Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Industrial materials >> Nanomaterialen

Koolstofdots afgeleid van Phellodendri Chinensis Cortex Carbonisata beschermen nieren tegen Deinagkistrodon acutus gif-geïnduceerde acute nierschade

Samenvatting

Achtergrond

Als een opkomend nanomateriaal zijn koolstofdots (CD's) het centrum van enorme aandacht voor biomedische toepassingen. Er is echter weinig informatie beschikbaar over hun bioactiviteit om acute nierschade (AKI) geïnduceerd door slangengif te remmen.

Methoden

Deze studie rapporteert de ontwikkeling van een groen, eéntraps pyrolyseproces om CD's te synthetiseren met Phellodendri Chinensis Cortex (PCC) als enige precursor, en hun potentiële toepassing als beschermingsmiddel tegen Deinagkistrodon acutus (D. acutus) gif-geïnduceerde AKI werd voor het eerst onderzocht. Het AKI-model werd gevestigd door D. acutus gif in de buikholte van muizen te injecteren en de potentiële beschermende effecten van PCC Carbonisata-CD's (PCCC-CD's) op nierafwijkingen, waaronder dysfunctionele, inflammatoire reacties, weefselschade en trombocytopenie, werden onderzocht op zes tijdspunten (1, 3 en 12 uur, en 1, 2 en 5 dagen).

Resultaten

Deze resultaten toonden aan dat PCCC-CD's de nierdysfunctie significant remden (verlaagde serumcreatinine (SCR), bloedureumstikstof (BUN), urinaire totaal eiwit (UTP) en microalbuminurie (MALB) concentraties) en de productie van chemoattractant (monocytaire chemotactische proteïne 1 (MCP-1)), pro-inflammatoire cytokines (interleukine (IL)-1β) en anti-inflammatoire cytokine (IL-10) in reactie op intraperitoneale injectie van D. acutus gif. Het gunstige effect van PCCC-CD's op de vergifte muizen was vergelijkbaar met dat op de verandering in nierhistologie en trombocytopenie.

Conclusies

Deze resultaten toonden de opmerkelijke beschermende effecten van PCCC-CD's aan tegen AKI geïnduceerd door D. acutus gif, wat niet alleen de biomedische toepassingen van CD's zou verbreden, maar ook een potentiële doelwit zou bieden voor de ontwikkeling van nieuwe therapeutische geneesmiddelen voor AKI geïnduceerd door D. acutus slangenbeetvergiftiging.

Inleiding

Deinagkistrodon acutus (D. acutus), behorend tot de familie Viperidae, wordt beschouwd als een van de gevaarlijkste landslangen in China. Vergiftiging door D. acutus is geassocieerd met een reeks symptomen zoals bloedingen, trombocytopenie en mogelijke directe nierschade. Acute nierschade (AKI) is de meest ernstige systemische effect en veelvoorkomende complicatie van vergiftiging door D. acutus die leidt tot persistente nierdysfunctie en hoge morbiditeit. De huidige topische behandeling omvat het gebruik van paarden-afgeleide hyperimmuun antivenine als antidoot. De effectiviteit ervan is echter beperkt in het neutraliseren van lokale weefselschade, met name bij het optreden van AKI, en heeft verschillende onbevredigende effecten zoals anafylactische en pyrogene reacties. Bovendien dragen de relatief hoge kosten en slechte stabiliteit van antivenine ook bij aan de onbevredigende behandeling van door D. acutus gebeten mensen, vooral in de natuur of landelijke gebieden. Daarom is er een dringende behoefte aan effectieve, veilige en betaalbare complementaire geneesmiddelen voor de behandeling van D. acutus gif-geïnduceerde AKI.

Koolstofdots (CD's), een nieuwe klasse koolstofnanomaterialen met een grootte < 10 nm, werden per ongeluk ontdekt door scheiding en zuivering van enkelwandige koolstofnanobuisjes in 2004 en hebben de afgelopen decennium veel belangstelling getrokken vanwege hun opmerkelijke nieuwe eigenschappen zoals waardbare biocompatibiliteit, lage toxiciteit, hoge wateroplosbaarheid en overvloedige grondstoffen.

Opmerkelijk is dat de ontwikkeling van CD's met inherente bioactiviteit potentieel veel strategieën biedt voor de ontdekking van een nieuwe generatie geneesmiddelen voor de effectieve controle of behandeling van sommige ziekten vanwege de bovenstaande opmerkelijke voordelen. In diverse bioactiviteiten zoals antibacterieel om bacteriële keratitis te behandelen, hemostatisch, peroxidase-achtig, antikanker, antiviraal en anti-inflammatoire activiteiten zijn gerapporteerd. Deze effecten hebben de aandacht van wetenschappers getrokken om additionele farmaceutische en biomedische toepassingen van CD's te bestuderen. Met name de verlichtende activiteiten van CD's afgeleid van Schizonepetae Spica Carbonisata op D. acutus gif-geïnduceerde bloedingen hebben een nieuw perspectief geboden op het onderzoek naar de gunstige effecten van CD's op AKI geïnduceerd door D. acutus slangenbeet, wat tot nu toe minder begrepen was.

Phellodendri Chinensis Cortex (PCC) Carbonisata (PCCC)-CD's worden gesynthetiseerd door directe pyrolyse van PCC (een type traditionele Chinese geneeskunde, die al meer dan 1000 jaar gebruikt wordt) met behulp van een eéntraps pyrolysebehandeling. PCCC-CD's zijn hypotoxische CD's met een diameter variërend van 1,2 tot 4,8 nm. PCCC-CD's zijn gerapporteerd om opmerkelijke hemostatische effecten te bezitten, wat niet alleen de biomedische toepassing van CD's heeft verbreden, maar ook de verheldering van de hemostatische materiële basis van PCCC geïnitieerd. Opmerkelijk is dat PCCC, een traditionele Chinese geneeskunde bereid door houtskoolverwerking, voor het eerst werd vastgelegd in de Taiping Holy Prescriptions for Universal Relief (978–992 n.Chr., in China). Het veiligheidsprofiel en de bevredigende therapeutische effectiviteit van PCCC, zoals hemostase en anti-inflammatie, moedigden de voortgezette klinische toepassing aan voor meer dan 1000 jaar, wat erkend werd in de Pharmacopoeia of the People's Republic of China (PPRC, 2015). Echter, het bestuderen van additionele onderliggende bioactiviteiten van PCCC-CD's is een uitdaging geweest. Met name is er weinig informatie over de remming van AKI geïnduceerd door D. acutus vergiftiging.

Daarnaast is gerapporteerd dat slangenbeetvergiftiging de renale fysiologie direct in gevaar kan brengen door nefrotoxische componenten of door activering of modulatie van immuun- en inflammatoire mediatoren. Deze effecten zijn voornamelijk op biomedische parameters (serumcreatinine (SCR), bloedureumstikstof (BUN), urinaire totaal eiwit (UTP) en microalbuminurie (MALB) concentratie), inflammatoire cytokines (interleukine (IL)-1β), anti-inflammatoire cytokine (IL-10) en monocytaire chemotactische proteïne 1 (MCP-1), de verandering in nierhistologie, en bloedplaatjes (PLT) telling. In de huidige studie synthetiseerden we PCCC-CD's met behulp van een groene, eéntraps pyrolysemethode en onderzochten we voor het eerst hun beschermende effecten tegen de ontwikkeling van deze afwijkingen in AKI geïnduceerd door intraperitoneale injectie van muizen met D. acutus gif.

Materialen en Methodes

Chemicaliën

Het PCC-materiaal werd gekocht bij Beijing Qiancao Herbal Pieces Co., Ltd. (Beijing, China), en de PCCC werd in ons laboratorium bereid. Dialysemembranen met een molecuulgewicht van 1000 Da werden gekocht bij Beijing Ruida Henghui Technology Development Co., Ltd. (Beijing, China). De cel tellings kit (CCK)-8 werd gekocht bij Dojindo Molecular Technologies, Inc. (Kumamoto, Japan). Het vriesgedroogde slangengif van D. acutus werd verstrekt door An Ren Snake Farm (Yujiang County, Yingtan, Jiangxi, China) voor experimenteel gebruik. Andere analytische graad chemische reagentia werden verkregen van Sinopharm Chemical Reagents Beijing (Beijing, China). Muis MCP-1, IL-10 en IL-1β enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kits werden gekocht bij Cloud-Clone Corp. (Wuhan, China). Alle experimenten werden uitgevoerd met gedioniseerd water (DW).

Dieren

Dierbeheer en onderzoeksprotocollen werden ondersteund en goedgekeurd door de Institutionele Commissie voor Ethiek van Dierproeven van de Beijing University of Chinese Medicine. Mannelijke Kunming muizen (wegend 30,0 ± 2,0 g) werden gekocht bij Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd., met een laboratoriumdier certificaat van overeenstemming, en werden gehuisvest in kooien bij constante temperatuur en vochtigheid op een 12-uurs licht/donker cyclus met ad libitum toegang tot voedsel en water.

Bereiding van Gifoplossing

Vriesgedroogd gif werd opgelost in fysiologische zoutoplossing met zachte menging gedurende 20 min (eindconcentratie: 5 mg/mL) en opgeslagen bij −20 °C tot gebruik.

Bereiding van PCCC-CD's

De PCCC werd bereid met behulp van een eéntraps pyrolysemethode met PCC als enige precursor volgens eerdere methoden. Kortweg, de PCC-monsters werden in aparte porseleinen smeltingsschelpen geplaatst en 1 uur verwarmd bij 350 °C in een voorverwarmde oven. Na afkoeling tot 30 °C werden de verkregen homogene zwarte residuen vermalen tot fijn poeder en tweemaal gekookt in water beide bij 100 °C gedurende 1 uur per keer. Vervolgens werd de oplossing verzameld door pre-filtratie van de suspensie door een 0,22 μm cellulose acetaatmembraan. Niet-koolstofhoudende onzuiverheden werden verwijderd door dialyse tegen DW gedurende 72 uur (behouden molecuulgewicht: 1000 Da). De PCCC-CD's oplossing geconcentreerd en opgeslagen bij 4 °C tot gebruik. Het stromadiagram in Fig. 1 illustreert het bovenstaande proces.

Karakterisering van PCCC-CD's

De morfologie van de CD's werd bestudeerd met behulp van een transmissie-elektronenmicroscopie (TEM, JEM-2100 elektronen, JEOL, Japan) met elektronenenergie van 200 kV. Structurele details werden onderzocht met hoge-resolutie TEM (HRTEM) met behulp van een Tecnai G2 20 elektronenmicroscoop (FEI, VS). De ultraviolet-zichtbare (UV-Vis) spectrum en fluorescentie-eigenschappen werden respectievelijk opgenomen en gemeten met UV-Vis (CECIL, Cambridge, VK) en fluorescentie (F-4500, Tokio, Japan) spectroscopie. Fourier-transformatie infrarood (FTIR) spectroscopie werd gebruikt om de oppervlakte functionele groepen informatie te analyseren bij een spectraal venster tussen 400 en 4000 cm−1.

Cytotoxiciteitsanalyses

Humane L02 hepatocyten en de humane embryonale nier 293 T cellijnen werden gebruikt om de potentiële cytotoxiciteit van PCCC-CD's te beoordelen met behulp van een CCK-8 analyse. L02 cellen werden gekweekt in Roswell Park Memorial Institute 1640 (RPMI 1640) medium met 10% foetaal bovin serum (FBS) terwijl 293 T cellen gegroeid werden in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) met hoge glucose, met 10% FBS. Beide cellijnen werden geïnculeerd bij 37 °C in een vervoegde 5% CO2 atmosfeer.

L02 en 293 T cellen werden gezaaid met een dichtheid van 2,0 × 104 cellen/put in 96-putplaten en gekweekt bij 37 °C in een vervoegde atmosfeer van 5% CO2 gedurende 24 uur. Vervolgens werden beide celtypen behandeld met 100 μL van verschillende concentraties (5000, 2500, 1250, 625, 156, 78, 39 en 19,5 μg/mL) van de PCCC-CD oplossingen in serumvrij medium en geïnculeerd voor nog eens 24 uur. Vervolgens werd het medium met de PCCC-CD's verwijderd en de cellen tweemaal gewassen met fosfaat-gebufferde zoutoplossing (PBS). Cytotoxiciteit werd bepaald door de plaat te lezen bij 450 nm onmiddellijk na toevoeging van 10 μL van het CCK-8 reagent en incubatie gedurende 4 uur bij 37 °C.

D. acutus Gif-geïnduceerde AKI en Behandeling

D. acutus Gif-geïnduceerde AKI Model

Het AKI muizenmodel werd gevestigd door muizen intraperitoneaal te injecteren met D. acutus slangengif. De muizen werden willekeurig verdeeld in de volgende vijf groepen van 36 dieren elk: controle; model; en hoge-, middel- en lage-dosis PCCC-CD behandelingsgroepen. De modelgroep ontving D. acutus gif bij 1 mg/kg (0,15 mg/mL, 0,2 mL) lichaamsgewicht en 0,5 mL fysiologische zoutoplossing intraperitoneaal, terwijl de hoge-, middel- en lage-dosis PCCC-CD behandelingsgroepen een equivalent volume slangengif en PCCC-CD extract ontvingen bij doses van respectievelijk 8,0, 4,0 en 2,0 mg/kg. Muizen intraperitoneaal geïnjecteerd met alleen fysiologische zoutoplossing (NS) dienden als controles. Zes muizen uit elke groep werden geofferd 1, 3 en 12 uur na toediening van NS, D. acutus gif en PCCC-CD's op het bovenstaande schema, terwijl muizen geofferd op dag 1, 2 en 5 continu werden behandeld met NS, D. acutus slangengif en PCCC-CD's tweemaal per dag.

Analyse van UTP en MALB Concentraties

Na toediening van de respectieve behandelingen, werden dieren in de controle, model en PCCC-CD- (4,0 mg/kg) behandelde groepen direct in geschikte metabolische kooien geplaatst voor urineverzameling tot de incubatieperiode eindigde (24 uur). De concentraties van UTP en MALB werden geanalyseerd met een automatische biochemische analyseapparaat.

Analyse van Biomarkers van Nierfunctie

Nierfunctie werd beoordeeld door de niveaus van SCR en BUN te meten. Voor de muizen geëuthanaseerd werden, werden bloedmonsters onttrokken aan de retro-orbitale plexus en vervolgens in plastic buisjes geplaatst gedurende ten minste 4 uur bij 4 °C. Serum werd verkregen door centrifugatie bij 750×g gedurende 15 min, en BUN en SCR niveaus werden geanalyseerd met een automatische biochemische analyseapparaat.

Detectie van Inflammatoire Cytokine Niveaus

De rechter nieren van de muizen werden verwijderd, snel bevroren in droogijs en opgeslagen bij −80 °C tot gebruik in de volgende procedures. Weefselmonsters (100 mg) uit de verschillende groepen gehomogeniseerd met PBS op ijs en vervolgens gecentrifugeerd bij 750×g gedurende 15 min. De supernatanten werden verzameld om de niveaus van MCP-1, IL-10 en IL-1β te bepalen met behulp van de respectieve ELISA-kits volgens de instructies van de fabrikant.

Nierhistologie

De linker nierweefselmonsters van de muizen werden vastgezet in 10% neutraal-gebufferde formaline bij 4 °C gedurende meer dan 48 uur, gedeshydrateerd, in paraffine ingebettet, in coupes gesneden en vervolgens gekleurd met hematoxyline en eosin (H&E). Morfologische veranderingen werden vergeleken tussen de controle, model en de PCCC-CD-behandelde groepen.

Trombocytopenie Activiteit

De PLT werd uitgevoerd op bloed onttrokken aan de muizen uit de retro-orbitale plexus en gedetecteerd met een geautomatiseerde hematologie analyseapparaat (XS-800i, Sysmex Corporation Co., Ltd., Kobe, Japan).

Statistische Analyse

Statistische analyse werd uitgevoerd met het Statistical Package for the Social Sciences (SPSS, versie 13,0). Normaal verdeelde data en homogene varianties worden uitgedrukt als gemiddelden ± standaarddeviatie (SD). Een eénrichtings variantieanalyse (ANOVA) gevolgd door de least significant difference (LSD) toets werd gebruikt voor meerdere vergelijkingen. P < 0,05 werd als statistisch significant beschouwd.

Resultaten

Karakterisering van PCCC-CD's

TEM werd gebruikt om de morfologie en grootteverdeling van PCCC-CD's direct te observeren (Fig. 2a, c en d). De bereide CD's waren sferisch en uniform in grootte, met de meeste bij 2,84 ± 0,89 nm zonder duidelijke aggregaties. De HRTEM-afbeelding toonde roosterfranjes (0,24 nm) van de CD's, wat overeenkwam met grafietachtig koolstof zoals getoond in Fig. 2b.

Zoals afgebeeld in Fig. 3a, vertoonden de CD's een duidelijke blauwe fluorescentie met een piekmaximum bij 445 nm na 370 nm excitatie. Daaropvolgend toonde de optische informatie over de PCCC-CD's in het UV-Vis-spectrum een sterke absorptiepiek bij 265 nm die correspondeert met de π-π* overgang van geconjugeerde organische moleculen op de CD-oppervlakken (Fig. 3b).

Daarnaast werden de functionele groepen van de geformuleerde CD's in detail geïdentificeerd op basis van het FTIR-spectrum, zoals afgebeeld in Fig. 3c. De piek bij 3433 cm−1 werd toegewezen aan de absorptiebanden van O–H en N–H rektrillingen, terwijl C–H rektrillingen verschenen bij 2923 cm−1 en 2853 cm−1. Bovendien duidde de absorptiepiek bij 1624 cm−1 op de aanwezigheid van C=O. C–O–C bindingen werden waargenomen bij 1109 cm−1, en de piek bij 1400 cm−1 werd toegeschreven aan C–N rek. Deze bevindingen waren consistent met eerdere rapporten.

In Vitro Cytotoxiciteit

Om de cytotoxiciteit te beoordelen, werden L02 en 293 T cellen blootgesteld aan verschillende concentraties van de PCCC-CD's gedurende 24 uur en de levensvatbaarheid onderzocht met de CCK-8 analyse. Zoals geïllustreerd in Fig. 4a, was de levensvatbaarheid van L02 cellen behandeld met PCCC-CD's > 85% vergeleken met die van de controlecellen, zelfs bij een concentratie zo hoog als 5 mg/mL. Op dezelfde manier beïnvloedden de PCCC-CD's de 293 T celgroei niet bij concentraties tot ongeveer 2500 μg/mL (Fig. 4b). Deze resultaten gaven aan dat de PCCC-CD's lage cytotoxiciteit vertoonden.

Effect van PCCC-CD's op UTP en MALB Concentraties

Vergeleken met het UTP-niveau in de controle groep (0,98 ± 0,38 mg/L), steeg het UTP-niveau significant in de D. acutus gif-behandelde (3,08 ± 0,92 mg/L, P < 0,01) en PCCC-CD (2,36 ± 0,83 mg/L, P < 0,05) groepen (Fig. 5a). Verder daalde het UTP-niveau na PCCC-CD behandeling vergeleken met de niveaus na giftoediening (P < 0,05). Daarnaast steeg het MALB-niveau duidelijk 24 uur na intraperitoneale injectie van D. acutus gif (17,78 ± 5,96 mg/L, P < 0,01) vergeleken met de controle groep (2,02 ± 0,91 mg/L). In tegenstelling vertoonden de PCCC-CD-behandelde muizen een dalende tendens in het MALB-niveau (14,25 ± 4,16 mg/L, Fig. 5b).

PCCC-CD's Verlichten Nierdysfunctie in D. acutus Gif-geïnduceerde AKI Muizen

Renale functie werd beoordeeld door de niveaus van BUN en SCR te meten, die getoond worden in Fig. 6 en 7. De muizen behandeld met D. acutus gif hadden significant hogere BUN-niveaus (12,07 ± 1,00 mmol/L [1 dag], P < 0,01; 11,43 ± 1,37 mmol/L [2 dagen], P < 0,01; 14,83 ± 2,53 mmol/L [5 dagen], P < 0,01) en SCR (12,83 ± 1,43 μmol/L [1 dag], P < 0,01; 13,48 ± 2,26 μmol/L [2 dagen]; P < 0,01. 13,80 ± 1,90 μmol/L [5 dagen], P < 0,01) dan de NS-behandelde muizen (BUN: 8,95 ± 1,04 [1 dag], 9,53 ± 1,40 [2 dagen] en 9,07 ± 1,57 [5 dagen] mmol/L; SCR: 9,40 ± 0,89 [1 dag], 10,27 ± 2,04 [2 dagen] en 9,85 ± 1,99 [5 dagen] μmol/L) van dag 1 tot 5 (Fig. 6a en 7a). Opmerkelijk was dat, vergeleken met de modelgroep, behandeling met lage-dosis PCCC-CD's de toename in SCR-niveaus (9,77 ± 0,79 μmol/mL, P < 0,01) en BUN (10,50 ± 1,38 mmol/L, P < 0,05) significant remde, terwijl hoge (9,62 ± 1,87 μmol/mL, P < 0,01) en middel (10,75 ± 1,48 μmol/mL, P < 0,05) doses de toename in SCR (Fig. 7b) maar niet BUN (Fig. 6b) geïnduceerd door D. acutus gif op dag 1 remden. De SCR-niveaus (Fig. 7c) van de hoge-, middel- en lage-dosis PCCC-CD-behandelde groepen daalden (10,97 ± 0,88, 10,42 ± 1,75 en 10,68 ± 1,41 μmol/mL, respectievelijk; P < 0,05) dan in de modelgroep op dag 2. Verder, vergeleken met de modelgroep, daalden BUN-niveaus significant in de hoge- (9,57 ± 0,52 mmol/L, P < 0,01) en lage-dosis (10,72 ± 2,04 mmol/L, P < 0,05) PCCC-CD groepen maar niet de middel-dosis groep (Fig. 6c) op dag 2. Zoals getoond in Fig. 6d en 7d, werden inhibitieve effecten waargenomen op de niveaus van beide indexen bij hoge (12,28 ± 1,65 mmol/L, P < 0,01 (BUN); 11,38 ± 1,80 μmol/mL, P < 0,05 (SCR), respectievelijk) en middel (12,40 ± 1,33 mmol/L, P < 0,05 (BUN); 10,83 ± 2,57 μmol/mL, P < 0,05 (SCR), respectievelijk) doses PCCC-CD's. Daarnaast werd geen significant verschil waargenomen tussen de controle en PCCC-CD-behandelde groepen in de SCR.

PCCC-CD's Remmen Cytokinesecretie

De effecten van drie concentraties PCCC-CD's op de productie van chemoattractant (MCP-1) en pro-inflammatoire (IL-1β) en anti-inflammatoire (IL-10) cytokines in reactie op injecties van D. acutus gif werden onderzocht. Figuur 8 toonde aan dat de injectie van gif de IL-1β vrijgegeven in het muizenmodel verhoogde (1 uur: 58,19 ± 5,35 ng/mL, P < 0,01; 3 uur: 56,57 ± 3,54 ng/mL, P < 0,01; 12 uur: 49,48 ± 7,74 ng/mL, P < 0,05; dag 1: 41,09 ± 4,82 ng/mL, P < 0,05; dag 2: 47,96 ± 8,33 ng/mL, P < 0,05; dag 5: 45,11 ± 6,95 ng/mL, P < 0,05) vergeleken met niveaus in de NS-behandelde muis (1 uur: 35,96 ± 4,72 ng/mL, 3 uur: 34,94 ± 2,58 ng/mL, 12 uur: 36,42 ± 5,25 ng/mL, dag 1: 34,47 ± 3,67 ng/mL, dag 2: 39,84 ± 3,71 ng/mL, dag 5: 36,82 ± 8,27 ng/mL). Zoals getoond in Fig. 8b–d, vergeleken met de D. acutus gif-geïnduceerde groep toonde aan dat 1-, 3- en 12-uurs blootstelling aan hoge- (50,09 ± 7,68 ng/mL, P < 0,05 [1 uur]; 40,36 ± 8,51 ng/mL, P < 0,01 [3 uur]; 39,87 ± 4,64 ng/mL, P < 0,05 [12 uur], respectievelijk) en lage- (46,64 ± 3,83 ng/mL, P < 0,01 [1 uur]; 37,65 ± 9,61 ng/mL, P < 0,01 [3 uur]; 38,75 ± 6,64 ng/mL, P < 0,05 [12 uur], respectievelijk) dosis PCCC-CD's de niveaus van IL-1β significant verlaagden. Bovendien verlaagde middel-dosis PCCC-CD's significant het IL-1β-niveau (41,50 ± 11,08 ng/mL, P < 0,01) vergeleken met dat van gif-behandelde muizen op 3 uur maar niet op andere tijdstippen.

De niveaus van de anti-inflammatoire cytokine IL-10 stegen dramatisch in de D. acutus gif-behandelde groep op verschillende tijdstippen (23,27 ± 0,72 ng/mL, P < 0,01; 22,03 ± 0,96 ng/mL, P < 0,05; 21,76 ± 1,99 ng/mL, P < 0,05; 26,31 ± 6,55 ng/mL, P < 0,01; 3 uur, 12 uur, dag 1 en dag 2, respectievelijk) vergeleken met NS-behandelde groep (Fig. 9). In schril contrast, behandeling met hoge- en middel-dosis PCCC-CD's (17,17 ± 4,04 en 17,25 ± 5,64 ng/mL, respectievelijk, beide P < 0,05) remde gif-geïnduceerde secretie van IL-10 op 3 uur terwijl lage-dosis PCCC-CD's de niveaus remde op 3 uur, 12 uur en dag 1 (17,17 ± 5,24, 17,83 ± 4,11 en 18,31 ± 2,14 ng/mL, respectievelijk, alle P < 0,05). Er werd geen significant verschil waargenomen tussen de PCCC-CD-behandelde en NS groep.

Daarnaast toont Fig. 10 aan dat injectie van D. acutus gif de MCP-1 vrijgave in de modelgroep significant verhoogde (1 uur: 197,45 ± 22,34 ng/mL, P < 0,01; 3 uur: 182,42 ± 12,94 ng/mL, P < 0,01; 12 uur: 169,20 ± 26,74 ng/mL, P < 0,01; 24 uur: 142,81 ± 25,85 ng/mL, P < 0,05) vergeleken met de NS-behandelde controle (1 uur: 115,82 ± 14,80 ng/mL; 3 uur: 106,46 ± 13,76 ng/mL; 12 uur: 120,35 ± 15,75 ng/mL; en 24 uur: 108,81 ± 25,60 ng/mL). Meer opmerkelijk, behandeling van vergifte muizen met de drie PCCC-CD doses remde de toename in MCP-1 niveaus. De middel- (3 uur: 136,84 ± 39,94 ng/mL, P < 0,01; 12 uur: 127,48 ± 13,75 ng/mL, P < 0,01) en lage- (1 uur: 152,13 ± 18,89 ng/mL, P < 0,05; 3 uur: 129,54 ± 30,85 ng/mL, P < 0,01; 12 uur: 118,75 ± 19,96 ng/mL, P < 0,01) dosis PCCC-CD's remden de toename in MCP-1 niveaus op 1, 3 en 12 uur, uitgezonderd middel-dosis op 1 uur (178,20 ± 22,79 ng/mL). Behandeling met hoge-dosis PCCC-CD's verlaagde effectief het MCP-1-niveau alleen op 3 uur (131,42 ± 24,62 ng/mL, P < 0,01).

In tegenstelling waren IL-1β, IL-10 en MCP-1 niveaus van de PCCC-CD-behandelde groepen op bepaalde tijdstippen niet significant verschillend van die van de modelgroep, en vertoonden een dalende tendens.

Effect van PCCC-CD's op de Remming van Trombocytopenie

PLT's hebben een specifieke rol in de pathogenese van AKI; daarom werd het PLT-aantal onderzocht en de resultaten zijn getoond in Fig. 11. Vergeleken met de PLT-waarden van de controle groep (1 uur: [1228 ± 51] × 109; 3 uur: [1120 ± 36] × 109; 12 uur: [1245 ± 111] × 109; dag 1: [1177 ± 69] × 109; dag 2: [1195 ± 51] × 109; en dag 5: [1181 ± 46] × 109), trad een drastische reductie op zo vroeg als 1 uur na D. acutus giftoediening, met een dieptepunt op 3 uur. Vervolgens steeg het PLT stabiel tot dag 5 (1 uur: [354 ± 70] × 109, P < 0,01; 3 uur: [315 ± 77] × 109, P < 0,01; 12 uur: [435 ± 91] × 109, P < 0,01; dag 1: [663 ± 226] × 109, P < 0,01; dag 2: [941 ± 248] × 109, P < 0,05; dag 5: [1083 ± 89] × 109). Opmerkelijk was dat zelfs op dit tijdsinterval de PLT-waarden significant lager waren dan die van controle muizen. Daarnaast remde toediening van PCCC-CD's bij een dosis van 8 mg/kg de gif-geïnduceerde trombocytopenie op 1 uur ([435 ± 91] × 109, P < 0,05), 3 uur ([599 ± 290] × 109, P < 0,05), 12 uur ([929 ± 92] × 109, P < 0,01), dag 1 ([1028 ± 248] × 109, P < 0,01) en dag 2 ([1183 ± 89] × 109, P < 0,01). Dit remmende effect werd ook waargenomen bij een dosis van 2 mg/kg PCCC-CD's op 3 uur en dag 2 en 4 mg/kg PCCC-CD's op dag 2, naast toegenomen PLT. Hoewel er geen significant verschil was tussen de model- en middel-dosis groepen, werd een stijgende tendens waargenomen op andere verschillende tijdstippen.

Histopathologische Waarnemingen

De nierschade in de gifgroep werd histologisch geëvalueerd. Zoals getoond in Fig. 12a, in contrast met de NS-behandelde groep, die normale glomeruli en tubulaire cellulariteit vertoonde, werden opvallende veranderingen waargenomen in het nierparenchym van de D. acutus gif-behandelde groep. Deze veranderingen omvatten duidelijke bloedingen, niertubulaire dilatie en degeneratie. Co-behandeling met PCCC-CD's voorkwam D. acutus gif-geïnduceerde nierschade, en de histopathologische evaluatie van de architectuur van de nierweefsels was bijna normaal met milde hemostase, niertubulaire dilatie en degeneratie.

Discussie

Als een opkomend nanomateriaal beginnen CD's een belangrijke niche in te nemen als innovatieve materialen voor next-generation nanogeneesmiddelen. Vergeleken met traditionele zware metaal-gebaseerde quantum dots, zijn CD's goede kandidaten voor biomedische toepassing vanwege hun unieke kenmerken die aanzienlijke potentiële voordelen hebben in de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen met relatief lage toxiciteit.

De afgeleide PCCC-CD deeltjes waren quasi-sferisch en goed gedispergeerd in water, met overvloedige functionele groepen aanwezig op het oppervlak. Deze waarneming is consistent met eerdere rapporten. Bovendien vertoonden de als-gemaakte CD's lage toxiciteit tegen L02 en 237 T cellen, wat de geschiktheid voor biomedische toepassingen aangeeft.

De huidige studie is de eerste, voor zover we weten, die de opmerkelijke bioactiviteiten van PCCC-CD's op AKI geïnduceerd door D. acutus slangenbeet demonstreert. D. acutus wordt in de Chinese volksgeneeskunde breed "vijf pas" of "honderd pas" genoemd op basis van de volksverhalen beschrijving dat mensen of dieren gebeten door D. acutus niet meer dan 100 stappen konden lopen. Meer dan 90% van de populatie van D. acutus wordt in China gevonden, en de frequentie van kritieke toestanden en zelfs dood gerelateerd aan de beet van deze slang is hoger dan die door veel andere giftige slangen. AKI is de meest ernstige systemische effect en veelvoorkomende complicatie, wat leidt tot secundaire renale ischemie en falen. Een verbeterde kennis van relevante informatie over AKI geïnduceerd door D. acutus vergiftiging zou bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe therapeutische benaderingen. Echter, in contrast met de aanzienlijke kennis beschikbaar over de nefrotoxiciteit van slangengif in het algemeen, is informatie over de AKI geïnduceerd door D. acutus gif zeldzaam, wat ons leidde om deze potentiële geneesmiddel te onderzoeken dat nog in de vroege ontwikkelingsfasen verkeert.

In deze studie vestigden we een AKI-model door D. acutus gif intraperitoneaal in muizen te injecteren om de complexe en multifactoriele pathogenese van gif-geïnduceerde AKI te beoordelen. Bovendien leverde het model een instrument voor het onderzoeken van de beschermende effecten van PCCC-CD's tegen AKI geïnduceerd door D. acutus gif.

Huidige experimenten hebben de ontwikkeling van substantiële AKI getoond met duidelijke veranderingen in inflammatoire cytokines en serum- en urine-biochemische indexen, alsook histopathologische bewijzen van nierschade na intraperitoneale injectie van slangengif. Deze bevindingen gaven de mogelijke factoren aan die voornamelijk kunnen bijdragen aan de giftoxiciteit: (1) directe gifcytotoxiciteit tegen de nier en (2) renale inflammatoire reacties.

Specifiek werd nierontoereikendheid bevestigd ongeveer 24 uur na gifinjectie gebaseerd op oligurie geassocieerd met proteinurie en verhoogde serum biomarkers (SCR en BUN). We bevestigden de renale betrokkenheid in de D. acutus gif-behandelde groep verder met biochemische analyse, die significant verhoogde UTP en MALB niveaus toonde vergeleken met de controle groep. Deze bevindingen gaven de aanwezigheid van glomerulaire malfunction en tubulaire reabsorptie in de gif-behandelde groep aan, wat ondersteund werd door bewijs van histopathologische verandering. In tegenstelling werd een significante reductie in de niveaus van UTP en MALB waargenomen in de vergifte middel-dosis PCCC-CD-behandelde groep. Daarnaast zijn serum biochemische indicatoren (SCR en BUN) andere vitale parameters gebruikt om de elevatie van renale dysfunction in AKI te bepalen en ze blijven klinische indicatoren in de diagnose ervan. Injecteren van slangengif van dag 1 tot 5 verhoogde ook dramatisch de niveaus van SCR en BUN, terwijl behandeling met PCCC-CD's deze effecten omkeerde, wat resulteerde in een snellere herstel dan de controle groep. Belangrijker, de duidelijke veranderingen in het nierweefsel, duidelijke bloedingen, niertubulaire dilatie en degeneratie gaven de directe schade aan de nier door het gif aan. De verlichtende effecten van PCCC-CD's op de histopathologische veranderingen werden in deze studie gedemonstreerd. Deze resultaten suggereerden dat PCCC-CD's de AKI-geïnduceerde abnormale manifestatie van urine- en serum-biochemische markers geassocieerd met nierdysfunctie alsook renale histologische schade remden. Verder kunnen deze effecten toegeschreven worden aan de verbetering van de directe nefrotoxiciteit van het D. acutus gif door de PCCC-CD's. De beschermende effecten van PCCC-CD's werden bewijzen door de remming van D. acutus gif-geïnduceerde directe nierschade.

Een intense inflammatoire reactie is een gemeenschappelijk kenmerk geïnduceerd door vergiftiging door giftige dieren zoals slangen en rupsen. De tekenen van systemische inflammatie met mononucleaire celinfiltratie, neutrophiele leukocytose, tubulaire epiteelcel degeneratie en necrose zijn ook getoond in nierschade geïnduceerd door injectie van slangengif. MCP-1 is een klein molecuul eiwit dat een vitale rol speelt in het recruiteren en activeren van leukocyten tijdens inflammatoire reacties. Daarnaast kunnen mononucleaire fagocyten en lymfocyten bijdragen aan acute renale celschade door verschillende mechanismen zoals de secretie van pro-inflammatoire mediatoren, die dan residentiële renale cellen kunnen induceren om chemokines te expresseren. De betrokkenheid van MCP-1, inflammatoire cytokines (IL-1β) en anti-inflammatoire cytokine (IL-10) in de inflammatoire reactie in de pathogenese van AKI in muizen geïnjecteerd met alleen D. acutus gif werd in de huidige studie gedemonstreerd. Deze waarneming gaf aan dat het onderliggende mechanisme van de D. acutus gif-geïnduceerde AKI geassocieerd kan zijn met de renale inflammatoire reactie. Het bewijs dat blootstelling aan PCCC-CD's de niveaus van IL-1β, IL-10 en MCP-1 significant verlaagde, suggereert dat CD's renoprotectie kunnen vertonen door renale inflammatoire reacties te remmen.

Verder spelen PLT's een cruciale rol in acute hemostatische en inflammatoire processen en zijn geassocieerd met diverse inflammatoire pathologieën. Ze zijn gevoelig en reageren snel op biologische veranderingen wanneer een organisme gewond is of bloedt, als de eerste cellen die aankomen op de plaats van acute letsel om te interageren met endotheele cellen en leukocyten. PLT's zijn betrokken bij de pathogenese van AKI en worden beschouwd als een prognostische marker die significant geassocieerd is met een slechtere uitkomst van AKI. Deze studie leverde bewijs dat D. acutus gif het PLT-aantal opvallend verlaagde, wat consistent was met resultaten van studies die rapporteerden dat trombocytopenie geïnduceerd kan worden door slangengif. We observeerden dat blootstelling aan PCCC-CD's het PLT-aantal significant verhoogde, wat consistent was met de bevindingen van een eerdere studie.

De afwijkingen van AKI geïnduceerd door D. acutus gif zijn, voor zover we weten, voor het eerst gedemonstreerd in de huidige studie en omvatten voornamelijk renale dysfunctie geassocieerd met proteinurie, oligurie, verhoogde BUN en SCR niveaus, pathologische nierschade, inflammatoire reacties en trombocytopenie.

Opmerkelijk toonden PCCC-CD's beschermende activiteit aan tegen D. acutus gif-geïnduceerde AKI door de geassocieerde schade te remmen, zoals in deze studie voor het eerst bewijzen werd geleverd. Deze studie was een voorlopige evaluatie van de gunstige effecten van PCCC-CD's op AKI geïnduceerd door D. acutus gif, en verdere onderzoeken van het onderliggende mechanisme zouden de focus van toekomstige studies zijn.

Conclusie

De indrukwekkende beschermende effecten van PCCC-CD's op D. acutus gif-geïnduceerde AKI zijn in deze studie, voor het eerst naar onze kennis, gedemonstreerd. De AKI-gerelateerde effecten manifesteerden zich voornamelijk als renale dysfunctie, pathologische nierschade, inflammatoire reacties en trombocytopenie. Deze resultaten gaven aan dat PCCC-CD's potentiële toepassingsperspectieven hebben voor gebruik als een complementair geneesmiddel voor de behandeling van afwijkingen geïnduceerd door D. acutus gif-geïnduceerde AKI. Verder biedt dit een nieuwe strategie voor het bestuderen van actieve ingredienten van traditionele Chinese geneeskunde formuleringen, en verbreeedt verder de biomedische toepassingen van CD's.

Beschikbaarheid van Data en Materialen

Alle data gegenereerd of geanalyseerd tijdens deze studie zijn opgenomen in dit gepubliceerde artikel.

Afkortingen

AKI:
Acute nierschade
BUN:
Bloedureumstikstof
CD's:
Koolstofdots
D. acutus:
Deinagkistrodon acutus
HE:
Hematoxyline en eosin
IL:
Interleukine
MALB:
Microalbuminurie
MCP-1:
Monocytaire chemotactische proteïne 1
PCC:
Phellodendri Chinensis Cortex
PCCC-CD's:
Phellodendri Chinensis Cortex Carbonisata-koolstofdots
PLT:
Bloedplaatjestelling
SCR:
Serumcreatinine
UTP:
Urinaire totaal eiwit

Nanomaterialen

  1. Koolstofstaal smeden: Hoe hitte en druk kracht en toughness transformeren
  2. Hoge-efficiënte, opwekking-onafhankelijk blauw-emitterende koolstofdots met instelbare fotoluminescentie
  3. Hiërarchische geactiveerde koolstofvezels van afgedankte katoen handschoenen: high-performance elektroden voor supercondensatoren
  4. Snelle Microgolfsynthese van Pyridinische-Rijke N,S-Gedopeerde Koolstofkwantumpuntjes met Superieure Fotoluminescentie en Catalase-Nabootsende Activiteit
  5. Hoog-efficiënte magnetische koolstofmicrosferen voor herbruikbare verwijdering van sulfonamide uit water
  6. Hydrothermale synthese van blauw- en groen-emitterende koolstofkwantumpunten uit tofu-afvalwater
  7. Heldere fluorescerende koolstofkwantumdots uit citroensap: hydrothermale synthese en optische karakterisatie
  8. Fe-N-C nanovezel elektrokatalysatoren met superieure ORR prestaties via elektrospinnen en afgedichte pyrolyse
  9. Longontwikkeling tot multi-walled koolstofnanotubes verhoogt bloeddruk en verstoort hartfunctie in ratten
  10. Groengesynthetiseerde zilvernanodeeltjes uit granaatappelschil: krachtige antimicrobiële en darmkanker-cytotoxiciteit
  11. 5-minuten microgolf-geassisteerde synthese van polydopamine-gepassiveerde koolstofdots met 5% quantum yield en 35% fotothermische efficiëntie voor kankertherapie