaze de origine porcină sau umană.[33] În plus, distribuția lor îngustă a greutății moleculare, costul scăzut și disponibilitatea suficientă le fac coloana vertebrală ideală pentru agenții GFR.[34] În al doilea rând, fluoroforii aparținând familiei xantene sunt folosiți pentru a marca HPCD-urile (Figura 3 b). Pe lângă FITC și fluoresceină, panoul de fluorofori de xantenă a fost extins pentru a include fluorofori bazați pe FITC decarboxilat, denumit XITC, pentru studiul sistematic al diferitelor legături de conjugare și situsuri dintre fluorofor și HPCD. Pe baza cunoștințelor empirice considerabile că substanțele anionice și neutre sunt curățate de preferință prin sistemul renal,[14] coloranții pe bază de rodamină nu au fost selectați ca fluorofori pentru a marca HPCD datorită încărcării pozitive a atomilor de azot din porțiunea anilină sau grupul dietilanilină. Cele trei categorii rezultate de agenți prezintă diferite legături de conjugare covalentă și sarcini moleculare nete și se suspectează că prezintă farmacocinetică și farmacodinamică diferite. Toate FITC-HPCD prezintă un PPB foarte scăzut (<8%), which="" is="" comparable="" to="" or="" even="" lower="" than="" that="" exhibited="" by="" some="" previous="" gfr="" agents,="" for="" example,="" 51cr–="" edta="" (12.2%,="" edta="ethylenediaminetetraacetic" acid)="" and="" 99mtc–dtpa="" (11%).="" the="" extremely="" low="" ppb="" of="" the="" hpcd-based="" agents="" is="" attributed="" to="" conjugation="" of="" the="" hydrophilic="" hpcds="" on="" the="" hydrophobic="" fluorophores,="" which="" increases="" their="" hydrophilicity="" and="" reduces="" nonspecific="" interactions="" with="" serum="" proteins.="" these="" agents="" have="" no="" significant="" cytotoxic="" effect="" in="" representative="" human="" renal="" cell="" lines="" by="" using="" the="" 3-(4,5-dimethyl2-thiazolyl)-2,5-diphenyltetrazolium="" bromide="" (mtt)="" assay.="" by="" using="" the="" above="" transcutaneous="" technique,="" the="" plasma="" clearance="" curves="" and="" kinetic="" parameters="" of="" all="" the="" agents="" can="" be="" obtained.="" the="" clearance="" half-lives="" of="" the="" hpcd-based="" agents="" either="" in="" the="" absence="" or="" in="" the="" presence="" of="" probenecid="" follow="" the="" order="" hpacd-based="" agents="" >="" hpbcd-based="" agents="">Agenți pe bază de HPgCD, ceea ce sugerează că rata de eliminare crește odată cu creșterea dimensiunii HPCD. Timpul de înjumătățire al agenților testați variază, de asemenea, în funcție de scheletul fluorofor utilizat, de exemplu, XITC–HPbCD > FITC–HPbCD > fluoresceină–HPbCD. În seria FITC-HPCD, FITC-HPaCD și FITC-HPgCD au ambele o ușoară reabsorbție tubulară, deoarece se observă timpi de înjumătățire de clearance mai scurti în prezența probenecidului. Fluoresceina-HPCD prezintă un timp de înjumătățire prin clearance care este semnificativ mai mare cu tratamentul cu probenecid decât fără tratamentul cu probenecid, ceea ce indică faptul că sunt secretați în tubii renali. În schimb, FITC-HPbCD și XITC-HPbCD nu prezintă reabsorbție sau secreție tubulară și sunt curățate numai prin filtrare glomerulară. O condiție prealabilă obligatorie pentru un agent ideal pentru funcție renală este ca acesta să poată obține recuperarea urinară completă a dozelor injectate (ID) și să nu aibă metabolism in vivo. Patru agenți, inclusiv FITC-HPaCD, FITC-HPbCD, FITC-HPgCD și XITC-HPbCD, au recuperări urinare mari de aproape 100% din ID-uri și nu suferă metabolism in vivo. Cu toate acestea, doar 40 până la 60 la sută din ID-urile fluoresceinei-HPCD sunt recuperate în urină. Aceste rezultate sugerează că fluoresceina-HPCD nu sunt complet excretate prin rinichi, ci și pe alte căi, inclusiv metabolismul de către enzime in vivo. În concluzie, FITC-HPbCD este considerat un nou agent GFR fluorescent exogen promițător. De notat, moartea prematură și semnele clinice adverse, determinate prin măsurarea greutății corporale și a consumului de alimente la șobolani, nu sunt observate pe parcursul întregului set de experimente.

Unul dintre obstacolele majore întâlnite cu o evaluare transcutanată neinvazivă în timp real arinichi funcţiein vivo, după utilizarea agenților fluorescenți GFR menționați mai sus, are o puternică autofluorescență de fond intrinsecă din țesutul viu, din cauza lungimii de undă scurte de emisie în regiunile albastre și verzi ale spectrului (l<600 nm),="" which="" significantly="" compromises="" the="" accuracy="" of="" the="" measurements="" under="" physiological="" conditions.="" however,="" the="" absorption="" coefficient="" of="" tissue="" in="" the="" near-infrared="" (nir)="" region="" (l="650–900" nm)="" is="" greatly="" suppressed="" to="" a="" minimum="" level,="" which="" thus="" drastically="" reduces="" the="" disturbances="" and="" noise="" from="" autofluorescence="" and="" increases="" tissue="" penetration.="" [35]="" therefore,="" it="" is="" highly="" desirable="" to="" develop="" gfr="" agents="" in="" the="" nir="" optical="" window="" for="" transcutaneous="" assessment="" of="">rinichifuncţie. Recent, mai multe studii au dezvăluit că fluoroforii organici convenționali se pot acumula în mod persistent în membranele lipidice ale pielii după injectarea intravenoasă din cauza lipofilității lor ridicate.[36]Sistemele mari hidrofobe p-conjugate ale coloranților organici NIR conduc, în general, la o legare puternică între coloranți și proteine ​​în ser; de exemplu, verdele de indocianină (ICG, Figura 4 a) prezintă PPB extrem de ridicat (99 la sută), absorbție hepatică și excreție. Un PPB atât de mare împiedică excreția renală. Au fost făcute multe încercări pentru a depăși aceste obstacole, iar hidrofilitatea sporită și scăderea PPB pentru unii coloranți cu heptametină cianică pot fi obținute prin creșterea numărului de grupări sulfonate de pe coloranții cu cianică.[37] De exemplu, PPB al colorantului anionic comercial IRDye800CW (Figura 4 a) este la fel de mare de 41%. Deși clearance-ul renal al IRDye800CW poate fi determinat prin tomografie optoacustică multispectrală (MSOT),[38]curbele sale de clearance-ul plasmatic nu au nicio degradare la 90 de minute după injectare la utilizarea măsurătorilor transcutanate.[35] Aceste studii confirmă în continuare că acumularea rapidă și reținerea îndelungată a fluoroforilor organici convenționali în piele reprezintă o dilemă pentru măsurarea transcutanată neinvazivă a funcției renale.

Recent, Choi et al. a raportat lucrări de pionierat asupra coloranților zwitterionici cu heptametină cianică.[39] Coloranții zwitterionici cu o încărcătură totală neutră prezintă o lipofilitate redusă și PPB datorită ecranării sarcinii. Toți analogii zwitterionici sunt excretați din organism în urină prin eliminarea rinichilor, aproape fără absorbție nespecifică semnificativă în alte organe sau țesuturi.[40] Deși acești analogi zwitterionici au scăzut PPB și pot fi complet eliminate de rinichi, PPB lor este încă mai mare decât cel al agenților de funcție renală „standard de aur”, cum ar fi inulina și iotalamatul (9,5 la sută) [35] și provoacă un timp de înjumătățire relativ lung. Inspirați de această muncă, am raportat primii agenți NIR GFR cu hidrofilitate îmbunătățită și PPB mult mai scăzut (<7%) through="" introducing="" zwitterionic="" charges="" and="" hpbcd="" on="" heptamethine="" cyanine="" dyes.="" to="" study="" the="" influence="" of="" different="" molecular="" surfaces="" charges="" on="" their="" ppb="" and="" excretion="" systematically,="" nir="" fluorescent="" agents="" with="" three="" different="" molecular="" surface="" charge="" characteristics="" (i.e.="" zwitterionic,="" anionic,="" and="" cationic;="" figure="" 4="" b)="" have="" been="" designed,="" and="" they="" comprise="" two="" key="" functional="" components:="" hpbcd="" and="" nir="" fluorophores.="" covalent="" conjugation="" between="" hpbcd="" and="" the="" nir="" fluorophores="" is="" achieved="" by="" either="" ester="" bond="" or="" click="" chemistry.="" their="" spectra="" effectively="" match="" the="" configuration="" of="" the="" transcutaneous="" device,="" which="" consists="" of="" two="" light-emitting="" diodes="" with="" an="" excitation="" wavelength="" at="" 700="" nm="" and="" a="" photodiode="" for="" emission="" wavelength="" detection="" at="" 790="" nm.="" in="" in="" vitro="" studies,="" the="" zwitterionic="" agents="" abzwcy–hpbcd="" and="" aazwcy–hpbcd="" have="" much="" lower="" ppb="" (3.7="" and="" 6.5%,="" respectively)="" than="" the="" anionic="" agents="" (i.e.="" abancy–hpbcd="" and="" aaancy–hpbcd,="" 19.7="" and="" 26.8%,="" respectively)="" and="" the="" cationic="" agents="" (i.e.="" abcacy–hpbcd="" and="" aacacy–hpbcd,="" 23.5="" and="" 27.4%,="" respectively),="" and="" even="" lower="" than="" some="" "gold-standard"="" agents.="" in="" vivo,="" urinary="" recovery="" and="" fluorescent="" distribution="" investigations="" by="" small-animal="" imaging="" experiments="" demonstrate="" that="" both="" abzwcy–hpbcd="" and="" aazwcy–hpbcd="" can="" be="" completely="" and="" rapidly="" excreted="" through="" the="" kidneys.="" examination="" of="" urine="" samples="" by="" hplc="" and="" matrix-assisted="" laser="" desorption/ionization="" (maldi)="" proves="" that="" these="" two="" zwitterionic="" hpbcd-based="" agents="" have="" no="" metabolism="" in="" vivo.="" these="" two="" zwitterionic="" hpbcd-based="" agents="" can="" be="" excreted="" efficiently="" through="" the="" kidneys="" into="" the="" urine="" without="" reabsorption="" and="" secretion="" in="" the="" tubules="" (figure="" 5),="" as="" evidenced="" by="" studies="" on="" the="" blocking="" of="" both="" the="" oat="" and="" oct="" proteins="" in="" kidney="" tubules="" by="" treating="" with="" probenecid="" and="" cimetidine,="" respectively.="" studies="" in="" transgenic="" nephropathy="" rat="" models="" also="" show="" that="" zwitterionic="" hpbcd-based="" agents="" are="" promising="" agents="" for="" the="" evaluation="" of="">rinichifuncţie. Bazându-se pe acești noi agenți NIR zwitterionici și pe un dispozitiv transcutanat, o abordare rapidă, robustă și biocompatibilă este validată pentru evaluarerinichifuncţiela modelele de șobolani care sunt atât sănătoși, cât și cu boală de rinichi, fără a fi nevoie de pregătirea probelor de sânge/urină care consumă timp.

Figura 5. Curbele de clearance-ul plasmatic ale ABZWCY–HPbCD: a) în absența și b) în prezența tratamentului cu probenecid prin măsurători transcutanate la șobolani sănătoși. Curbele de clearance-ul plasmatic ale AAZWCY–HPbCD: c) în absența oricărui tratament, d) în prezența probenecidului și e) în prezența cimetidinei prin măsurători transcutanate la șobolani sănătoși. f) Timpurile de înjumătățire de eliminare a ABZWCY–HPbCD și AAZWCY–HPbCD în absența și prezența tratamentului cu probenecid sau cimetidină.[35] Retipărit cu permisiunea de la Ref. [35]. Drepturi de autor (2017) Royal Society of Chemistry

Cistanche pentru îmbunătățirefunctia rinichilor

Faceți clic aici pentru a obține partea a II-a a acestui articol

Din: ' Agenți care emit lumină pentru evaluarea neinvazivă aRinichiFuncţie' deJiaguo Huang, și colab

--ChemistryOpen 2017, 6, 456 – 471 www.chemistryopen.org 464 T 2017 The Authors. Publicat de Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinh