Krotoxin, extraherad från giftet från den sydamerikanska skallerormen Crotalus durissus terrificus, har studerats i nästan ett sekel för sin smärtstillande, antiinflammatorisk och antitumöraktivitet och som en ännu kraftfullare muskelförlamning än botulinumtoxin. Dock, crotoxins toxicitet begränsar dess medicinska användning.

En ny studie, publicerad av brasilianska forskare i tidskriften Toxiner , visar att crotoxins terapeutiska effekter kan förbättras och dess toxicitet minskas när det är inkapslat i nanostrukturerad SBA-15 kiseldioxid, ett material som ursprungligen utvecklats för användning i vaccinformuleringar.

Studien genomfördes under ledning av Brasiliens National Science and Technology Institute (INCT) den Toxiner , ett av INCT:erna som stöds av FAPESP (São Paulo Research Foundation) i São Paulo State i partnerskap med National Council for Scientific and Technological Development (CNPq), en byrå för den brasilianska regeringen. INCT:s huvudutredare är Osvaldo Augusto Sant'Anna.

Studien var en del av doktorandforskningen av Morena Brazil Sant'Anna, vars avhandlingsrådgivare är Gisele Picolo. Picolo själv var huvudutredare för ett projekt om samma ämne. Forskarna Flavia Souza Ribeiro Lopes och Louise Faggionato Kimura deltog i studien, som utfördes på Butantan Institute i São Paulo.

Osvaldo Sant'Anna är huvudutredare för ett tematiskt projekt vid Butantan Institute för att studera mesoporös kiseldioxid som ett vaccinadjuvans i samarbete med Márcia Fantini, professor vid University of São Paulo's Physics Institute (IF-USP). Ett adjuvans är ett medel som används tillsammans med ett vaccinantigen för att öka värdens antigenspecifika immunsvar.

"Människor som reagerar illa på vacciner har vanligtvis makrofager som kataboliserar antigenet mycket snabbt, så det finns inte tid för deras lymfocyter att framkalla ett fullständigt svar när det gäller att producera antikroppar, "Osvaldo Sant'Anna berättade för Agência FAPESP." Forskning har visat att nanostrukturerad kiseldioxid saktar ner makrofagerna. "

Osvaldo Sant'Annas studier visar att möss producerar fler antikroppar mot ett antigen när det administreras med kiseldioxid, som består av mikrostrukturer och kan formas för att inkapsla molekyler av olika former och storlekar.

När kiseldioxid testades med andra toxiner, en ny skyddande effekt upptäcktes. "I tester som utförts på hästar för att producera anti-difteri-serum och med stelkrampstoxin, vi fann att kiseldioxid gör antigener mindre potenta och minskar den negativa effekten av difteritoxin, "Sa Osvaldo Sant'Anna.

Dessa resultat välkomnades av Picolo och Morena Brazil Sant'Anna, kollegor till Osvaldo Sant'Anna vid Butantan Institute. "Jag har studerat krotoxin sedan 2011. Resultaten är positiva när det gäller dess smärtstillande effekt, men dess toxicitet har alltid varit en begränsning. Att använda kiseldioxid var en bra idé. Detta är första gången de två molekylerna har kombinerats, "Sa Picolo.

Neuropatisk smärta

Artikeln publicerad i Toxiner rapporter om en studie avsedd att undersöka effekterna av crotoxin i kombination med SBA-15 kiseldioxid när det används för att behandla neuropatisk smärta, ett kroniskt tillstånd orsakat av skador på sensibiliserade nerver. Att behandla kronisk smärta är en utmaning för läkare eftersom vanliga smärtstillande medel som antiinflammatoriska läkemedel och opioider inte har önskad effekt.

För att utvärdera crotoxins terapeutiska potential i denna miljö, forskarna utförde experiment med möss, framkalla ett tillstånd som liknar neuropatisk smärta genom att skada ischiasnerven.

Det första positiva fyndet resulterade från ett test för att bestämma den maximala dosen crotoxin med och utan kiseldioxid. "Vi observerade att en större mängd toxin i kombination med kiseldioxid kunde administreras utan negativa biverkningar och att dosen därför kunde ökas, "Morena Brazil Sant'Anna sa. Det var möjligt att administrera en 35% större dos crotoxin när den kombinerades med kiseldioxid.

Nästa steg var att testa formuleringen hos djur. De fick komplexet crotoxin/kiseldioxid (CTX:SBA-15) medan de upplevde akut smärta (omedelbart efter en ischias nervskada) eller kronisk smärta (fjorton dagar senare). I båda fallen, komplexet administrerades i en enda dos eller i fem doser (en daglig dos i fem på varandra följande dagar).

Såväl i det akuta som det kroniska stadiet, den smärtstillande effekten varade längre när crotoxin kombinerades med kiseldioxid. I ett av testerna, en enda dos var tillräcklig för att vända hypernociception (ökad känslighet för smärtsamma stimuli) fram till 48 timmar efter att den administrerades.

Åtgärdsmekanismer

Krotoxin är en kraftfull smärtstillande eftersom den verkar på olika smärtvägar. För att avgöra om dess verkningsmekanismer skulle vara desamma i den nya formuleringen, forskarna administrerade antagonister av receptorer som är involverade i smärta strax före crotoxin/kiseldioxidkomplexet. Om komplexet var effektivt även om receptorerna blockerades, detta skulle innebära att dess verkningsmekanism kan skilja sig från den för den konventionella molekylen.

"Vi fann att muskarina och adrenerga receptorer, som verkar på nervsystemet, och formylreceptorer, som är mål för naturliga antiinflammatoriska föreningar, var involverade i verkan av komplexet crotoxin/kiseldioxid. Med andra ord, det skedde ingen förändring av åtgärdsmekanismen, "Morena Brazil Sant'Anna sa.

Teamet observerade förändringar i nivåerna av pro- och antiinflammatoriska cytokiner. "Uttryck av interleukin 6 [IL-6], som är förknippad med inflammation, minskat, medan nivån på IL-10, som styr den inflammatoriska processen, ökade. Vi observerade också en minskning av aktiveringen av astrocyter och mikroglia, centrala nervsystemets celler involverade i inflammatoriska svar, "Sa Picolo.

Eftersom kiseldioxid påverkar immunsvaret, forskarna bestämde sig för att se om försvaret mot toxicitet som det utlöser skulle sluta hindra crotoxins fördelaktiga verkan. Denna möjlighet testades och uteslutes i studien. Mössen producerade höga nivåer av antikroppar, men detta påverkade inte resultatet, enligt Picolo.

"Förmodligen för att krotoxinet var inkapslat och antikropparna som producerades inte kunde nå det, " Hon sa.

Komplexet får ytterligare en fördel av detta skydd:det kan administreras oralt till möss, för första gången, med positiva resultat. Detta var möjligt eftersom strukturen för SBA-15 liknar strukturen hos en honungskaka, skyddar den aktiva ingrediensen mot nedbrytning i magen.

"Det garanterar också kontrollerad frisättning av crotoxinet i organismen, vilket kan förklara den varaktiga smärtstillande effekten, "Sa Picolo.

Nästa steg

Forskarna undersöker nu om kombinationen av crotoxin med SBA-15 kan användas för att behandla multipel skleros. Resultaten av denna forskning har också varit positiva hittills, och en artikel kommer snart att publiceras.

Dock, fler studier kommer att behövas innan kombinationen kan bli medicin. "Krotoxin är en stor molekyl med en komplex struktur som är svår att replikera i laboratoriet, så uppskalad användning är långt borta, "Sa Picolo.

Någon form av syntes skulle vara den perfekta lösningen. Försök pågår för närvarande med renat gift extraherat direkt från skallerormen.