Agents for Regulating NO
Viivästynyt haavan paraneminen, joka johtuu suurelta osin NO:n alhaisesta biologisesta saatavuudesta, voisi hyötyä mahdollisista hoitomuodoista, mukaan lukien NO-luovuttajat ja NOS-geeniterapia (Luo ja Chen, 2005). Esimerkiksi imusuonten toimintahäiriöt ovat ongelma diabetesta, liikalihavuutta ja korkeita kolesterolitasoja sairastavilla potilailla, ja ne johtuvat NO:n alhaisesta biologisesta hyötyosuudesta (Scallan ym., 2015). Bioaktiivisen NO:n alhainen saatavuus voi johtua NO:n heikentyneestä tuotannosta tai reaktiivisten happilajien aiheuttaman NO:n inaktivoinnin lisääntymisestä (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Myös NO-hoidot voisivat auttaa haavan paranemisen komplikaatioissa, joita esiintyy atooppisen ihottuman ja perifeerisen verisuonitaudin yhteydessä (Martinez ym., 2009). NO:n puute voi johtua vahingoittuneesta tai huonosti toimivasta endoteelistä. Tämä pätee joihinkin sydän- ja verisuonitauteihin, kuten ateroskleroosiin, sydämen vajaatoimintaan, verenpainetautiin, valtimoiden tromboottisiin häiriöihin, sepelvaltimotautiin ja aivohalvaukseen (Carpenter ja Schoenfisch, 2012).
On olemassa useita terapeuttisia strategioita, jotka on otettava huomioon, kun yritetään kontrolloida NO-tasoja. Alimentista riippuen NO-tasojen lisääminen tai vähentäminen olisi hyödyllistä. Kuten Garrya ym. ovat käsitelleet, eNOS:n täydentäminen samalla kun iNOS:ää estetään, on mahdollinen hoitopolku NO:n vapautumisen hallitsemiseksi parhaalla mahdollisella tavalla päävammojen suojaamiseksi ja ehkäisemiseksi (Garrya ym., 2015). On olemassa useita strategioita NO:n vähentämiseksi, jos tilanne sitä vaatii, mukaan lukien selektiiviset ja ei-selektiiviset NOS:n estäjät. Jotkut ei-selektiiviset estäjät toimivat kilpailemalla arginiinin kanssa entsyymin aktiivisesta kohdasta, näitä ovat NG-nitro-l-arginiini (l-NNA), NG-monometyyli-l-arginiini (l-NMMA) ja NG-nitro-l-arginiinimetyyliesteri (l-NAME) (Willmota ja Batha, 2003).
Toinen monitahoinen tapaus NO:n muokkaamiseksi on syöpäkasvainten kanssa. Suurilla pitoisuuksilla, mikromolaarisella alueella, NO edistää reaktiivisia typpilajeja. Tämä yhdessä reaktiivisten happilajien kanssa aiheuttaa tuhoa solun sisällä, muun muassa heikentäen solutoimintoja ja aiheuttaen DNA:n emäsparien deaminointia, jonka on osoitettu olevan hyödyllistä kasvaimen etenemiselle ja eloonjäämiselle (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). NOS-aktiivisuuden kohonneita tasoja on havaittu myös syöpäsoluissa, joissa NO:n yliekspressio on johtanut huonoihin kliinisiin tuloksiin (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Toisaalta alhaiset pitoisuudet, pikomolaarisella alueella, edistävät angiogeneesiä ja ovat antiapoptoottisia, mikä auttaa myös kasvaimen kasvua ja ravinteiden toimittamista (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). NO-pohjaisia syöpähoitoja tarkasteltaessa on kaksi vaihtoehtoa. Yksi niistä on lisätä NO-pitoisuuksia kasvainkohdassa syöpäsolujen apoptoosin eli nekroosin käynnistämiseksi (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Joillakin NO:n luovuttajilla, kuten dietyleenitriamiini-NONOaatilla (kuva 3.2C), GTN:llä, natriumnitroprussidilla, furoksianiin perustuvilla johdannaisilla ja NO:ta vapauttavalla aspiriinilla, on havaittu olevan kasvaimen vastaisia hyötyjä (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Toinen on käyttää NOS:n estäjiä pitkäaikaisen systemaattisen annostelun kautta kasvaimeen, joka aiheuttaa kasvaimen kasvun vähenemisen (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Tätä prosessia on jatkettava, kunnes kasvain on hävitetty, jos näin ei tapahdu, sivuvaikutuksina voivat olla verenpainetauti ja kasvaimen uudelleen kasvaminen (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Syöpähoitona NO:n etuna on vähentynyt myrkyllisyys terveisiin soluihin nähden syöpäsoluille myrkyllisillä pitoisuuksilla (Carpenter ja Schoenfisch, 2012) (Carpenter ja Schoenfisch, 2012).
Kuvio 3.2. Syöpäkasvain. Erilaisten typpioksidin luovuttajien, mukaan lukien (A) S-nitrosotiolit, (B) epäorgaaniset nitrosoyhdisteet ja (C) diatseenidiolaatit (NONOaatit), yleiset rakenteet. Nitroaspiriinin (D), nitroglyseriinin (E), nitroaspiriinin NCX-4016:n ja sydnonimiinin SIN-1:n (F) erityisrakenteet. (G) Reaktiokaavio NONOaatin hapon katalysoimasta dissosioitumisesta kahdeksi typpioksidimolekyyliksi (Packer ja Cadenas, 2005).
Kun halutaan lisätä NO:n tuotantoa, on olemassa useita rajoittavia tekijöitä, jotka vaikuttavat NO:n tuotantoon. Joitakin luonnollisia NO:n tehoa rajoittavia tekijöitä ovat NO-syntaasin saatavuus, sillä iNOS:n vaste viivästyy useita tunteja aloituksen jälkeen. Kun taas muita tekijöitä ovat arginiinin saatavuus, jota käytetään muissa prosesseissa ja joka on NOS:n substraatti, ja NO:n stabiilisuus. Koska NO:lla on lyhyt puoliintumisaika ja korkea reaktiivisuus, se voi hajota tai kulua loppuun reagoimalla superoksidi-anionin kanssa ennen kuin se pääsee kohdekohteisiinsa.
NO:n käyttäminen inhalaationa on erityisen hyödyllistä sydänongelmissa. Vaihtelemalla NO:n ja hapen pitoisuuksia ja osapaineita halutut hoitosuunnitelmat on mahdollista tehdä hyvin spesifisesti ja hallitusti (Bhatraju et al., 2015). Toinen vaihtoehto on NOS-entsyymien ylössäätely, mikä voidaan tehdä statiinien avulla (Willmota ja Batha, 2003). Verisuonisairauksissa jo käytettyjen statiinien uskotaan lisäävän endoteelin NOS:n (eNOS) ilmentymistä posttranskriptiomekanismeilla (Willmota ja Batha, 2003). Verenkiertohäiriöiden hoidossa NO:n inhalaatio ei ole paras reitti, koska hemoglobiini haalistaa NO:n nopeasti, mikä vaikeuttaa pitoisuuksien pitämistä vakiona (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Parempiin hoitomuotoihin kuuluvat NO-donorit, jotka tarjoavat pidennetyn NO:n vapautumisen NO:n terapeuttisten tasojen maksimoimiseksi ja pidentämiseksi.
Kun kyseessä on aliravitsemus tai arginiinin puute ja sen rooli NOS-substraattina, arginiinipitoisuuksien kasvattaminen ruokavalion kautta tai haavan kohdalla olisi hyödyllistä. Joissakin kliinisissä tutkimuksissa osoitettiin endoteelin toiminnan paranemista sydänsairauksista ja korkeasta kolesterolista kärsivillä potilailla suun kautta tai suonensisäisesti annetun l-arginiinin avulla (Willmota ja Batha, 2003). Toiset tutkimukset taas osoittivat hyötyjä NO:n verihiutaleiden muodostumista estävistä ominaisuuksista suun kautta tai suonensisäisesti annettavan l-arginiinin avulla (Willmota ja Batha, 2003).
NO:lla on merkitystä haavojen paranemisessa, ja sellaisenaan sitä voidaan tarkastella keinona auttaa prosessin optimoinnissa. Haavan paranemiskaskadi alkaa välittömästi vamman jälkeen ja käy läpi veren hyytymisen, tulehduksen, solujen lisääntymisen, vaurion supistumisen ja uudelleenmuotoilun vaiheet, kunnes haava on täysin parantunut, ja NO:lla on rooli joidenkin haavanparannusprosessien sekä kudosten homeostaasin jokapäiväisten prosessien kautta (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). NO:n tarjoaminen vammakohdassa auttaa NO:n rooleja, mukaan lukien angiogeneesin tukeminen, kollageenin kerrostumisen lisääminen ja solujen proliferaatio. Korkeilla NO-pitoisuuksilla, jotka heijastavat iNOS-aktiivisuutta, NO voi olla antibakteerinen haavassa ja auttaa solujen välittömiä tarpeita välittömästi vamman jälkeen. Erityisesti haavasidokset, jotka ovat perinteisesti olleet passiivisia sidoksia, jotka on tarkoitettu suojaamaan haavaa ulkoisilta tekijöiltä, ovat viime vuosina muuttuneet aktiivisemmiksi, ja niillä on merkitystä haavan paranemisessa (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Käyttämällä NO:ta vapauttavia polymeerejä ja muita luovuttajia haavasidos voi tehdä juuri niin. Esimerkiksi hydrogeeli, joka vapauttaa NO:ta, voi pitää kostean ympäristön säilyttäen samalla hapen läpäisevyyden, ja haava saa hyötyä täydentävästä NO:sta. Joitakin mielenkiintoisia tuloksia tutkimuksesta, jossa käytettiin diabeettisia rottia, jotka simuloivat ihmisten diabeetikoiden jalkahaavoja, havaittiin, että NO:ta vapauttava hydrogeeli paransi parantuneen haavan granulaatio- ja arpikudospaksuutta, ainoana haittapuolena oli pidempi haavan sulkeutumisaika (Carpenter ja Schoenfisch, 2012).
No:n lyhyen puoliintumisajan ja korkean reaktiivisuuden vuoksi nokkela vaihtoehto on käyttää alhaisen molekyylipainon omaavaa NO:n luovuttajaa NO:n kontrolloidun vapauttamisen aikaansaamiseksi paikallisesti rajatuille alueille. Joitakin orgaanisia nitraatteja käytetään jo laajalti lääketieteellisiin ehdotuksiin. Esimerkiksi isosorbidimononitraattia ja glyseryylitrinitraattia käytetään angina pectoriksen, peräaukon halkeamien, sydämen vajaatoiminnan ja keuhkoverenpainetaudin hoitoon (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Näissä hoidoissa potilailla on kuitenkin vaarana toleranssin muodostuminen ja mahdollinen hypotensio sekä mahdollisena sivuvaikutuksena päänsärky (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Joitakin näihin pienimolekyylipainoisiin luovuttajiin liittyviä ongelmia voivat olla esimerkiksi se, että ne eivät vapauta NO:ta tai inaktivoituvat ennen kuin ne pääsevät kohdekohtaan, että ne eivät vapauta NO:ta kestävällä tavalla ja että ne voivat olla toksisia. Näiden haittojen tasapainottamiseksi voidaan käyttää korkeamman molekyylipainon makromolekyylejä, jotka mahdollistavat NO:n pidemmän ja jatkuvamman toimituksen kohdekohtiin terapeuttisen NO-tason saavuttamiseksi (Carpenter ja Schoenfisch, 2012). Tähän kuuluvat lääkekantajat, kuten mikkelit, dendriimerit, polymeerit ja nanokantajat.