Agenti pro regulaci NO
Zpožděné hojení ran, které je z velké části způsobeno nízkou biologickou dostupností NO, by mohlo mít prospěch z možných léčebných postupů včetně donorů NO a genové terapie NOS (Luo a Chen, 2005). Například dysfunkce lymfatických cév je problémem u pacientů, kteří se potýkají s cukrovkou, obezitou a vysokou hladinou cholesterolu, a je způsobena nízkou biologickou dostupností NO (Scallan et al., 2015). Nízká dostupnost bioaktivního NO může být způsobena zhoršenou produkcí NO nebo zvýšenou inaktivací NO reaktivními druhy kyslíku (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Stejně tak by terapie NO mohla pomoci při komplikacích hojení ran, které vznikají při atopické dermatitidě a onemocnění periferních cév (Martinez et al., 2009). Nedostatek NO může být způsoben poškozeným nebo nesprávně fungujícím endotelem. To je případ některých kardiovaskulárních problémů, jako je ateroskleróza, srdeční selhání, hypertenze, arteriální trombotické poruchy, ischemická choroba srdeční a cévní mozková příhoda (Carpenter a Schoenfisch, 2012).
Při snaze o kontrolu hladiny NO je třeba zvážit několik terapeutických strategií. V závislosti na alimentaci by bylo prospěšné zvýšit nebo snížit hladinu NO. Jak uvádí Garrya a kol. doplnění eNOS při současném potlačení iNOS je možnou léčebnou cestou, jak co nejlépe kontrolovat uvolňování NO za účelem ochrany a prevence poranění hlavy (Garrya a kol., 2015). Existuje několik strategií, jak snížit množství NO, pokud to situace vyžaduje, včetně selektivních a neselektivních inhibitorů NOS. Některé neselektivní inhibitory fungují tak, že soutěží s argininem o aktivní místo enzymu, patří mezi ně NG-nitro-l-arginin (l-NNA), NG-monomethyl-l-arginin (l-NMMA) a NG-nitro-l-arginin methylester (l-NAME) (Willmota a Batha, 2003).
Dalším složitým případem modulace NO jsou nádorové nádory. Při velkých koncentracích, v mikromolární oblasti, přispívá NO k reaktivním formám dusíku. Ten spolu s reaktivními formami kyslíku působí uvnitř buňky spoušť, včetně poškození buněčných funkcí a způsobuje deaminaci párů bází DNA, což se ukázalo jako prospěšné pro progresi a přežití nádoru (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Zvýšené hladiny aktivity NOS byly zjištěny i v nádorových buňkách, kde nadměrná exprese NO vedla ke špatným klinickým výsledkům (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Na druhou stranu nízké koncentrace v pikomolární oblasti podporují angiogenezi a jsou antiapoptotické, což také napomáhá růstu nádoru a přísunu živin (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Při zkoumání léčby rakoviny na bázi NO existují dvě možnosti. Jednou z nich je zvýšení koncentrace NO v místě nádoru s cílem iniciovat apoptózu nebo nekrózu nádorových buněk (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Některé donory NO prokázaly protinádorové účinky, včetně diethylenetriaminonátu (obr. 3.2C), GTN, nitroprusidu sodného, derivátů na bázi furoxanu a aspirinu uvolňujícího NO (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Druhou možností je použití inhibitorů NOS prostřednictvím dlouhodobého systematického podávání u nádoru, které způsobuje snížení růstu nádoru (Carpenter a Schoenfisch, 2012). V tomto procesu je třeba pokračovat až do vymizení nádoru, v opačném případě hrozí vedlejší účinky v podobě hypertenze a opětovného růstu nádoru (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Jako léčba rakoviny má NO výhodu ve snížené toxicitě vůči zdravým buňkám při koncentracích toxických pro nádorové buňky (Carpenter a Schoenfisch, 2012).
Obrázek 3.2. Vlivem NO se snižuje toxicita vůči zdravým buňkám. Obecné struktury různých donorů oxidu dusnatého, včetně (A) S-nitrosothiolů, (B) anorganických nitrososloučenin a (C) diazeniumdiolátů (NONOátů). Specifické struktury (D) nitroglycerinu, (E) NCX-4016, nitroaspirinu, a (F) SIN-1, sydnoniminu. (G) Reakční schéma kyselinou katalyzované disociace NONOátu za vzniku dvou molekul oxidu dusnatého (Packer a Cadenas, 2005).
Při snaze zvýšit produkci NO existuje několik limitujících faktorů, které přispívají k produkci NO. Mezi přirozené limitující faktory účinnosti NO patří dostupnost syntézy NO, protože reakce iNOS je zpožděna o několik hodin po spuštění. Zatímco mezi další faktory patří dostupnost argininu, který se využívá v jiných procesech a je substrátem NOS, a stabilita NO. Díky krátkému poločasu rozpadu a vysoké reaktivitě může NO degradovat nebo být spotřebován reakcí se superoxidovým aniontem dříve, než dosáhne svých cílových míst.
Použití inhalace NO je užitečné zejména při srdečních problémech. Měněním koncentrace a parciálních tlaků NO a kyslíku mají požadované léčebné plány možnost být vysoce specifické a kontrolované (Bhatraju et al., 2015). Další možností je upregulace enzymů NOS, což lze provést pomocí statinů (Willmota a Batha, 2003). Předpokládá se, že statiny, které se již používají u cévních onemocnění, zvyšují expresi endoteliální NOS (eNOS) posttranskripčními mechanismy (Willmota a Batha, 2003). Pro léčbu oběhových dysfunkcí není inhalace NO nejvhodnější cestou, protože NO je rychle odbouráván hemoglobinem, což ztěžuje udržení konstantní hladiny (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Lepší terapie zahrnují donory NO, které poskytují prodloužené uvolňování NO, aby se maximalizovaly a prodloužily terapeutické hladiny NO.
Při řešení podvýživy nebo nedostatku argininu a jeho role jako substrátu NOS by bylo prospěšné zvýšit hladinu argininu prostřednictvím stravy nebo v místě poranění. Některé klinické studie prokázaly zvýšení endoteliální funkce u pacientů se srdečním onemocněním a vysokou hladinou cholesterolu pomocí perorálního nebo intravenózního l-argininu (Willmota a Batha, 2003). Zatímco jiné studie ukázaly přínos protidestičkových vlastností NO prostřednictvím perorálního nebo intravenózního l-argininu (Willmota a Batha, 2003).
NO hraje roli při hojení ran, a proto na něj lze pohlížet jako na prostředek napomáhající optimalizaci tohoto procesu. Kaskáda hojení ran začíná bezprostředně po poranění a prochází kroky krevní koagulace, zánětu, buněčné proliferace, kontrakce léze a remodelace až do úplného zhojení rány, přičemž NO hraje roli prostřednictvím některých procesů hojení ran i v průběhu každodenních procesů homeostázy tkání (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Poskytování NO v místě poranění napomáhá rolím, které NO hraje, včetně napomáhání angiogenezi, zvyšování ukládání kolagenu a proliferace buněk. Díky vysokým hladinám NO, které odrážejí aktivitu iNOS, může NO působit antibakteriálně v místě poranění a zároveň pomáhat s okamžitými potřebami buněk bezprostředně po poranění. Zejména u obvazů na rány, které byly tradičně pasivními obvazy určenými k ochraně rány před vnějšími vlivy, se v posledních letech tyto obvazy stávají aktivnějšími a hrají roli při hojení ran (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Pomocí polymerů uvolňujících NO a dalších donorů může obvaz na ránu právě toto dělat. Například hydrogel, který uvolňuje NO, může udržovat vlhké prostředí a zároveň zůstává propustný pro kyslík a rána získává výhodu doplňkového NO. Některé zajímavé výsledky studie na diabetických potkanech, simulující bércové vředy, kterými trpí lidští diabetici, ukázaly, že hydrogel uvolňující NO zlepšil tloušťku granulační a jizevnaté tkáně zhojené rány, přičemž jedinou nevýhodou byla delší doba přiblížení rány (Carpenter a Schoenfisch, 2012).
Při krátkém poločasu rozpadu a vysoké reaktivitě NO je chytrou alternativou použití nízkomolekulárního donoru NO, který zajistí řízené uvolňování NO v lokalizovaných oblastech. Některé organické dusičnany se již široce používají pro lékařské návrhy. Například isosorbid mononitrát a glyceryl trinitrát se používají k léčbě anginy pectoris, análních trhlin, srdečního selhání a plicní hypertenze (Carpenter a Schoenfisch, 2012). U těchto léčebných postupů však u pacientů hrozí riziko vzniku tolerance a možné hypotenze a také bolest hlavy jako možný vedlejší účinek (Carpenter a Schoenfisch, 2012). Některé problémy s těmito nízkomolekulárními dárci mohou zahrnovat neuvolňování NO nebo jeho inaktivaci před dosažením cílového místa, nepřetržité uvolňování NO a možnou toxicitu. K vyvážení těchto nevýhod lze použít makromolekuly s vyšší molekulovou hmotností, které zajistí delší a trvalejší dodávku NO do cílových míst, pro terapeutickou hladinu NO (Carpenter a Schoenfisch, 2012). To zahrnuje nosiče léčiv, jako jsou micely, dendrimery, polymery a nano-nosiče
.