Nanonitrator: nieuwe versterker van de beschermende effecten van anorganisch nitraat, gebaseerd op een zwermleerbenadering

Radiotherapie is momenteel de belangrijkste vorm van behandeling van maligniteiten in het hoofd-halsgebied, zoals het nasofarynxcarcinoom. Binnen het stralingsveld van een tumor lopen speekselklieren vaak aanzienlijke schade op na bestraling, wat resulteert in xerostomie en een reeks orale syndromen, die de kwaliteit van het leven van patiënten ernstig aantasten.

In 1998 ontwikkelde het onderzoeksteam onder leiding van prof. Songlin Wang een model van miniatuurvarkens om klinische speekselklierverwondingen te simuleren die werden veroorzaakt door straling in het hoofd-halsgebied. Het model werd gebruikt in een reeks onderzoeken naar het mechanisme van door straling veroorzaakte speekselklierbeschadigingen en functionele reconstructie van de beschadigde klieren.

Het team ontdekte dat exogene anorganische nitraatsuppletie de morfologie en functie van de speekselklieren aanzienlijk zou kunnen beschermen tegen stralingsschade, wat een nieuwe manier van preventie en behandeling suggereert.

De meeste bestaande experimentele onderzoeken naar anorganische nitraattherapie zijn gebaseerd op orale toediening, inclusief de toevoeging van nitraten aan voedsel en drinkwater. Oraal toegediende nitraten hebben een lage biologische beschikbaarheid, een snel metabolisme en hoge fluctuaties in vivo, waardoor het moeilijk wordt om farmacodynamisch actieve concentraties te bereiken. Om deze problemen op te lossen en klinische toepassingen te vergemakkelijken, heeft het team met succes een voorspellingssysteem voor geneesmiddelencombinaties ontwikkeld op basis van zwermleren.

Met behulp van een deep learning-model werd het systeem getraind op interactiegegevens van geneesmiddelen om een ​​netwerk van geneesmiddelentrajecten te bouwen. Een grafisch convolutioneel neuraal netwerk werd gebruikt om een ​​medicijn-doelnetwerk te construeren om optimale medicijncombinaties te ontdekken. Het systeem werd gebruikt om met succes vitamine C te identificeren als het optimale medicijn voor gelijktijdige toediening met natriumnitraat. Deze bevinding biedt nieuwe ideeën en methoden voor gelijktijdige toediening van geneesmiddelen, met belangrijke klinische implicaties voor de preventie van verschillende ziekten.

Hieruit werd de optimale nitraat-tot-vitamine C-verhouding bepaald met behulp van micro-inkapselingstechnologie voor screening en optimalisatie van de formulering met gecontroleerde afgifte. Daarbij werd een hydrofobe nanodrug genaamd Nanonitrator bereid, met behulp van een kernmateriaaloplossing die natriumnitraat, vitamine C en chitosan 3000 bevatte, terwijl natriumcarboxymethylcellulose (Na-CMC) en pectine werden gebruikt als wandmaterialen.

De kern- en wandmaterialen werden gemengd, gelyofiliseerd en tot een poedervorm geplet. De verschillende pH-waarden van in vitro geteste gastro-intestinale oplossingen bevestigden dat Nanonitrator geschikt is in orale doseringsvormen.

Vanwege hun vermogen om de signaaltransductie van de PI3K-Akt-route aanzienlijk te verbeteren, vertoonde Nanonitrator betere effecten bij het handhaven van intracellulaire homeostase dan alleen natriumnitraat of natriumnitraat gecombineerd in een fysiek mengsel met vitamine C in equivalente orale doses. Nanonitrator verminderde door straling geïnduceerde oxidatieve stress in speekselkliercellen, verminderde het ROS-gehalte, handhaafde cellulaire calciumhomeostase, beschermde mitochondriale morfologie en functie, en verminderde het aantal apoptotische cellen.

Deze resultaten suggereren dat Nanonitrator zou kunnen worden ontwikkeld als een nieuwe therapie met meerdere toepassingen, met het potentieel om een ​​belangrijke rol te spelen bij de preventie en behandeling van gerelateerde chronische ziekten. Bovendien levert deze studie nieuwe ideeën op voor de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen op basis van anorganische zouten.

Het werk wordt gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschapsbulletin.