Cell-inspired selective potassium removal towards hyperkalemia therapy by microphase-isolated core-shell microspheres

高钾血症 材料科学 吸附 渗透 人工肾 血液透析 肾脏疾病 生物医学工程 化学工程 化学 外科 医学 内科学 有机化学 冶金 生物化学 工程类
作者
Zhoujun Wang,Rui Yuan,Peiyang Li,Yanping Huang,Weifeng Zhao,Changsheng Zhao
出处
期刊:Acta Biomaterialia [Elsevier]
卷期号:157: 511-523
标识
DOI:10.1016/j.actbio.2022.11.062
摘要

Hyperkalemia is a common metabolic problem in patients with chronic kidney disease. Although oral medications and hemodialysis are clinically applied for lowering serum potassium, the intrinsic limitations encourage alternative therapy in the trend of adsorbent-based miniaturized blood purification devices. Cells serve as the biological K+ storage units that accumulate K+ through multiple mechanisms. Inspired by cells, our strategy aims at favorable permeation and enrichment of K+ in the microsphere. We incorporate cation-affinitive groups into core-shell structures with submicron-sized phase separation. These nano-spaced side-groups cooperate to form interlinked clusters, where crown ethers with Angstrom-scale ring for size-matched complexation, while ionic sulfonic acid groups for hydrophilicity and charge-buffering. The unique structure with such non-covalent interactions facilitates K+ for permeation across the shell and binding to the core while also ensuring mechanical strength and anti-swelling durability in biofluids. The microspheres exhibit high selectivity ratios of K+ (SK/Na, SK/Ca, SK/Mg up to 9.8, 21.6, and 17.7). As column adsorbents for hemoperfusion simulation, they effectively lower elevated K+ levels to the normal range (clearance rates up to 44.4%/45.3% for hyperkalemic human serum/blood). Blood compatibility tests show low protein adsorption, preferable hemocyte compatibility, and anticoagulation property in vitro. This promising strategy has clinical potential for hyperkalemia in high-risk patients. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Hyperkalemia (serum potassium >5 mmol/L) is a common complication in chronic renal failure patients. The limitations of existing treatments prompt a shift to wearable artificial kidney technology for clinical convenience and efficacy. Existing treatments have limitations, and we turn to adsorbent-based miniaturized blood purification devices in the prospect of wearable artificial kidney technology. There exists a lack of ion-specific adsorbents applied in extracorporeal circuits to redress electrolyte imbalances like hyperkalemia. Inspired by cells, we aim at the favorable permeation and enrichment of K+ by microspheres. The microspheres have a microphase-isolated core-shell structure, whose nano-spaced groups form cation-affinitive clusters. Selective K+ removal and blood compatibility are achieved. We expect this strategy to enlighten alternative hyperkalemia therapy for these high-risk patients.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
陈炳蓉完成签到,获得积分10
4秒前
葫芦芦芦完成签到 ,获得积分10
4秒前
复杂的凝冬完成签到,获得积分10
6秒前
大大蕾完成签到 ,获得积分10
7秒前
LMY1411完成签到,获得积分10
9秒前
那英东完成签到 ,获得积分10
11秒前
01259完成签到 ,获得积分10
12秒前
优秀的嚣完成签到 ,获得积分10
12秒前
巨大的小侠完成签到 ,获得积分10
13秒前
愉快的冰萍完成签到 ,获得积分10
15秒前
xiaofenzi完成签到,获得积分10
17秒前
yeape完成签到,获得积分10
21秒前
federish完成签到 ,获得积分10
22秒前
ddj完成签到 ,获得积分10
29秒前
小全完成签到,获得积分10
29秒前
如意的馒头完成签到 ,获得积分10
36秒前
clare完成签到 ,获得积分10
37秒前
搬砖的化学男完成签到 ,获得积分10
39秒前
流星雨完成签到 ,获得积分10
39秒前
奥里给完成签到 ,获得积分10
42秒前
机智的小羊尾完成签到 ,获得积分10
44秒前
long0809完成签到,获得积分10
46秒前
独行侠完成签到,获得积分10
46秒前
Susie完成签到 ,获得积分10
46秒前
天才都这样完成签到,获得积分10
46秒前
需要交流的铅笔完成签到 ,获得积分10
46秒前
nine2652完成签到 ,获得积分10
48秒前
一白完成签到 ,获得积分10
51秒前
大象7199完成签到,获得积分10
51秒前
xy小侠女完成签到,获得积分10
54秒前
GRATE完成签到 ,获得积分10
58秒前
小趴菜完成签到 ,获得积分10
59秒前
cc完成签到,获得积分10
1分钟前
闻屿完成签到,获得积分10
1分钟前
碧蓝丹烟完成签到 ,获得积分10
1分钟前
内向东蒽完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Panini完成签到 ,获得积分10
1分钟前
潇洒莞完成签到 ,获得积分10
1分钟前
guandada完成签到 ,获得积分10
1分钟前
靳路完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
Evolution 2024
Experimental investigation of the mechanics of explosive welding by means of a liquid analogue 1060
Die Elektra-Partitur von Richard Strauss : ein Lehrbuch für die Technik der dramatischen Komposition 1000
How to Create Beauty: De Lairesse on the Theory and Practice of Making Art 1000
Gerard de Lairesse : an artist between stage and studio 670
大平正芳: 「戦後保守」とは何か 550
LNG地下タンク躯体の構造性能照査指針 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3004819
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2664147
关于积分的说明 7220040
捐赠科研通 2300641
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1220172
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 594585
版权声明 593226