学院纳米生理学与医学团队在ACS Nano期刊上发表最新研究成果

近期，学院纳米生理学与医学团队在ACS Nano期刊上发表以“Precisely Staging Diabetic Nephropathy by a Gold-Based Artificial Filtration Biomarker through Computed Tomography and Blood Testing of the Glomerular Filtration Rate”为题最新研究成果。华南理工大学为论文的第一署名单位，华南理工大学附属第二医院杜步婕研究员和华南理工大学蒋兴垭教授为该论文的共同通讯作者，华南理工大学附属第二医院博士后吴训智博士和生物医学科学与工程学院2022级生物医学工程专业博士研究生卢辉旭为本论文的共同第一作者。

肾小球滤过率（Glomerular Filtration Rate, GFR）是评估肾功能的核心指标，对于糖尿病肾病（Diabetic Nephropathy, DN）的分期诊断尤为关键。然而，临床上常用的估算方法（如血肌酐）受多种因素干扰，难以精准反映肾功能变化；而测量金标准菊粉法则操作繁琐、患者负担重，限制了其广泛应用。因此，开发一种精准、便捷的肾小球滤过率测量方法，对实现糖尿病肾病的精准分期和动态监测具有重要意义。

基于此，华南理工大学纳米生理学与医学团队报告了一种基于超小金纳米颗粒的人工滤过生物标志物，通过表面修饰强抗污的磷脂酰胆碱配体，构建了可实现快速纯净肾小球滤过清除的Gold-AFB探针，在通过CT成像或血液检测精准测量肾小球滤过率的同时，能够对糖尿病肾病进行精确分期，克服了传统内源性标志物和菊粉法的局限性。

Gold-AFB由超小尺寸金核心（~1 nm）和强抗污磷脂酰胆碱壳层构成。金核心赋予其优异的CT成像能力，而磷脂酰胆碱层则极大减少了纳米颗粒与血清蛋白的非特异性结合。实验显示，Gold-AFB的血清蛋白结合率仅0.55%，较未修饰的纯金纳米颗粒降低约11倍。这一特性使纳米颗粒在体内展现出快速的肾脏清除行为：即注射后2小时内尿液清除率达93%以上，24小时内近乎完全排出（约99%），且在肝脏、脾脏的累积量极少。进一步通过转运蛋白抑制剂实验证实，Gold-AFB仅通过肾小球滤过，不被肾小管重吸收或分泌，完美契合理想肾小球滤过率测量标志物的要求。

图：利用人工滤过生物标志物Gold-AFB通过CT成像法和血液检测法测得GFR实现对糖尿病肾病精准分期的示意图

基于Gold-AFB的优异性能，研究团队建立了两种肾小球滤过率测量方法CT成像法和血液检测法。在CT成像法中，利用金元素的高X射线衰减能力，通过注射后2分钟内的动态增强CT成像，结合Patlak-Rutland模型，可精准计算单侧级总肾肾小球滤过率。该方法成功将糖尿病肾病小鼠模型区分为高滤过期、轻度硬化期和重度硬化期三个病理阶段，分期结果与肾脏组织病理学损伤程度高度相关。相比之下，传统的血肌酐、尿素氮和尿白蛋白指标完全无法区分这些阶段。在血液检测法中，通过在不同时间点采集微量血液检测金元素清除速率，同样可精准计算肾小球滤过率，且所需剂量比菊粉法低100倍。该方法在小鼠和兔子模型中均得到验证，并成功检测出糖尿病肾病和急性肾损伤模型中的肾小球滤过率显著下降。

综上所述，本研究构建了一种超小尺寸、抗非特异性蛋白结合和高效可肾清除的人工滤过生物标志物Gold-AFB。该探针能够通过系统给药后快速通过肾小球滤过，将肾功能信息通过CT成像或血液检测精准量化，实现糖尿病肾病分期，并规避了传统内源性标志物不精准和菊粉法操作繁琐的局限，在肾脏疾病的精准诊断和动态监测方面显示出良好前景。在未来的研究中将进一步探索其在临床肾脏病学中的转化潜力，特别是在肾脏疾病早期检测和疗效监测方面的应用。（通讯员/蒋兴垭教授课题组）

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c17310