Resveratrolin p.o. biosaatavuuden kasvattaminen nanoteknologian avulla

Resveratroli on fenoliyhdiste, jota tavataan erityisesti punaisissa viinirypäleissä, viininlehdissä sekä karpalossa. Kiinnostus sen terveysvaikutuksia kohtaan on herännyt kliinisistä havainnoista, joiden mukaan kohtuullinen punaviinin nauttiminen näyttäisi suojaavan sydän- ja verisuonisairauksilta. Ilmiöstä käytetään yleisesti nimeä ranskalainen paradoksi. Resveratrolilla on sittemmin havaittu useita muitakin terveysvaikutuksia, joista kiinnostavin lienee elämää pidentävä vaikutus S. cerevisiae -hiivalla. Elämää pidentävää vaikutusta ei ole kyetty kiistattomasti toistamaan nisäkkäillä, mutta hiiritutkimusten (esim. Baur, ym. 2006) perusteella resveratroli näyttäisi ainakin suojaavan ruoan korkean rasvapitoisuuden aiheuttamilta haittavaikutuksilta. Resveratrolin vaikutusmekanismina on SIRT1- ja PGC-1α (eli PPAR-γ koaktivaattori 1α) -geenien aktivoiminen. Kuriositeettina mainittakoon, että SIRT1-geenin tiettyjen muotojen metaboliaa kiihdyttävä vaikutus on todettu tutkimuksessa, jossa oli mukana 123 suomalaista koehenkilöä (Lagouge, ym. 2006).

Resveratroli (http://nl.wikipedia.org/wiki/Bestand:Resveratrol-3D-balls.png)

Resveratrolin ongelmana ovat sen farmakokineettiset ominaisuudet, tärkeimpinä matala biosaatavuus, matala vesiliukoisuus ja kemiallinen pysymättömyys. Nämä tekijät saattavat osittain selittää, miksi sen hyödyllisten ominaisuuksien toistaminen monisoluisilla eliöillä on osoittautunut haasteelliseksi.

Neves, ym. (2013) selvittivät International Journal of Nanomedicine -lehdessä julkaistussa tutkimuksessaan, miten resveratrolin biosaatavuutta voitaisiin kasvattaa nanoteknologian avulla. Tutkijat latasivat resveratrolia kahdenlaisiin nanopartikkeleihin, SLN:iin (solid lipid nanoparticles) ja NLC:een (nanostructured lipid carriers) ja tutkivat näiden pysyvyyttä*. Molemmat partikkelit pysyivät vakaina ainakin kahden kuukauden ajan ja säilyivät kiinteässä muodossa sekä huoneenlämmössä että ruumiinlämmössä, minkä lisäksi ne kestivät ruoansulatuskanavaa simuloivia olosuhteita.

Kokeiden perusteella nanopartikkelit sopivat resveratrolin annosteluun suun kautta, suojaavat sitä spontaanilta hajoamiselta sekä ruoansulatukselta ja mahdollistavat sen vapautuksen hallitusti. Tutkijat arvioivat:

In summary, we expect that the physical and chemical protection conferred to resveratrol by these lipid nanoparticles will enhance the therapeutic effects of resveratrol by minimizing its instability in vivo and controlling its release profile.

Lienee turhan aikaista alkaa odottelemaan nanoteknologialla tuunattua resveratrolitablettia vielä muutamaan vuoteen, mutta parempi biosaatavuus tulee ainakin helpottamaan resveratrolin biologisten ominaisuuksien tutkimusta. Voi olla, että paremmalla biosaatavuudella varustettuna resveratroli pidentää elämää myös nisäkkäillä. Voi myös olla, että ei. Jäämme odottelemaan.

*Ps. Niille lukijoille, jotka ovat kiinnostuneita tutkimusmetodeista: kryo-elektronimikroskopia, dynamic light scattering, differential scanning calorimetry.

Lähteet

Baur, J.A., Pearson, K.J., Price, N.L., Jamieson, H.A., Lerin, C., Kalra, A., Prabhu, V.V., Allard, J.S., Lopez-Lluch, G., Lewis, K., Pistell, P.J., Poosala, S., Becker, K.G., Boss, O., Gwinn, D., Wang, M., Ramaswamy, S., Fishbein, K.W., Spencer, R.G., Lakatta, E.G., Le Couteur, D., Shaw, R.J., Navas, P., Puigserver, P., Ingram, D,K., de Cabo, R., Sinclair, D.A. (2006) Resveratrol improves health and survival of mice on a high-calorie diet. Nature 444(7117):337-342. [Pubmed]

Lagouge, M., Argmann, C., Gerhart-Hines, Z., Meziane, H., Lerin, C., Daussin, F., Messadeq, N., Milne, J., Lambert, P., Elliott, P., Geny, B., Laakso, M., Puigserver, P., Auwerx, J. (2006). Resveratrol improves mitochondrial function and protects against metabolic disease by activating SIRT1 and PGC-1alpha. Cell 127(6):1109-1122. [Pubmed]

Neves, A.R., Lúcio, M., Martins, S., Lima, J.L.C., Reis, S., (2013) Novel resveratrol nanodelivery systems based on lipid nanoparticles to enhance its oral bioavailability. International Journal of Nanomedicine. 8:117-187. [Pubmed]

Nano-SOD hidastaa kantasolujen vanhenemista

Oksidatiivinen stressi on haitallista kaikille solun rakenteille ja yksi tärkeimmistä soluja vanhentavista tekijöistä. Solut puolustautuvat oksidatiiviselta stressiltä antioksidaation avulla. Tärkeimpiä solunsisäisiä antioksidantteja ovat superoksididismutaasi (SOD), katalaasi sekä glutationiperoksidaasi. Myös esimerkiksi C- ja E-vitamiini ovat antioksidantteja, ja näiden saaminen ravinnosta on terveydelle välttämätöntä.

Suojamekanismeista huolimatta oksidatiivinen stressi pääsee ajan myötä vaurioittamaan solua niin paljon, että solusykli pysähtyy ja solu vanhenee. Antioksidaation tehostaminen oikealla tavalla voisi hidastaa tätä vaikutusta ja estää solua vanhenemasta. Ikävä kyllä ratkaisuksi ei riitä vitamiinivalmisteiden ylenmääräinen nauttiminen, sillä suurina pitoisuuksina ravinnosta saatavat antioksidantit kumoavat oman vaikutuksensa toimimalla pro-oksidantteina. Ravinnosta saatavien antioksidanttien sijaan huomion tulisikin kiinnittyä solunsisäisiin antioksidantteihin. Haasteena on kuitenkin tarvittavien molekyylien toimittaminen solun sisään.

Choi, ym. (2012) selvittivät International Journal of Nanomedicine -lehdessä julkaistussa tutkimuksessaan antioksidaation tehostamisen mahdollisuuksia ihmisen hammasytimen kantasoluissa. Normaalisti hammasytimen kantasolujen potentiaali erilaistua ympäröivää kudosta paikkaaviksi soluiksi laskee iän myötä ja oksidatiivisen stressin vaikutuksesta. Ryhmä kehitti tavan tehostaa antioksidaatiota yhdistämällä kaksi molekyyliä, SOD1:n ja LMWP:n (low-molecular weight protamine). SOD1 kuuluu solunsisäisiin antioksidantteihin ja sillä on tunnetusti oksidatiiviselta stressiltä suojaava vaikutus. LMWP taas on soluun kulkeutuva peptidi, joka voisi toimia yhdistelmämolekyylissä ”veturina”, joka kuljettaa SOD1:n mukanaan solun sisään.

Tutkimuksessa LMWP-SOD1:lla hoidetuissa soluissa ilmeni vähemmän vanhuuteen liittyvää β-galaktosidaasin aktiivisuutta ja solut näyttivät morfologialtaan nuoremmilta. Lisäksi ne kestivät vetyperoksidikäsittelyä kontrollisoluja enemmän. Normaalitilanteessa vetyperoksidi pysäyttää solusyklin, mikä näkyy solusyklin säätelijäproteiinien p53:n ja p21:n vaikutuksen kasvuna, ja estää soluja erilaistumasta luun kantasoluiksi. LMWP-SOD1 vähensi näitä kaikkia vaikutuksia. Se ei kuitenkaan palauttanut hampaan uusiutumiskykyä vetyperoksidikäsittelyä edeltävälle tasolle.

Tulokset osoittavat, että solunsisäistä antioksidaatiota on mahdollista tehostaa yhdistämällä antioksidantteihin oikeanlaisia kuljetusproteiineja. LMWP-SOD1 suojasi soluja melko hyvin vetyperoksidilta ja hidasti solujen vanhenemista. Se ei yksin riitä täydellisesti pysäyttämään solun vanhenemista eikä korjaamaan vanhenemiseen liittyviä vaurioita, mutta on askel siihen suuntaan. Tulevaisuus näyttää, millaisia tuloksia saavutetaan muilla vastaavilla yhdistelmillä sekä näiden kombinaatioilla.

Lähteet

Choi, Y. J., Lee, J. Y., Chung, C. P., Park, Y. J., (2012) Cell-penetrating superoxide dismutase attenuates oxidative stress-induced senescence by regulating the p53-p21Cip1 pathway and restores osteoblastic differentiation in human dental pulp stem cells. International Journal of Nanomedicine. 7:5091-5106. [Pubmed]

Lääkkeitä kuljettavien nanopartikkelien kohdistaminen vanhoihin soluihin

Nanoteknologia on ala, joka sisältää hypetystä niin hyvässä kuin pahassa. Optimistisimmat visiot sisältävät älykkäitä nanorobotteja, jotka tulevaisuudessa korjaavat kehomme vauriot molekyylin tarkkuudella ja pessimistisimmät uhkakuvia kaiken peittävästä harmaasta mönjästä. Totuus on ikävä kyllä varsin arkinen. Nanoteknologia tarkoittaa yksinkertaisesti mitä tahansa nanomittakaavalla valmistettavia rakenteita (nanometri on miljardisosa metristä). Nano ei sisällä mitään taikavoimia.

Lääketieteessä nanoteknologiaa voidaan hyödyntää esimerkiksi lääkkeiden annostelussa. Tällöin tavoitteena on valmistaa lääkkeen sisältävä kuljetin, joka vapauttaa sisältönsä vasta tietyissä olosuhteissa, esimerkiksi vain yhden tyyppisissä soluissa. Erilaisia kuljetusmuotoja ovat mikrokapselit, polymeerit, dendrimeerit, misellit ja nanopartikkelit.

Agostini, ym. (2012) selvittivät Angewandte Chemie International Edition -lehdessä julkaistussa tutkimuksessaan nanoluokan kuljetusmolekyylien kohdistamista vanhoihin soluihin. Tutkimuksessa käytettiin MSN (mesoporous silica nanoparticle) nanopartikkelia, johon tutkijat olivat liittäneet GOS (galakto-oligosakkaridi) peitteen, joka normaalitilanteessa estää partikkelia avautumasta ja vapauttamasta sisältöään. Vanhojen solujen sisältämä SA-β-Gal hydrolysoi eli liuottaa GOS:n, jolloin partikkeli pääsee avautumaan ja vapauttamaan sisältönsä vanhaan soluun.

Testatessaan MSN-nanopartikkelia soluilla, tutkijat havaitsivat sen vapauttavan sisältönsä vanhoihin ihmisen fibroblastisoluihin, β-galaktosidaasipositiivisiin hiivasoluihin sekä Dyskeratosis Congenita -tautia sairastavilta potilailta kerättyihin soluihin, mutta ei kontrolleina käytettyihin keuhkosyöpäsoluihin eikä luonnonkannan hiivasoluihin. Koe osoitti, että GOS-päällystetyllä MSN-partikkelilla on mahdollista kohdistaa lääkeaineita spesifisesti vanhoihin soluihin. Tulevaisuuden sovellutuksia voisivat olla esimerkiksi telomeraasia uudelleenaktivoivien tai ohjelmoitua solukuolemaa aktivoivien lääkeaineiden siirtäminen vanhoihin soluihin. Vaikka käytännön sovellutuksiin on edelleen matkaa, tutkijat toivovat, että heidän tuloksensa avaisi uusia ovia vanhuuteen liittyvien sairauksien hidastamiseen tai pysäyttämiseen johtaville terapeuttisille innovaatioille.

Lähteet

Agostini, A., Mondragón, L., Bernardos, A, Martínez-MμÇez, R., Marcos, M. D., Sancenón, F., Soto, J., Costero, A., Manguan-García, C., Perona, R., Moreno-Torres, M., Aparicio-Sanchis, R., Murguía, J. R., (2012) Targeted Cargo Delivery in Senescent Cells Using Capped Mesoporous Silica Nanoparticles. Angewandte Chemie International Edition. 51(42):10556-10560. [Pubmed]