Crotoxine, gewonnen uit het gif van de Zuid-Amerikaanse ratelslang Crotalus durissus greatus, wordt al bijna een eeuw bestudeerd vanwege zijn pijnstillende, ontstekingsremmende en antitumorale activiteiten en als een nog krachtigere spierverlammer dan botulinumtoxine. Echter, de toxiciteit van crotoxine beperkt het medicinaal gebruik ervan.

Een nieuwe studie, gepubliceerd door Braziliaanse onderzoekers in het tijdschrift gifstoffen , toont aan dat de therapeutische effecten van crotoxine kunnen worden versterkt en de toxiciteit ervan kan worden verminderd wanneer het is ingekapseld in nanogestructureerd SBA-15-silica, een materiaal dat oorspronkelijk is ontwikkeld voor gebruik in vaccinformuleringen.

De studie werd uitgevoerd onder auspiciën van het Braziliaanse National Science and Technology Institute (INCT) op: gifstoffen , een van de INCT's die worden ondersteund door FAPESP (So Paulo Research Foundation) in de staat São Paulo in samenwerking met de Nationale Raad voor Wetenschappelijke en Technologische Ontwikkeling (CNPq), een agentschap van de Braziliaanse regering. De hoofdonderzoeker van het INCT is Osvaldo Augusto Sant'Anna.

De studie maakte deel uit van het promotieonderzoek van Morena Brazil Sant'Anna, wiens scriptieadviseur Gisele Picolo is. Picolo was zelf de hoofdonderzoeker van een project over hetzelfde onderwerp. Onderzoekers Flavia Souza Ribeiro Lopes en Louise Faggionato Kimura namen deel aan het onderzoek, die werd uitgevoerd in het Butantan Instituut in São Paulo.

Osvaldo Sant'Anna is de hoofdonderzoeker van een thematisch project aan het Butantan Institute om mesoporeuze silica te bestuderen als een vaccinadjuvans in samenwerking met Márcia Fantini, een professor aan het Physics Institute van de Universiteit van São Paulo (IF-USP). Een adjuvans is een middel dat wordt gebruikt in combinatie met een vaccinantigeen om de antigeenspecifieke immuunrespons van de gastheer te versterken.

"Mensen die slecht reageren op vaccins hebben meestal macrofagen die het antigeen zeer snel kataboliseren, dus er is geen tijd voor hun lymfocyten om een ​​volledige respons op te wekken in termen van het produceren van antilichamen, " vertelde Osvaldo Sant'Anna aan Agência FAPESP. "Onderzoek heeft aangetoond dat nanogestructureerde silica de macrofagen vertraagt."

Uit de onderzoeken van Osvaldo Sant'Anna blijkt dat muizen meer antistoffen produceren tegen een antigeen wanneer het wordt toegediend met silica, die bestaat uit microstructuren en kan worden gevormd om moleculen van verschillende vormen en maten in te kapselen.

Toen silica werd getest met andere toxines, een nieuw beschermend effect werd ontdekt. "In tests uitgevoerd bij paarden om anti-difterieserum en met tetanustoxine te produceren, we ontdekten dat silica antigenen minder krachtig maakt en het nadelige effect van difterietoxine vermindert, ' zei Osvaldo Sant'Anna.

Deze bevindingen werden verwelkomd door Picolo en Morena Brazil Sant'Anna, collega's van Osvaldo Sant'Anna bij Butantan Institute. "Ik bestudeer crotoxine sinds 2011. De resultaten zijn positief wat betreft het pijnstillende effect, maar de toxiciteit ervan is altijd een beperking geweest. Het gebruik van silica was een geweldig idee. Dit is de eerste keer dat de twee moleculen zijn gecombineerd, ' zei Picolo.

Neuropatische pijn

Het artikel gepubliceerd in gifstoffen rapporten over een onderzoek dat is opgezet om de effecten van crotoxine in combinatie met SBA-15-silica te onderzoeken bij gebruik voor de behandeling van neuropathische pijn, een chronische aandoening veroorzaakt door verwondingen aan overgevoelige zenuwen. Het behandelen van chronische pijn is een uitdaging voor artsen omdat gewone pijnstillers zoals ontstekingsremmende medicijnen en opioïden niet het gewenste effect hebben.

Om het therapeutische potentieel van crotoxine in deze setting te evalueren, deden de onderzoekers experimenten met muizen, het induceren van een aandoening die lijkt op neuropathische pijn door de heupzenuw te verwonden.

De eerste positieve bevinding was het resultaat van een test om de maximale dosis crotoxine met en zonder silica te bepalen. "We hebben geconstateerd dat een grotere hoeveelheid van het toxine in combinatie met silica kon worden toegediend zonder nadelige bijwerkingen en dat de dosis daarom kon worden verhoogd, " zei Morena Brazil Sant'Anna. Het was mogelijk om een ​​35% grotere dosis crotoxine toe te dienen wanneer het werd gecombineerd met silica.

De volgende stap was het testen van de formulering bij dieren. Ze kregen het crotoxine/silica-complex (CTX:SBA-15) terwijl ze acute pijn (direct na een heupzenuwbeschadiging) of chronische pijn (veertien dagen later) kregen. In beide gevallen, het complex werd toegediend in een enkele dosis of in vijf doses (een dagelijkse dosis gedurende vijf opeenvolgende dagen).

Zowel in de acute als in de chronische fase het analgetische effect hield langer aan wanneer crotoxine werd gecombineerd met silica. Bij een van de testen een enkele dosis was voldoende om hypernociceptie (verhoogde gevoeligheid voor pijnlijke stimuli) om te keren tot 48 uur na toediening.

Actiemechanismen

Crotoxine is een krachtige pijnstiller omdat het op verschillende pijnpaden inwerkt. Om te bepalen of de werkingsmechanismen hetzelfde zouden zijn in de nieuwe formulering, de onderzoekers dienden kort voor het crotoxine/silica-complex antagonisten toe van de receptoren die bij pijn betrokken zijn. Als het complex effectief was, zelfs met geblokkeerde receptoren, dit zou betekenen dat het werkingsmechanisme ervan zou kunnen verschillen van dat van het conventionele molecuul.

"We ontdekten dat muscarine- en adrenerge receptoren, die inwerken op het zenuwstelsel, en formylreceptoren, die doelen zijn voor natuurlijke ontstekingsremmende verbindingen, betrokken waren bij de werking van het crotoxine/silica-complex. Met andere woorden, er was geen verandering in het actiemechanisme, ' zei Morena Brazil Sant'Anna.

Het team observeerde veranderingen in de niveaus van pro- en anti-inflammatoire cytokines. "Expressie van interleukine 6 [IL-6], die gepaard gaat met ontstekingen, afgenomen, terwijl het niveau van IL-10, die het ontstekingsproces regelt, toegenomen. We hebben ook een vermindering van de activering van astrocyten en microglia waargenomen, cellen van het centrale zenuwstelsel die betrokken zijn bij ontstekingsreacties, ' zei Picolo.

Omdat silica de immuunrespons beïnvloedt, de onderzoekers besloten om te zien of de verdediging tegen toxiciteit die het veroorzaakt, uiteindelijk de gunstige werking van crotoxine zou belemmeren. Deze mogelijkheid is in het onderzoek getest en uitgesloten. De muizen produceerden hoge niveaus van antilichamen, maar dit had geen invloed op het resultaat, volgens Picolo.

"Waarschijnlijk omdat het crotoxine was ingekapseld en de geproduceerde antilichamen het niet konden bereiken, " ze zei.

Het complex heeft nog een ander voordeel van deze bescherming:het kan oraal worden toegediend aan muizen, Voor de eerste keer, met positieve resultaten. Dit was mogelijk omdat de structuur van SBA-15 vergelijkbaar is met die van een honingraat, bescherming van de werkzame stof tegen afbraak in de maag.

"Het garandeert ook een gecontroleerde afgifte van het crotoxine in het organisme, wat het blijvende pijnstillende effect kan verklaren, ' zei Picolo.

Volgende stappen

De onderzoekers onderzoeken nu of de combinatie van crotoxine met SBA-15 kan worden gebruikt om multiple sclerose te behandelen. De resultaten van dit onderzoek zijn tot nu toe ook positief, en binnenkort verschijnt er een artikel.

Echter, meer studies zullen nodig zijn voordat de combinatie medicatie kan worden. "Crotoxine is een groot molecuul met een complexe structuur die moeilijk te repliceren is in het laboratorium, dus opgeschaald gebruik is nog ver weg, ' zei Picolo.

Een vorm van synthese zou de ideale oplossing zijn. Er lopen momenteel proeven met gezuiverd gif dat rechtstreeks uit de ratelslang wordt gewonnen.