Agents for Regulating NO
La guarigione ritardata delle ferite, in gran parte attribuita a una bassa biodisponibilità di NO, potrebbe beneficiare di possibili trattamenti tra cui donatori di NO e terapia genica NOS (Luo e Chen, 2005). Per esempio, la disfunzione dei vasi linfatici è un problema dei pazienti che hanno a che fare con diabete, obesità e alti livelli di colesterolo ed è causata da una bassa biodisponibilità di NO (Scallan et al., 2015). La bassa disponibilità di NO bioattivo potrebbe essere causata da un’alterata produzione di NO o da un aumento dell’inattivazione di NO da parte delle specie reattive dell’ossigeno (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Inoltre, le terapie con NO potrebbero aiutare con le complicazioni della guarigione delle ferite che sorgono con la dermatite atopica e le malattie vascolari periferiche (Martinez et al., 2009). Una carenza di NO può essere causata da un endotelio danneggiato o non correttamente funzionante. Questo è il caso di alcuni problemi cardiovascolari, come l’aterosclerosi, l’insufficienza cardiaca, l’ipertensione, i disturbi trombotici arteriosi, la malattia coronarica e l’ictus (Carpenter e Schoenfisch, 2012).
Ci sono diverse strategie terapeutiche da considerare quando si cerca di controllare i livelli di NO. A seconda dell’alimentazione, aumentare o diminuire i livelli di NO potrebbe essere vantaggioso. Come discusso da Garrya et al., integrare l’eNOS mentre si inibisce l’iNOS è un possibile percorso di trattamento per controllare il rilascio di NO nel miglior modo possibile per proteggere e prevenire le lesioni alla testa (Garrya et al., 2015). Ci sono diverse strategie per diminuire NO, se la situazione lo giustifica, compresi gli inibitori selettivi e non selettivi di NOS. Alcuni inibitori non selettivi funzionano competendo con l’arginina per il sito attivo dell’enzima, questi includono NG-nitro-l-arginina (l-NNA), NG-monomethyl-l-arginina (l-NMMA), e NG-nitro-l-arginina metil estere (l-NAME) (Willmota e Batha, 2003).
Un altro caso complesso per modulare NO è con i tumori. Con grandi concentrazioni, nella regione micromolare, NO contribuisce alle specie reattive dell’azoto. Questo, insieme alle specie reattive dell’ossigeno, crea scompiglio all’interno della cellula, tra cui la compromissione delle funzioni cellulari e la deaminazione delle coppie di basi del DNA, che ha dimostrato di essere utile alla progressione e alla sopravvivenza del tumore (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Inoltre, livelli elevati di attività di NOS sono stati trovati in cellule tumorali dove la sovraespressione di NO ha portato a scarsi risultati clinici (Carpenter e Schoenfisch, 2012). D’altra parte, basse concentrazioni, nella regione picomolare, promuovono l’angiogenesi e sono antiapoptotiche, che aiutano anche la crescita del tumore e la fornitura di nutrienti (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Esistono due opzioni quando si guarda alle terapie basate sull’NO per il cancro. Una di queste è quella di aumentare le concentrazioni di NO nel sito del tumore per avviare l’apoptosi, o necrosi, delle cellule tumorali (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Alcuni donatori di NO hanno mostrato benefici antitumorali, tra cui la dietilenetriamina NONOate (Fig. 3.2C), GTN, nitroprussiato di sodio, derivati a base di furoxan e aspirina che rilascia NO (Carpenter e Schoenfisch, 2012). L’altro è quello di utilizzare gli inibitori NOS attraverso la somministrazione sistematica a lungo termine al tumore che provoca una diminuzione della crescita tumorale (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Questo processo deve essere continuato fino a quando il tumore è sradicato, se no, gli effetti collaterali di ipertensione e la ricrescita del tumore sono le possibilità (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Come trattamento del cancro, NO ha il vantaggio di una minore tossicità verso le cellule sane alle concentrazioni tossiche per le cellule tumorali (Carpenter e Schoenfisch, 2012).
Figura 3.2. Le strutture generali di vari donatori di ossido nitrico, tra cui (A) S-nitrosothiols, (B) composti nitroso inorganici, e (C) diazeniumdiolates (NONOates). Le strutture specifiche di (D) nitroglicerina, (E) NCX-4016, una nitroaspirina, e (F) SIN-1, una sydnonimina. (G) Lo schema di reazione della dissociazione catalizzata dall’acido di un NONOato per formare due molecole di ossido nitrico (Packer e Cadenas, 2005).
Quando si cerca di aumentare la produzione di NO, ci sono diversi fattori limitanti che contribuiscono alla produzione di NO. Alcuni fattori limitanti naturali per l’efficacia di NO includono la disponibilità di NO sintasi, poiché la risposta di iNOS è ritardata di diverse ore dopo l’inizio. Mentre gli altri fattori includono la disponibilità di arginina, che è usata in altri processi ed è il substrato della NOS, e la stabilità di NO. Con una breve emivita e un’alta reattività, NO può degradarsi o essere consumato reagendo con l’anione superossido prima di raggiungere i suoi siti bersaglio.
L’uso dell’inalazione di NO è particolarmente utile per i problemi cardiaci. Variando la concentrazione e le pressioni parziali di NO e ossigeno, i piani di trattamento desiderati hanno la possibilità di essere altamente specifici e controllati (Bhatraju et al., 2015). Un’altra opzione è quella di upregolare gli enzimi NOS, che può essere fatto con le statine (Willmota e Batha, 2003). Già utilizzate nelle malattie vascolari, si ritiene che le statine aumentino l’espressione della NOS dell’endotelio (eNOS) attraverso meccanismi post-trascrizionali (Willmota e Batha, 2003). Per il trattamento delle disfunzioni circolatorie, l’inalazione di NO non è la via migliore in quanto NO viene rapidamente scavenged dall’emoglobina, rendendo difficile mantenere i livelli costanti (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Terapie migliori coinvolgono i donatori di NO che forniscono un rilascio prolungato di NO per massimizzare e prolungare i livelli terapeutici di NO.
Quando si tratta di malnutrizione o mancanza di arginina e il suo ruolo come substrato NOS, aumentare i livelli di arginina attraverso la dieta o in un sito di una ferita sarebbe vantaggioso. Alcuni studi clinici hanno mostrato un aumento della funzione endoteliale in pazienti con malattie cardiache e colesterolo alto, con l’aiuto della l-arginina orale o endovenosa (Willmota e Batha, 2003). Mentre altri studi hanno mostrato i benefici delle proprietà antipiastriniche di NO tramite l’l-arginina orale o endovenosa (Willmota e Batha, 2003).
NO gioca un ruolo nella guarigione delle ferite e come tale, può essere considerato come un mezzo per aiutare l’ottimizzazione del processo. La cascata di guarigione delle ferite inizia subito dopo la lesione e passa attraverso le fasi di coagulazione del sangue, infiammazione, proliferazione cellulare, contrazione della lesione e rimodellamento fino alla completa guarigione della ferita, con NO che gioca un ruolo in alcuni processi di guarigione delle ferite e nei processi quotidiani di omeostasi dei tessuti (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Fornire NO al sito della ferita aiuta i ruoli che NO svolge, tra cui aiutare l’angiogenesi, aumentare la deposizione di collagene e la proliferazione cellulare. Con alti livelli di NO, che rispecchiano l’attività di iNOS, NO può essere antibatterico in una ferita, aiutando allo stesso tempo i bisogni immediati delle cellule subito dopo la ferita. In particolare con le medicazioni delle ferite, che sono state tradizionalmente una medicazione passiva destinata a proteggere la ferita da elementi esterni, queste medicazioni sono state rese più attive negli ultimi anni, giocando un ruolo nella guarigione delle ferite (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Utilizzando polimeri a rilascio di NO e altri donatori, una medicazione per ferite può fare proprio questo. Per esempio, un idrogel che rilascia NO può mantenere un ambiente umido pur rimanendo permeabile all’ossigeno, e la ferita riceve il beneficio dell’NO supplementare. Alcuni risultati interessanti di uno studio condotto su ratti diabetici, simulando le ulcere del piede dei diabetici umani, hanno scoperto che un idrogel che rilascia NO ha migliorato la granulazione e lo spessore del tessuto cicatriziale della ferita guarita, con l’unico svantaggio di un tempo più lungo di chiusura della ferita (Carpenter e Schoenfisch, 2012).
Con la breve emivita e l’alta reattività di NO, l’alternativa intelligente è quella di utilizzare un donatore di NO a basso peso molecolare per fornire un rilascio controllato di NO in aree localizzate. Alcuni nitrati organici sono già ampiamente utilizzati per proposte mediche. Per esempio, l’isosorbide mononitrato e il gliceril trinitrato sono usati per trattare l’angina, le ragadi anali, l’insufficienza cardiaca e l’ipertensione polmonare (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Tuttavia con questi trattamenti, i pazienti corrono il rischio di costruire una tolleranza e una possibile ipotensione, così come un mal di testa come possibile effetto collaterale (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Alcuni problemi con questi donatori a basso peso molecolare possono includere il mancato rilascio di NO, o l’inattivazione, prima che raggiungano il loro sito bersaglio, il mancato rilascio di NO in modo sostenuto, e la possibile tossicità. Per aiutare a bilanciare questi contro, possono essere utilizzate macromolecole a più alto peso molecolare per fornire una consegna più lunga e continua di NO ai siti bersaglio, per un livello terapeutico di NO (Carpenter e Schoenfisch, 2012). Questo include vettori di farmaci come micelle, dendrimeri, polimeri e nanocarrier.