Nanonitratore: nuovo potenziatore degli effetti protettivi del nitrato inorganico, basato su un approccio di apprendimento a sciame

Jul 07, 2023

12 maggio 2023

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da Science China Press

La radioterapia è attualmente la principale forma di trattamento per le neoplasie della testa e del collo come il carcinoma nasofaringeo. All'interno del campo di radiazione di un tumore, le ghiandole salivari spesso subiscono danni sostanziali a seguito dell'irradiazione, con conseguente xerostomia e una serie di sindromi orali, che incidono gravemente sulla qualità della vita dei pazienti.

Nel 1998, il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Songlin Wang ha creato un modello di maialini in miniatura per simulare lesioni cliniche delle ghiandole salivari indotte dalle radiazioni nella regione della testa e del collo. Il modello è stato impiegato in una serie di studi sul meccanismo delle lesioni delle ghiandole salivari indotte dalle radiazioni e sulla ricostruzione funzionale delle ghiandole danneggiate.

Il team ha scoperto che l’integrazione di nitrati inorganici esogeni potrebbe proteggere in modo significativo la morfologia e la funzione delle ghiandole salivari dai danni da radiazioni, suggerendo una nuova modalità di prevenzione e trattamento.

La maggior parte degli studi sperimentali esistenti sulla terapia con nitrati inorganici si basano sulla somministrazione orale, inclusa l'aggiunta di nitrati al cibo e all'acqua potabile. I nitrati somministrati per via orale hanno una bassa biodisponibilità, un metabolismo rapido e un’elevata fluttuazione in vivo, rendendo difficile il raggiungimento di concentrazioni farmacodinamicamente attive. Per risolvere questi problemi e facilitare le applicazioni cliniche, il team ha sviluppato con successo un sistema di previsione delle combinazioni di farmaci basato sull'apprendimento dello sciame.

Utilizzando un modello di deep learning, il sistema è stato addestrato sui dati di interazione del percorso della droga per costruire una rete del percorso della droga. Una rete neurale convoluzionale a grafo è stata utilizzata per costruire una rete farmaco-bersaglio per scoprire combinazioni di farmaci ottimali. Il sistema è stato utilizzato per identificare con successo la vitamina C come farmaco ottimale per la co-somministrazione con nitrato di sodio. Questa scoperta fornisce nuove idee e metodi per la co-somministrazione di farmaci, con importanti implicazioni cliniche per la prevenzione di varie malattie.

Da ciò, è stato determinato il rapporto ottimale nitrato/vitamina C utilizzando la tecnologia di microincapsulazione per lo screening e l'ottimizzazione della formulazione a rilascio controllato. In tal modo è stato preparato un nanofarmaco idrofobo denominato Nanonitrator, utilizzando una soluzione di materiale centrale contenente nitrato di sodio, vitamina C e chitosano 3000, mentre carbossimetilcellulosa di sodio (Na-CMC) e pectina sono state utilizzate come materiali di parete.

I materiali del nucleo e delle pareti sono stati miscelati, liofilizzati e frantumati sotto forma di polvere. I vari valori di pH delle soluzioni gastrointestinali testati in vitro hanno confermato che Nanonitrator è adatto nelle forme di dosaggio orale.

Grazie alla loro capacità di migliorare significativamente la trasduzione del segnale della via PI3K-Akt, Nanonitrator ha mostrato effetti migliori nel mantenimento dell’omeostasi intracellulare rispetto al nitrato di sodio da solo o al nitrato di sodio combinato in una miscela fisica con vitamina C a dosi orali equivalenti. Il nanonitratore ha ridotto lo stress ossidativo indotto dalle radiazioni nelle cellule delle ghiandole salivari, ha ridotto il contenuto di ROS, ha mantenuto l’omeostasi del calcio cellulare, ha protetto la morfologia e la funzione mitocondriale e ha ridotto il numero di cellule apoptotiche.

Questi risultati suggeriscono che Nanonitrator potrebbe essere sviluppato come una nuova terapia dalle molteplici applicazioni, con il potenziale di svolgere un ruolo importante nella prevenzione e nel trattamento delle malattie croniche correlate. Inoltre, questo studio fornisce nuove idee per lo sviluppo di nuovi farmaci basati su sali inorganici.