Crotossina, estratto dal veleno del crotalo sudamericano Crotalus durissus terrificus, è stato studiato per quasi un secolo per il suo analgesico, attività antinfiammatoria e antitumorale e come paralizzatore muscolare ancora più potente della tossina botulinica. Però, la tossicità della crotossina ne limita l'uso medicinale.

Un nuovo studio, pubblicato da ricercatori brasiliani sulla rivista tossine , mostra che gli effetti terapeutici della crotossina possono essere potenziati e la sua tossicità ridotta quando è incapsulata in silice SBA-15 nanostrutturata, un materiale originariamente sviluppato per l'uso nelle formulazioni di vaccini.

Lo studio è stato condotto sotto l'egida del National Science and Technology Institute (INCT) del Brasile il tossine , uno degli INCT supportati da FAPESP (Fondazione di ricerca di San Paolo) nello Stato di San Paolo in collaborazione con il Consiglio nazionale per lo sviluppo scientifico e tecnologico (CNPq), un'agenzia del governo brasiliano. Il principale investigatore dell'INCT è Osvaldo Augusto Sant'Anna.

Lo studio faceva parte della ricerca di dottorato di Morena Brazil Sant'Anna, il cui relatore di tesi è Gisele Picolo. La stessa Picolo è stata la ricercatrice principale per un progetto sullo stesso argomento. Allo studio hanno partecipato le ricercatrici Flavia Souza Ribeiro Lopes e Louise Faggionato Kimura, che è stato eseguito presso l'Istituto Butantan di San Paolo.

Osvaldo Sant'Anna è il ricercatore principale per un progetto tematico presso l'Istituto Butantan per studiare la silice mesoporosa come coadiuvante vaccinale in collaborazione con Márcia Fantini, un professore presso l'Istituto di Fisica dell'Università di San Paolo (IF-USP). Un adiuvante è un agente utilizzato in combinazione con un antigene del vaccino per aumentare la risposta immunitaria antigene-specifica dell'ospite.

"Le persone che rispondono male ai vaccini di solito hanno macrofagi che catabolizzano l'antigene molto rapidamente, quindi non c'è tempo per i loro linfociti di indurre una risposta completa in termini di produzione di anticorpi, " Osvaldo Sant'Anna ha detto ad Agência FAPESP. "La ricerca ha dimostrato che la silice nanostrutturata rallenta i macrofagi".

Gli studi di Osvaldo Sant'Anna mostrano che i topi producono più anticorpi contro un antigene quando viene somministrato con silice, che è costituito da microstrutture e può essere modellato per incapsulare molecole di varie forme e dimensioni.

Quando la silice è stata testata con altre tossine, è stato scoperto un nuovo effetto protettivo. "Nei test condotti sui cavalli per produrre siero antidifterico e con tossina tetanica, abbiamo scoperto che la silice rende gli antigeni meno potenti e riduce l'effetto negativo della tossina difterica, " disse Osvaldo Sant'Anna.

Questi risultati sono stati accolti da Picolo e Morena Brasile Sant'Anna, colleghi di Osvaldo Sant'Anna all'Istituto Butantan. "Sto studiando la crotossina dal 2011. I risultati sono positivi in ​​termini di effetto analgesico, ma la sua tossicità è sempre stata un vincolo. Usare la silice è stata un'ottima idea. Questa è la prima volta che le due molecole sono state combinate, " disse Picolo.

Dolore neuropatico

L'articolo pubblicato su tossine rapporti su uno studio progettato per studiare gli effetti della crotossina combinata con la silice SBA-15 quando usata per trattare il dolore neuropatico, una condizione cronica causata da lesioni ai nervi sensibilizzati. Il trattamento del dolore cronico è una sfida per i medici perché i normali antidolorifici come i farmaci antinfiammatori e gli oppioidi non hanno l'effetto desiderato.

Per valutare il potenziale terapeutico della crotossina in questo contesto, i ricercatori hanno condotto esperimenti con topi, inducendo una condizione simile al dolore neuropatico ferendo il nervo sciatico.

Il primo risultato positivo è derivato da un test per determinare la dose massima di crotossina con e senza silice. "Abbiamo osservato che una quantità maggiore della tossina combinata con la silice potrebbe essere somministrata senza effetti collaterali negativi e che la dose potrebbe quindi essere aumentata, Ha detto Morena Brazil Sant'Anna. È stato possibile somministrare una dose maggiore di crotossina del 35% quando è stata combinata con la silice.

Il passo successivo è stato quello di testare la formulazione negli animali. Hanno ricevuto il complesso crotossina/silice (CTX:SBA-15) mentre provavano dolore acuto (immediatamente dopo una procedura di lesione del nervo sciatico) o dolore cronico (una quindicina di giorni dopo). In entrambi i casi, il complesso è stato somministrato in dose singola o in cinque dosi (una dose giornaliera per cinque giorni consecutivi).

Sia nella fase acuta che in quella cronica, l'effetto analgesico è durato più a lungo quando la crotossina è stata combinata con la silice. In uno dei test, una singola dose era sufficiente per invertire l'ipernocicezione (accresciuta sensibilità agli stimoli dolorosi) fino a 48 ore dopo la somministrazione.

Meccanismi di azione

La crotossina è un potente antidolorifico perché agisce su diverse vie del dolore. Per determinare se i suoi meccanismi di azione sarebbero gli stessi nella nuova formulazione, i ricercatori hanno somministrato antagonisti dei recettori coinvolti nel dolore poco prima del complesso crotossina/silice. Se il complesso fosse efficace anche con i recettori bloccati, ciò significherebbe che il suo meccanismo d'azione potrebbe essere diverso da quello della molecola convenzionale.

"Abbiamo scoperto che i recettori muscarinici e adrenergici, che agiscono sul sistema nervoso, e recettori del formile, che sono bersagli per composti antinfiammatori naturali, coinvolti nell'azione del complesso crotossina/silice. In altre parole, non vi è stato alcun cambiamento nel meccanismo d'azione, "Ha detto Morena Brasile Sant'Anna.

Il team ha osservato cambiamenti nei livelli di citochine pro e antinfiammatorie. "Espressione dell'interleuchina 6 [IL-6], che è associato all'infiammazione, diminuito, mentre il livello di IL-10, che controlla il processo infiammatorio, è aumentato. Abbiamo anche osservato una riduzione dell'attivazione di astrociti e microglia, cellule del sistema nervoso centrale coinvolte nelle risposte infiammatorie, " disse Picolo.

Poiché la silice influenza la risposta immunitaria, i ricercatori hanno deciso di vedere se la difesa contro la tossicità che innesca finirebbe per ostacolare l'azione benefica della crotossina. Questa possibilità è stata testata ed esclusa nello studio. I topi hanno prodotto alti livelli di anticorpi, ma questo non ha influito sul risultato, secondo Picolo.

"Probabilmente perché la crotossina era incapsulata e gli anticorpi prodotti non erano in grado di raggiungerla, " lei disse.

Il complesso trae un altro vantaggio da questa protezione:potrebbe essere somministrato per via orale a topi, per la prima volta, con risultati positivi. Ciò è stato possibile perché la struttura di SBA-15 è simile a quella di un nido d'ape, proteggendo il principio attivo contro la rottura nello stomaco.

"Garantisce inoltre il rilascio controllato della crotossina nell'organismo, che può spiegare l'effetto analgesico duraturo, " disse Picolo.

Prossimi passi

I ricercatori stanno ora studiando se la combinazione di crotossina con SBA-15 può essere utilizzata per trattare la sclerosi multipla. Anche i risultati di questa ricerca sono stati finora positivi, e presto verrà pubblicato un articolo.

Però, saranno necessari ulteriori studi prima che la combinazione possa diventare un farmaco. "La crotossina è una grande molecola con una struttura complessa difficile da replicare in laboratorio, quindi l'uso su larga scala è molto lontano, " disse Picolo.

Una qualche forma di sintesi sarebbe la soluzione ideale. Attualmente sono in corso prove con veleno purificato estratto direttamente dal serpente a sonagli.