Nanonitrator: novedoso potenciador de los efectos protectores del nitrato inorgánico, basado en un enfoque de aprendizaje en enjambre

Jul 07, 2023

12 de mayo de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han destacado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

comprobado

fuente confiable

corregir

por Science China Press

La radioterapia es actualmente la principal forma de tratamiento para las neoplasias malignas de cabeza y cuello, como el carcinoma nasofaríngeo. Dentro del campo de radiación de un tumor, las glándulas salivales frecuentemente sufren un daño sustancial luego de la irradiación, lo que resulta en xerostomía y una serie de síndromes orales, que impactan seriamente en la calidad de vida de los pacientes.

En 1998, el equipo de investigación dirigido por el profesor Songlin Wang estableció un modelo de cerdos en miniatura para simular lesiones clínicas de las glándulas salivales inducidas por la radiación en la región de la cabeza y el cuello. El modelo se empleó en una serie de estudios sobre el mecanismo de las lesiones de las glándulas salivales inducidas por la radiación, así como en la reconstrucción funcional de las glándulas dañadas.

El equipo descubrió que la suplementación con nitrato inorgánico exógeno podría proteger significativamente la morfología y la función de las glándulas salivales de las lesiones por radiación, lo que sugiere un nuevo modo de prevención y tratamiento.

La mayoría de los estudios experimentales existentes sobre la terapia con nitratos inorgánicos se basan en la administración oral, incluida la adición de nitratos a los alimentos y al agua potable. Los nitratos administrados por vía oral tienen baja biodisponibilidad, metabolismo rápido y alta fluctuación in vivo, lo que dificulta alcanzar concentraciones farmacodinámicamente activas. Para resolver estos problemas y facilitar las aplicaciones clínicas, el equipo ha desarrollado con éxito un sistema de predicción de combinaciones de fármacos basado en el aprendizaje de enjambres.

Usando un modelo de aprendizaje profundo, el sistema se entrenó en datos de interacción de vía de fármaco para construir una red de vía de fármaco. Se utilizó una red neuronal convolucional gráfica para construir una red objetivo de fármaco para descubrir combinaciones óptimas de fármacos. El sistema se utilizó para identificar con éxito la vitamina C como el fármaco óptimo para la administración conjunta con nitrato de sodio. Este hallazgo proporciona nuevas ideas y métodos para la coadministración de fármacos, con importantes implicaciones clínicas para la prevención de diversas enfermedades.

A partir de esto, se determinó la proporción óptima de nitrato a vitamina C utilizando tecnología de microencapsulación para la selección y optimización de la formulación de liberación controlada. De ese modo, se preparó un nanofármaco hidrofóbico llamado Nanonitrator, usando una solución de material central que contenía nitrato de sodio, vitamina C y quitosano 3000, mientras que se usaron carboximetilcelulosa de sodio (Na-CMC) y pectina como materiales de pared.

Los materiales del núcleo y la pared se mezclaron, liofilizaron y trituraron en forma de polvo. Los diversos valores de pH de las soluciones gastrointestinales probadas in vitro confirmaron que Nanonitrator es adecuado en formas de dosificación orales.

Debido a su capacidad para mejorar significativamente la transducción de señales de la vía PI3K-Akt, Nanonitrator mostró mejores efectos en el mantenimiento de la homeostasis intracelular que el nitrato de sodio solo o el nitrato de sodio combinado en una mezcla física con vitamina C en dosis orales equivalentes. Nanonitrator redujo el estrés oxidativo inducido por la radiación en las células de las glándulas salivales, redujo el contenido de ROS, mantuvo la homeostasis del calcio celular, protegió la morfología y función mitocondrial y disminuyó el número de células apoptóticas.

Estos resultados sugieren que Nanonitrator podría desarrollarse como una terapia novedosa de múltiples aplicaciones, con el potencial de desempeñar un papel importante en la prevención y el tratamiento de enfermedades crónicas relacionadas. Además, este estudio aporta nuevas ideas para el desarrollo de nuevos fármacos basados ​​en sales inorgánicas.

El trabajo se publica en la revista Science Bulletin.

Más información: Wen Pan et al, Nanonitrator: novedoso potenciador de los efectos protectores del nitrato inorgánico, basado en el enfoque de aprendizaje en enjambre, Science Bulletin (2023). DOI: 10.1016/j.scib.2023.03.043

Proporcionado por Science China Press