Destruction of the protein matrix of kidney stones by solutions of non-toxic complexons with surfactant properties

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Aim. To investigate the effects of solutions composed of molecules with both chelating and surfactant properties on kidney stones.

Materials and Methods. Kidney stones and their fragments were obtained during ureteroscopy and retrograde intrarenal surgery, percutaneous nephrolithotomy, and stone extraction from the kidney performed in patients with urolithiasis. For the experiment, a solution was prepared based on a composition of iminodiacetate derivatives of fatty acid glycerides and iminodiacetate derivatives of polysaccharides. Stones of known mass were processed with this solution, dried, and examined using X-ray diffraction analysis. Qualitative protein analysis (biuret test) was performed on the solution and washout fluid.

Results. Struvite stones (MgNH4PO4(H2O)6) swelled in the solution and disintegrated into small fragments. Proteins and phosphate ions were detected in the prepared solution. Stones composed of crystalline uric acid or its hydrate, as well as hydrated calcium oxalates (whewellite and weddellite), also swelled, with occasional changes in surface structure and color. X-ray diffraction analysis revealed a decrease in the amorphous, presumably protein, component and changes in the relative proportions of crystallohydrates. The presumed mechanism of stone destruction was leaching of the amorphous protein binder between crystalline grains, together with alterations in the crystalline phases.

Conclusion. Complexons with emulsifying properties from the prepared solution penetrate the protein matrix of kidney stones and, together with enhanced water diffusion, cause partial protein extraction, swelling of amorphous and some crystalline phases, and subsequent stone disintegration. These findings highlight the potential of such hybrid compounds for the development of novel methods of treating urolithiasis and warrant further investigation.

About the authors

Armais A. Kamalov

Medical Scientific and Educational Institute of the Lomonosov Moscow State University

Email: armais.kamalov@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-4251-7545

Dr. Sc. (Med.), Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences, Director, Head of the Urology and Andrology Department of the Faculty of Fundamental Medicine

Russian Federation, Bldg. 10, 27, Lomonosovsky Ave., Moscow, 119192

Olga Yu. Nesterova

Medical Scientific and Educational Institute of the Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: oy.nesterova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3355-4547

Cand. Sc. (Med.), Urologist, Senior Researcher at the Urology and Andrology Department, Senior Lecturer at the Urology and Andrology Department of the Faculty of Fundamental Medicine

Russian Federation, Bldg. 10, 27, Lomonosovsky Ave., Moscow, 119192

Aslan Yu. Tsivadze

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: tsiv@phyche.ac.ru

Dr. Sc. (Chem.), Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences, Deputy President of the Russian Academy of Sciences, Scientific Supervisor, Chief Researcher

Russian Federation, Bldg. 4, 31, Leninsky Ave., Moscow, 119071

Alexander Ya. Fridman

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: fridman42@mail.ru

Dr. Sc. (Chem.), Academician of the Russian Academy of Sciences, Leading Engineer

Russian Federation, Bldg. 4, 31, Leninsky Ave., Moscow, 119071

Andrey A. Shiryaev

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: shiryaev@phyche.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-2467-825X

Dr. Sc. (Chem.), Professor of the Russian Academy of Sciences, Leading Researcher

Russian Federation, Bldg. 4, 31, Leninsky Ave., Moscow, 119071

Alexander K. Novikov

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: novikov.a.k.49@gmail.com

Cand. Sc. (Chem.), Leading Researcher

Russian Federation, Bldg. 4, 31, Leninsky Ave., Moscow, 119071

Alexander S. Panferov

Medassist Medical Center

Email: panferov-uro@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8258-3454

Cand. Sc. (Med.), Urologist, Head of the Urology Center

Russian Federation, 16, Dimitrov St., Kursk, 305000

Vitaly S. Yastrebov

Medassist Medical Center

Email: yastrebov.vetaly@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1388-4194

Urologist at the Urology Center

Russian Federation, 16, Dimitrov St., Kursk, 305000

References

  1. Ahmed S., Hasan M.M., Khan H. et al. The mechanistic insight of polyphenols in calcium oxalate urolithiasis mitigation. Biomedicine & pharmacotherapy = Biomedecine & pharmacotherapie. France. 2018;106:1292–1299.
  2. Kim H.J., Oh S.H. Comprehensive prediction of urolithiasis based on clinical factors, blood chemistry and urinalysis: UROLITHIASIS score. Scientific reports. England. 2023;13(1):14885.
  3. Gadzhiev N., Prosyannikov M., Malkhasyan V. et al. Urolithiasis prevalence in the Russian Federation: analysis of trends over a 15-year period. World journal of urology. Germany. 2021;39(10):3939–3944.
  4. Berezin B.D., Mamardashvili G.M., Berezin M.B. et al. Some physical, chemical, and biological problems of urinary stone dissolution. Chemistry and Chemical Technology. 2006;49(5):102–105. Russian (Березин Б.Д., Мамардашвили Г.М., Березин М.Б. и др. Некоторые физико-химические и биологические проблемы растворения мочевых камней. Химия и химическая технология. 2006;49(5):102–105).
  5. Geier G.E. Chemolytic EDTA-citric acid composition for dissolution of calculi. US4845125A. 1987.
  6. Strelnikov A.I., Shevyrin A.A., Berezin B.D. et al. Chemical aspects of lithotripsy therapy for urolithiasis (experimental study). Vestnik Ivanovskoy Meditsinskoy Akademii. 2009;14(suppl.):73. Russian (Стрельников А.И., Шевырин А.А., Березин Б.Д. и др. Химические аспекты литотлитической терапии уролитиаза (экспериментальное исследование). Вестник Ивановской медицинской академии. 2009;14(прил.):73).
  7. Negri A.L., Spivacow F.R. Kidney stone matrix proteins: Role in stone formation. World journal of nephrology. United States. 2023;12(2):21–28.
  8. Wang X., Zhang J., Ma Z. et al. Association and interactions between mixed exposure to trace elements and the prevalence of kidney stones: a study of NHANES 2017-2018. Frontiers in public health. Switzerland. 2023;11:1251637.
  9. Dargahi A., Rahimpouran S., Rad H.M. et al. Investigation of the link between the type and concentrations of heavy metals and other elements in blood and urinary stones and their association to the environmental factors and dietary pattern. Journal of trace elements in medicine and biology : organ of the Society for Minerals and Trace Elements (GMS). Germany. 2023;80:127270.
  10. Williams M.A. Protein-ligand interactions: fundamentals. Methods in molecular biology (Clifton, N.J.). United States. 2013;1008:3–34.
  11. Dyatlova N.M., Temkina V.Ya., Popov K.I.. Complexes and Complexonates of Metals. Moscow: Chemistry, 1988. 543 p. ISBN 5-7245-0107-4. Russian (Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И.. Комплексоны и комплексонаты металлов. Москва : Химия, 1988. 543 c. ISBN 5-7245-0107-4).
  12. Grigoriev N.A., Semenyakin I.V., Malkhasyan V.A. and others. Urolithiasis Urology. 2016;2 (adj.);37-69. Russian (Григорьев Н.А., Семенякин И.В., Малхасян В.А. и др. Мочекаменная болезнь. Урология. 2016;2 (прил.);37–69).
  13. Fang H., Deng J., Chen Q. et al. Univariable and multivariable mendelian randomization study revealed the modifiable risk factors of urolithiasis. PloS one. United States. 2023;18(8):e0290389.
  14. Hong S.-Y., Qin B.-L. The Protective Role of Dietary Polyphenols in Urolithiasis: Insights into Antioxidant Effects and Mechanisms of Action. Nutrients. Switzerland, 2023;15(17).
  15. Rasyid N., Soedarman S. Genes polymorphism as risk factor of recurrent urolithiasis: a systematic review and meta-analysis. BMC nephrology. England. 2023;24(1):363.
  16. Doizi S., Bensalah K., Lebacle C. et al. [Complications in endourology: Ureteroscopy and percutaneous nephrolithotomy]. Progres en urologie : journal de l’Association francaise d’urologie et de la Societe francaise d’urologie. France. 2022;32(14):966–976.
  17. Abou-Elela A. Epidemiology, pathophysiology, and management of uric acid urolithiasis: A narrative review. Journal of advanced research. Egypt. 2017;8(5):513–527.
  18. Chen S.-J., Dalanbaatar S., Chen H.-Y. et al. Astragalus membranaceus Extract Prevents Calcium Oxalate Crystallization and Extends Lifespan in a Drosophila Urolithiasis Model. Life (Basel, Switzerland). Switzerland, 2022;12(8).
  19. Jiang C., Wang L., Wang Y. et al. Therapeutic effects of Chinese herbal medicines for treatment of urolithiasis: A review. Chinese herbal medicines. Singapore. 2023;15(4):526–532.
  20. Kachkoul R., Touimi G.B., El Mouhri G. et al. Urolithiasis: History, epidemiology, aetiologic factors and management. The Malaysian journal of pathology. Malaysia, 2023;45(3):333–352.
  21. Zhmurov V.A., Kazeko N.I., Lerner G.I. et al. [The indices of cell membrane destabilization in urolithiasis patients]. Urologiia i nefrologiia. Russia (Federation), 1991;3:12–15.
  22. Besiroglu H., Ozbek E. Association between blood lipid profile and urolithiasis: A systematic review and meta-analysis of observational studies. International journal of urology : official journal of the Japanese Urological Association. Australia. 2019;26(1): 7–17.
  23. Kang H.W., Seo S.P., Kim W.T. et al. Hypertriglyceridemia is associated with increased risk for stone recurrence in patients with urolithiasis. Urology. United States. 2014;84(4):766–771.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Photographs and diffractograms of a stone with a crystalline phase of the mineral struvite (type I) and solid decomposition products

Download (159KB)
3. Fig. 2. Photographs and diffractograms of a stone with crystalline phases of uric acid, its phosphate and sodium hydrophosphate (type III) before and after treatment

Download (155KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».