Agenter til regulering af NO
Den forsinkede sårheling, som i vid udstrækning skyldes lav biotilgængelighed af NO, kunne drage fordel af mulige behandlinger, herunder NO-donorer og NOS-genterapi (Luo og Chen, 2005). For eksempel er dysfunktion af lymfekar et problem hos patienter, der har med diabetes, fedme og høje kolesterolniveauer at gøre, og det skyldes en lav biotilgængelighed af NO (Scallan et al., 2015). Lav tilgængelighed af bioaktivt NO kan være forårsaget af nedsat produktion af NO eller af en stigning i NO-inaktivering af reaktive oxygenarter (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Ligeledes kunne NO-behandlinger hjælpe med sårhelingskomplikationer, der opstår i forbindelse med atopisk dermatitis og perifer vaskulær sygdom (Martinez et al., 2009). En mangel på NO kan være forårsaget af skadet eller ikke korrekt fungerende endothelium. Dette er tilfældet for nogle kardiovaskulære problemer, såsom åreforkalkning, hjertesvigt, hypertension, arterielle trombotiske lidelser, koronar hjertesygdom og slagtilfælde (Carpenter og Schoenfisch, 2012).
Der er flere terapeutiske strategier at overveje, når man forsøger at kontrollere NO-niveauet. Afhængigt af alimentet vil det være gavnligt at øge eller sænke NO-niveauerne. Som diskuteret af Garrya et al. er supplering af eNOS, samtidig med at iNOS hæmmes, en mulig behandlingsvej til at kontrollere frigivelsen af NO på den bedst mulige måde for at beskytte og forebygge hovedskader (Garrya et al., 2015). Der findes flere strategier til at reducere NO, hvis situationen berettiger det, herunder selektive og ikke-selektive NOS-hæmmere. Nogle ikke-selektive inhibitorer virker ved at konkurrere med arginin om enzymets aktive sted, disse omfatter NG-nitro-l-argininin (l-NNA), NG-monomethyl-l-argininin (l-NMMA) og NG-nitro-l-argininin-methylester (l-NAME) (Willmota og Batha, 2003).
Et andet kompliceret tilfælde for modulering af NO er med kræfttumorer. Ved store koncentrationer, i den mikromolære region, bidrager NO til reaktive kvælstofarter. Dette sammen med reaktive oxygenarter skaber ravage inde i cellen, herunder forringelse af cellefunktioner og forårsager DNA-basepardeaminering, som har vist sig at være gavnlig for tumorprogression og overlevelse (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Ligeledes er der fundet forhøjede niveauer af NOS-aktivitet i kræftceller, hvor overekspression af NO har ført til dårlige kliniske resultater (Carpenter og Schoenfisch, 2012). På den anden side fremmer lave koncentrationer, i den picomolære region, angiogenese og er antiapoptotiske, hvilket også hjælper med tumorvækst og næringstilførsel (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Der findes to muligheder, når man ser på NO-baserede terapier mod kræft. Den ene er at øge koncentrationerne af NO på tumorstedet for at igangsætte apoptose, eller nekrose, af kræftceller (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Nogle NO-donorer har vist antitumorfordele, herunder diethylentriamin NONOate (fig. 3.2C), GTN, natriumnitroprussid, furoxanbaserede derivater og NO-frigivende aspirin (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Den anden er at anvende NOS-hæmmere via langvarig systematisk administration ved tumoren, der medfører et fald i tumorvæksten (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Denne proces skal fortsættes, indtil tumoren er udryddet, ellers er der mulighed for bivirkninger i form af hypertension og genvækst af tumoren (Carpenter and Schoenfisch, 2012). Som kræftbehandling har NO den fordel, at det har en nedsat toksicitet over for raske celler ved de koncentrationer, der er giftige for kræftceller (Carpenter og Schoenfisch, 2012).
Figur 3.2. De generelle strukturer af forskellige nitrogenoxiddonorer, herunder (A) S-nitrosothioler, (B) uorganiske nitrosoforbindelser og (C) diazeniumdiolater (NONOater). De specifikke strukturer af (D) nitroglycerin, (E) NCX-4016, et nitroaspirin, og (F) SIN-1, et sydnonimin. (G) Reaktionsskemaet for den syre-katalyserede dissociation af en NONOat til dannelse af to molekyler nitrogenoxid (Packer og Cadenas, 2005).
Når man ønsker at øge NO-produktionen, er der flere begrænsende faktorer, der bidrager til produktionen af NO. Nogle naturlige begrænsende faktorer for NO-effektivitet omfatter tilgængeligheden af NO-syntase, da svaret fra iNOS er forsinket med flere timer efter initiering. Mens de andre faktorer omfatter tilgængeligheden af arginin, som bruges i andre processer og er substratet for NOS, og stabiliteten af NO. Med en kort halveringstid og høj reaktivitet kan NO nedbrydes eller opbruges ved at reagere med superoxidanionen, inden det når sine målsteder.
Anvendelse af NO-inhalation er især nyttig ved hjerteproblemer. Ved at variere koncentrationen og partialtrykkene af NO og ilt har de ønskede behandlingsplaner mulighed for at være meget specifikke og kontrollerede (Bhatraju et al., 2015). En anden mulighed er at opregulere NOS-enzymer, hvilket kan gøres med statiner (Willmota og Batha, 2003). Statiner, der allerede anvendes til vaskulære sygdomme, menes at øge ekspressionen af endothelium NOS (eNOS) via posttranskriptionelle mekanismer (Willmota og Batha, 2003). Til behandling af kredsløbsfunktionsforstyrrelser er inhalation af NO ikke den bedste vej, da NO hurtigt bliver opfanget af hæmoglobin, hvilket gør det vanskeligt at holde niveauerne konstante (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Bedre behandlinger involverer NO-donorer, der giver en udvidet frigivelse af NO for at maksimere og forlænge de terapeutiske niveauer af NO.
Ved håndtering af underernæring eller mangel på arginin og dets rolle som NOS-substrat vil det være gavnligt at øge argininniveauerne gennem kosten eller på et sårsted. Nogle kliniske forsøg viste en stigning i endothelfunktionen hos patienter med hjertesygdomme og højt kolesteroltal ved hjælp af oral eller intravenøs l-arginin (Willmota og Batha, 2003). Mens andre undersøgelser viste fordele ved NO’s trombocythæmmende egenskaber ved hjælp af oral eller intravenøs l-argininin (Willmota og Batha, 2003).
NO spiller en rolle i sårheling, og som sådan kan det ses som et middel til at hjælpe med at optimere processen. Sårhelingskaskaden begynder umiddelbart efter en skade og gennemgår trinene blodkoagulation, inflammation, celleproliferation, læsionskontraktion og remodellering, indtil såret er fuldt helet, hvor NO spiller en rolle gennem nogle sårhelingsprocesser såvel som gennem de daglige processer for vævshomøostase (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Tilførsel af NO på skadestedet fremmer de roller, som NO spiller, herunder hjælp til angiogenese, øget kollagenaflejring og celleproliferation. Med høje niveauer af NO, der afspejler iNOS-aktiviteten, kan NO virke antibakterielt ved et sår og samtidig hjælpe med umiddelbare cellebehov direkte efter en skade. Især med sårforbindinger, som traditionelt har været passive forbindinger beregnet til at beskytte såret mod udefrakommende elementer, er disse forbindinger blevet gjort mere aktive i de senere år og spiller en rolle i sårheling (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Ved hjælp af NO-frigivende polymerer og andre donorer kan en sårforbinding gøre netop dette. F.eks. kan en hydrogel, der frigiver NO, holde et fugtigt miljø, samtidig med at den forbliver permeabel for ilt, og såret får gavn af supplerende NO. Nogle interessante resultater fra en undersøgelse med diabetiske rotter, der simulerede fodsår hos menneskelige diabetikere, viste, at en NO-frigivende hydrogel forbedrede granulations- og arvævstykkelsen i det helede sår, med den eneste ulempe i form af en længere sårnærhedstid (Carpenter og Schoenfisch, 2012).
Med NO’s korte halveringstid og høje reaktivitet er det smarte alternativ at bruge en NO-donor med lav molekylvægt til at give kontrolleret frigivelse af NO i lokale områder. Nogle organiske nitrater anvendes allerede i vid udstrækning til medicinske forslag. For eksempel anvendes isosorbidmononitrat og glyceryltrinitrat til behandling af angina pectoris, analfissurer, hjertesvigt og pulmonal hypertension (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Men med disse behandlinger løber patienterne en risiko for at opbygge en tolerance og mulig hypotension samt hovedpine som en mulig bivirkning (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Nogle problemer med disse donorer med lav molekylvægt kan omfatte, at de ikke frigiver NO eller inaktiveres, før de når deres målsted, at de ikke frigiver NO på en vedvarende måde og mulig toksicitet. For at hjælpe med at afbalancere disse ulemper kan makromolekyler med højere molekylvægt anvendes til at give en længere og mere kontinuerlig levering af NO til målområderne med henblik på et terapeutisk NO-niveau (Carpenter og Schoenfisch, 2012). Dette omfatter lægemiddelbærere som f.eks. miceller, dendrimere, polymerer og nanodragere.