Trendy ve farmakologické stimulaci regenerace ionizujícím zářením poškozeného savčího organismu


Trends in pharmacological stimulation of regeneration of ionizing radiation-damaged mammalian organism

Many different substances with varying mechanisms of effects have been tested both in animal experiments, as well as verified in clinical studies as potential radioprotectors and mitigators of radiation damage. Among them, especially cytokines and hematopoietic growth factors have been used also for treatment of radiation accident victims. Two granulocyte colony-stimulating factor-based radiation countermeasures have been approved already for the treatment of the acute radiation syndrome. Nevertheless, a wide spectrum of other substances comprising, e.g., various immunomodulators, prostaglandins, inhibitors of prostaglandin synthesis, agonists of adenosine receptors, herbal extracts, flavonoids, vitamins, and others, has also been studied. These agents with various mechanisms of their influences on an organism are often effective, relatively non-toxic, and cheap. This review concentrates predominantly on the results of experiments which show the potential of untraditional or new radiation countermeasures to become a part of therapeutic procedures applicable in patients with the acute radiation syndrome.

Keywords:

acute radiation syndrome – radioprotectors – radiomitigators – Hematopoiesis


Autori: Michal Hofer
Pôsobisko autorov: Biofyzikální ústav AV ČR, v. v. i., Brno
Vyšlo v časopise: Čas. Lék. čes. 2020; 159: 275-280
Kategória: Přehledový článek

Súhrn

Jako potenciální modulátory radiačního poškození byla testována řada různých substancí s rozdílnými mechanismy účinku, a to jak v pokusech na zvířatech, tak v některých případech i v klinických studiích. Jejich účinky byly vyhodnocovány jak po podání preiradiačním (jako radioprotektiva), tak postiradiačním (v léčebném modu – radiomitigátory). Zejména cytokiny a krvetvorné růstové faktory již byly použity k léčení obětí radiačních nehod. Dva léky odvozené od faktoru stimulujícího kolonie granulocytů již byly schváleny pro léčbu akutního radiačního syndromu. Existuje nicméně široké spektrum dalších substancí, zahrnující různé imunomodulátory, prostaglandiny, inhibitory syntézy prostaglandinů, agonisty adenosinových receptorů, rostlinné extrakty, flavonoidy, vitaminy a další, jež byly s uvedeným účelem rovněž studovány. Tyto látky s různými mechanismy účinku jsou často účinné, relativně netoxické a levné. Tento přehledový článek se zaměřuje převážně na výsledky experimentů, které poukazují na potenciál netradičních či nových léků stimulujících regenerací ionizujícím zářením poškozeného organismu, jež by se mohly stát součástí terapeutických procedur aplikovatelných pacientům s akutním radiačním syndromem.

Klíčová slova:

akutní radiační syndrom – radioprotektiva – radiomitigátory – krvetvorba

AKUTNÍ RADIAČNÍ SYNDROM A JEHO TERAPIE POUŽITÍM CYTOKINŮ A KRVETVORNÝCH RŮSTOVÝCH FAKTORŮ

Radiační nehody, stejně jako případné teroristické útoky využívající zdroje ionizujícího záření, mohou vyústit ve vážné zdravotní poškození, jehož manifestace jsou označovány jako akutní radiační syndrom (ARS). V závislosti na absorbované dávce záření se ARS projevuje v různých orgánových systémech jako jednotlivé orgánové syndromy, a to syndrom hematopoetický, gastrointestinální, kutánní a neurovaskulární. Není divu, že z tohoto důvodu obdržela témata „radioprotektiva pro preiradiační použití“ a „léčebná agens pro postiradiační aplikaci“ (radiomitigátory) nejvyšší prioritu mezi výzkumnými oblastmi jako protiopatření vůči nukleárním hrozbám. I když úsilí zaměřené na vývoj efektivních farmakologických prostředků určených k protekci a léčbě ARS bylo iniciováno již před více než 50 lety, teprve velmi nedávno byly dva léky, a to Neupogen a Neulasta, schváleny americkým Úřadem pro kontrolu léčiv a potravin (FDA) jako radiomitigátory.

Krvetvorné růstové faktory jsou proteiny, které regulují proliferaci a diferenciaci erytrocytů a leukocytů. Cytokiny jsou proteiny s nízkou molekulární hmotností, jež vyvíjejí stimulační nebo inhibiční vliv na proliferaci, diferenciaci a funkci buněk imunitního systému. Jak Neupogen, tak Neulasta jsou léky odvozené od faktoru stimulujícího kolonie granulocytů (G-CSF), vytvořené za účelem zlepšení farmakokinetických vlastností G-CSF (1). G-CSF patří ke krvetvorným růstovým faktorům, jež byly spolu s cytokiny intenzivně testovány a vyhodnocovány z hlediska jejich schopností modulovat akutní radiační poškození (2, 3) a byly použity i pro léčbu obětí radiačních nehod (4).

Srovnatelná pozornost byla věnována také substancím nepatřícím mezi krvetvorné růstové faktory nebo cytokiny a jejich deriváty. Jak bylo ukázáno zejména ve studiích na zvířatech, existuje široké spektrum těchto substancí, jež jsou často účinné v modulování ARS, jakož i relativně netoxické a levné. V následujícím textu sumarizujeme důležité informace o těchto látkách a zdůrazňujeme jejich potenciál z hlediska zařazení do léčebných schémat u pacientů s ARS.

AMIFOSTIN

Amifostin (WR-2721) je nejvíce studovaným klasickým chemickým radioprotektivem z důvodu své vysoké radioprotektivní účinnosti (5). Přes velké množství studií však nebyl schválen pro léčbu ARS u lidí, a to vzhledem k nežádoucím vedlejším účinkům. Své použití nakonec nalezl v radiační onkologii, tento aspekt využití amifostinu je ovšem mimo rámec tohoto článku. Určitá pozornost je amifostinu stále věnována v experimentu, např. podávání malých dávek amifostinu spolu s γ-tokotrienolem. Kombinované přístupy by tak mohly přece jen umožnit využití tohoto radioprotektiva u pacientů s ARS.

IMUNOMODULÁTORY

Imunoterapie je definována jako léčba nemoci indukcí, posílením nebo potlačením imunitní odpovědi. S cílem modulovat ARS bylo testováno množství imunomodulátorů indukujících či posilujících imunitní odpověď – tyto imunomodulátory můžeme zařadit do několika skupin.

Beta-glukan

Glukany, a zejména β-glukan, patří k nejstudovanějším imunomodulátorům, a to jak obecně, tak na poli farmakologické modulace radiačního poškození. β-glukany jsou známy jako stavební prvky buněčné stěny bakterií, kvasinek, hub a rostlin. Dřívější hematologické studie odhalily, že β-glukan stimuluje proliferaci neozářených myších pluripotentních kmenových buněk, jakož i buněk několika krvetvorných progenitorových buněčných linií (granulocytových, granulocytových/makrofágových, makrofágových a erytrocytových). Několik studií provedených zejména skupinami Patchenové a MacVittieho (Bethesda, USA) a Hofera a Pospíšila (Brno) ukázalo, že krvetvorbu stimulující účinky β-glukanu mohou být úspěšně využity v léčbě hematopoetického ARS u myší; důležitým rysem využití β-glukanu u ozářených pokusných myší byla možnost podat s prospěchem tuto látku jak před ozářením, tak po něm, tedy jako radioprotektivum i jako radiomitigátor (6, 7).

Použití β-glukanu v kombinovaném léčebném režimu se rovněž ukázalo být úspěšným. Vzájemně se potencující efekty β-glukanu byly pozorovány při jeho kombinovaném podání s chemickými radioprotektivy cystaminem nebo WR-2721. Tříléková kombinovaná léčba β-glukanem, WR-2721 a selenem vykázala rovněž pozitivní výsledky. β-glukan byl úspěšně kombinován také s G-CSF nebo s inhibitorem cyklooxygenáz diklofenakem. Řada podrobností týkajících se pokusů shrnutých v tomto odstavci, zahrnujících také informaci o zlepšeném postiradiačním přežívání letálně ozářených experimentálních zvířat, jimž byl podán β-glukan, v některých z těchto studií, může být nalezena v detailním samostatném přehledu (7).

Pozdější studie potvrdily schopnost β-glukanu stimulovat krvetvorbu a zlepšovat přežívání pokusných zvířat exponovaných ionizujícímu záření a přidaly nové poznatky. V roce 2006 Cramer et al. odhalili úlohu komplementu ve úpravě krvetvorby po radiačním poškození. V roce 2011 zdůraznil Salama možnost podat ozářeným potkanům β-glukan perorálně. Pillai a Deviová poukázali ve své důkladné studii z roku 2013, v níž byly kromě postiradiačního přežívání a krvetvorby hodnoceny také biochemické parametry, na nepřítomnost toxicity β-glukanu. Rondanelliová et al. položili ve svém přehledu z roku 2009 důraz na možné využití β-glukanu jak v profylaxi, tak léčbě pacientů s ARS vzniklým v souvislosti s jadernou havárií.

Androstendiol (5-AED)

5-androstendiol (5-AED) je přirozený steroidní hormon kůry nadledvin. Bylo zjištěno, že AED stimuluje přirozený imunitní systém, a proto se počítán mezi imunomodulátory. První zpráva o stimulaci krvetvorného a imunitního systému u myší exponovaných záření γ po aplikaci AED je z roku 2000; jak preiradiační, tak postiradiační podání 5-AED vedlo ke stimulaci myelopoezy a posílení odolnosti vůči infekci u ozářených zvířat (8). V následující studii byla pozorována stimulace buněk imunitního systému (monocytů, přirozených zabíječů, eozinofilů a bazofilů) po aplikaci 5-AED. Další experimenty odhalily, že 5-AED je účinný při subkutánním i perorálním podání a že radioprotektivní aktivita tohoto léku je doprovázena nízkou toxicitou.

Za jeden z mechanismů krvetvorbu stimulujících účinků 5-AED byla označena amplifikovaná produkce G-CSF, a to v případě podání léku jak před ozářením, tak po něm. Srovnávací experimenty ukázaly, že radioprotektivní účinnost 5-AED je nejvyšší z 10 testovaných steroidních hormonů. Následně byly práce na myších doplněny o studie na primátech: byla nalezena multiliniová stimulace krvetvorby u ozářených makaků (8); tato informace byla potvrzena i za situace, kdy ozáření makakové neobdrželi kromě 5-AED žádnou další klinickou podporu. Jako jeden z mechanismů zvýšeného přežívání primátů exponovaných ionizujícímu záření byla nalezena indukce nukleárního faktoru κB v přítomnosti 5-AED.

Pro další objasnění mechanismů krvetvorbu stimulujících účinků 5-AED byla vyhodnocena exprese řady krvetvorných růstových faktorů a cytokinů u myší po podání 5-AED. Zvýšená exprese po injekci 5-AED byla zaznamenána pro faktor stimulující kolonie granulocytů a makrofágů (GM-CSF) a interleukiny IL-2, IL-3, IL-6 a IL-10 ve slezině, jakož i pro G-CSF, GM-CSF, interferon gama (IFN-γ), trombopoetin (TPO) a IL-2, IL-3, IL-6, IL-10 a IL-12 v kostní dřeni. Významná role G-CSF ve zprostředkování efektu 5-AED byla potvrzena studií, v níž byla protilátka proti G-CSF využita k potlačení radioprotektivní účinnosti 5-AED. Synergické působení 5-AED a TPO bylo popsáno u myší se zářením indukovaným hematopoetickým ARS; v této práci bylo pozorováno dvacetinásobné zvýšení počtu život zachraňujících krátkodobě repopulujících buněk kostní dřeně u myší léčených kombinací 5-AED + TPO.

Vícenásobná aplikace 5-AED, zahrnující 1 preiradiační podání a 2 injekce týdně po dobu 3 týdnů po ozáření, byla také ověřena jako velmi úspěšné schéma při léčbě radiací vyvolaného útlumu kostní dřeně (54); autoři konstatovali, že „5-AED může být významným terapeutickým kandidátem pro léčbu ARS, a to zejména ve scénáři masového zasažení obyvatelstva, kdy je důležitá rychlá a ekonomická intervence“.

5-AED se nyní nachází ve stadiu pokročilého vývoje a získal status US FDA IND (investigational new drug). Stickney et al. již publikovali výsledky prvních pozitivních klinických pozorování týkajících se bezpečnosti, tolerance a hematologické aktivity 5-AED u zdravých dospělých (9).

Další imunomodulátory

Pravděpodobně nejstarším imunomodulátorem studovaným jako radioprotektivum je endotoxin – bakteriální lipopolysacharid. Již v roce 1958 byla publikována práce informující o poklesu mortality u myší ozářených paprsky X po podání endotoxinu (10). Důležitým projevem radioprotektivního účinku endotoxinu byl nárůst počtů slezinných koloniformních jednotek, jež byly v té době využívány jako ukazatel počtu krvetvorných kmenových buněk. Následovala bohatá publikační aktivita na téma radioprotektivních vlastností endotoxinu. Nicméně vzhledem k závažným vedlejším účinkům nebyl zařazen do uvažovaných léčebných schémat jako látka využitelná u ozářených lidí. Naopak, redukce endotoxemie se stala požadovaným efektem substancí testovaných na léčbu ARS, např. antibiotik.

Broncho-Vaxom je bakteriální lyzát, který významně zvyšuje postiradiční přežití myší několika kmenů (11). S úspěchem byl testován při kombinovaném podání s chemickým radioprotektivem WR-2721 (amifostin). V pozdější studii byl Broncho-Vaxom podáván potkanům v opakovaných injekcích zahrnujících jednu preiradiační dávku a opakované postiradiační dávky v průběhu 3týdenního údobí frakcionovaného ozařování; autoři informovali o posílení antioxidačního systému a zvýšení koncentrace sérového gamaglobulinu.

TDM (trehalóza-dimykolát) je glykolipidová molekula, která se nachází v buněčné stěně bakterie Mycobacterium tuberculosis. TDM zvyšuje rezistenci k infekci u ozářených neutropenických myší (12). Syntetický derivát TDM byl úspěšně testován u myší se sepsí následující po ozáření a indukovaném traumatu.

Zajímavou radioprotektivní kombinací je kombinace oligoelementů selenu, zinku a manganu podaných současně s hadím jedem druhu Lachesis muta. Tato kombinace je autory označována jako imunomodulátor a byla testována jak u myší (13), tak potkanů (14).

Peptidoglykan je polymer bakteriálních buněčných stěn, který se skládá z cukrů a aminokyselin. V nedávné studii bylo pozorováno zlepšení přežívání a zmírnění intestinálního a dřeňového poškození u ozářených myší léčených po ozáření (15). Tyto parametry byly popsány jako synergicky posílené, pokud bylo myším podáno chemické radioprotektivum WR-2721 před ozářením a peptidoglykan po ozáření. Vedle radioprotekce krvetvorných a gastrointestinálních tkání tato kombinace permanentně ochránila tkáň submandibulární mandle před zářením indukovaným poškozením.

Další recentní studie se zabývaly polysacharidem ze Sipunculus nudus, nesegmentovaného mořského červa, který se skládá z manózy, glukózy, arabinózy a fukózy. Podání před ozářením významně zvýšilo přežívání ozářených myší (16). Při testování u psů vyvolal polysacharid ze Sipunculus nudus zlepšení krevního obrazu a krvetvornou aktivitu v kostní dřeni. V experimentu na zářením poškozených myších byly nalezeny také synergické efekty při společném podání tohoto polysacharidu, WR-2721, rekombinantního lidského interleukinu 11 (rhIL-11) a rekombinantního lidského G-CSF (rhG-CSF). Mezi další zdůrazňované pozitivní vlastnosti polysacharidu ze Sipunculus nudus patří významné účinky antioxidativní a jeho účinnost při perorálním podání.

PROSTAGLANDINY A INHIBITORY PRODUKCE PROSTAGLANDINŮ

Zdánlivě překvapivě byly jak prostaglandiny, zejména E2 (PGE2), tak inhibitory produkce prostaglandinů (inhibitory COX) úspěšně testovány z hlediska schopnosti podporovat zotavení pokusných zvířat z ARS. Proto jsou obě skupiny látek pojednány ve společné kapitole.

Několik studií z 80. let 20. století ukázalo radioprotektivní účinky prostaglandinů, zejména PGE2, a syntetického derivátu prostaglandinu E1, misoprostolu, na gastrointestinální trakt (GIT) (17). Tyto efekty mohly být připsány následně potvrzenému ochrannému účinku prostaglandinů na gastrointestinální tkáně. Avšak přibližně ve stejné době se objevily také články informující o tom, že PGE2 stimuluje a chrání erytroidní a multiliniové krvetvorné progenitorové buňky (18). Navíc byly publikovány práce referující o prostaglandiny indukované inhibici myelopoezy in vivo. Tyto výsledky pomohly pochopit účinky inhibitorů produkce prostaglandinů (inhibitorů COX, nesteroidních protizánětlivých léků) u ozářených experimentálních zvířat. V časných studiích byly testovány efekty neselektivních inhibitorů COX, inhibujících jak cyklooxygenázu 1 (COX-1), exprimovanou konstitutivně v řadě tkání zahrnující i gastrointestinální trakt, tak cyklooxygenázu 2 (COX-2)‚ která je inducibilní a odpovědná za produkci prostaglandinů při zánětlivých stavech. U subletálně ozářených pokusných zvířat byly efekty neselektivních inhibitorů COX pozorovány po jejich pre- i postiradiačním podání jakož i při podání v průběhu frakcionovaného ozařovacího režimu. Použití neselektivních inhibitorů COX bylo spojeno s poměrně vysokou incidencí a intenzitou nežádoucích vedlejších efektů, zejména na gastrointestinální tkáně, a se zhoršeným přežíváním letálně ozářených zvířat. Detailní účinky neselektivních inhibitorů COX u ozářených zvířat jsou popsány v přehledovém článku (19).

Pozdější práce na tomto tématu používaly selektivní inhibitor COX-2 meloxikam, při jehož podání je zachována aktivita COX-1 a protektivní působení prostaglandinů v GIT. Podání meloxikamu ozářeným myším vedlo nejen k podpoře krvetvorby (20), ale i ke zlepšení postiradiačního přežívání, zejména byl-li meloxikam podán v jediné dávce těsně (1 hod) po letálním ozáření (21). Tím byla potvrzena výhodnost použití inhibitorů COX-2 v terapeutickém postiradiačním léčebném schématu.

Nedávnými studiemi Hoggatt et al. znovu otevřeli problematiku účinků hematologických a modifikujících radiací indukované poškození na základě farmakologických intervencí do metabolismu PGE2. Konstatovali, že PGE2 podporuje usídlení, přežívání a metabolismus krvetvorných kmenových buněk. Berouce do úvahy dostupné vědomosti o postiradiační signalizaci prostřednictvím PGE2 jakož i vlastní pokusné výsledky sumarizovali autoři své poznatky tak, že zvýšeného přežívání a stimulace krvetvorby může být u ozářených myší dosaženo podáním jak PGE2, tak také selektivního inhibitoru COX-2 meloxikamu, ale účinnost těchto léčebných modalit závisí na načasování jejich aplikace (22).

ROSTLINNÉ EXTRAKTY

Rostlinné extrakty testované z hlediska schopnosti modulovat radiační poškození savčího organismu zahrnují preparáty z mnoha rostlin. Jejich působení je komplexní a zahrnuje antiemetickou, protizánětlivou, antimikrobiální a antioxidační aktivitu, stimulaci krvetvorby, imunostimulační a chelatační aktivitu jakož i schopnost urychlovat hojení ran. V přehledovém článku z roku 2005 (23) jsou shrnuty účinky extraktů z řady rostlin na proces úpravy radiačního poškození.

Rostlinné extrakty jsou obecně pokládány za úspěšné při léčbě ARS a jejich výzkum pokračuje dodnes. Například bylo zjištěno, že extrakt z Cordyceps sinensis chrání jak proti hematopoetickému, tak gastrointestinálnímu zářením indukovanému poškození. Preiradiační podání extraktu z Podophyllum hexandrum vykázalo radioprotektivní účinnost, která byla dále posílena postiradiační aplikací extraktu z Picrorhiza kurroa. Bylo také zjištěno, že podání semipurifikované frakce z Podophyllum hexandrum, REC-2001, vedlo k významnému prodloužení přežívání letálně ozářených myší. Stimulační účinky na imunitní a krvetvorné tkáně byly zaznamenány u ozářených myší po podání extraktu z Vernonia cinerea. V roce 2016 publikovali Shakeri-Boroujeni et al. výsledky studie, v níž vykázal významný radioprotektivní efekt rostlinný extrakt z Rosa canina, Urtica dioica a Tanacetum vulgare.

ANTIOXIDANTY

V této kapitole bude pojednáno poměrně široké spektrum substancí, většinou přirozeného původu. Jejich společným rysem je jejich schopnost chránit před radiačním poškozením nebo toto poškození léčit vychytáváním zářením indukovaných volných radikálů. Tyto přírodní antioxidanty jsou obecně méně efektivními radioprotektivy ve srovnání s amifostinem a dalšími klasickými chemickými radioprotektivy, ale zároveň jsou většinou mnohem méně toxické (24).

Skupina vitaminu E

Vitamin E představuje několik sloučenin, které dělíme do 2 podskupin nazývaných tokoferoly a tokotrienoly; obě fungují jako důležité antioxidanty. Liší se chemicky: tokotrienoly obsahují tři dvojné vazby ve svém bočním řetězci, zatímco tokoferoly ne. Tokotrienoly mají vyšší antioxidační aktivitu.

Schopnost modulovat ARS byla testována u 3 tokoferolů; α-tokoferol zlepšoval přežívání a potlačoval symptomy ARS při podání jak před ozářením, tak po něm. Royová et al. přiřkli léčebné účinky α-tokoferolu podpoře buňkami zprostředkované imunity. Postiradiační aplikace monoglukosidu α-tokoferolu, derivátu α-tokoferolu, vedla jak ke zvýšenému přežívání myší, tak ke stimulaci krvetvorby. Sukcinát α-tokoferolu byl odhalen jako stimulátor přežívání ozářených myší, včetně těch, které byly vystaveny radiačním dávkám vyvolávajícím gastrointestinální ARS. Singh et al. zjistili, že jeho radioprotektivní účinnost je zprostředkovávána indukcí produkce G-CSF.

Také u 2 tokotrienolů byly posuzovány schopnosti modulovat ARS. δ-tokotrienol vyniká vysokou antioxidační aktivitou, chrání krvetvorbu a zvyšuje přežívání ozářených myší. V posledních letech byla zvýšená pozornost věnována zejména γ-tokotrienolu, dalšímu derivátu vitaminu E s vysokou antioxidační kapacitou. Z perspektivy jeho případného využití v terapii ARS je zdůrazňována výrazná účinnost stimulující krvetvorbu a zlepšující postiradiační přežívání. Kulkarniová et al. zdůrazňují důležitou úlohu G-CSF při zprostředkovávání radioprotektivních účinků γ-tokotrienolu na základě pokusu využívajícího podání protilátek proti G-CSF. Nedávno byla radioprotektivní účinnost γ-tokotrienolu potvrzena rovněž u primátů.

Řadu dalších detailů a literárních citací týkajících se radiobiologických vlastností tokoferolů a tokotrienolů můžeme najít v přehledovém článku z roku 2013 (25). Recentní přehled byl věnován γ-tokotrienolu (26). Autoři konstatují, že pokud jde o postiradiační regeneraci krvetvorby, v modelu na primátech je 1 dávka γ-tokotrienolu bez další podpůrné léčby ekvivalentní vícenásobným dávkám léků Neupogen a Neulasta doprovázeným plnou podpůrnou léčbou zahrnující i krevní deriváty. γ-tokotrienol byl Singhem et al. zařazen mezi „slibné látky v pokročilém stadiu vývoje“.

Sloučeniny obsahující selen

Z hlediska možných radioprotektivních účinků bylo studováno několik sloučeni selenu, z toho nejintenzivněji seleničitan sodný a selenomethionin, přirozeně se vyskytující derivát selenu, který můžeme najít v obilných zrnech a luštěninách. Významný přínos pro přežívání ozářených myší zjistili Weiss et al. (27) po podání selenomethioninu 24 hodin nebo 1 hodinu před ozářením a 15 minut po něm.

Pravděpodobným mechanismem účinku selenomethioninu jakožto radiomitigátoru (látky fungující v postiradiačním terapeutickém režimu) je posílení funkcí imunokompetentních buněk. Existuje poměrně bohatá literatura týkající se schopnosti selenu modulovat radiační poškození, kde je možné najít řadu dalších podrobností. Nedávno publikované poznatky ukazují, že selen chrání proti radiačnímu poškození intestinální tkáně, a naznačují možnost využít sloučeniny selenu v léčbě gastrointestinálního ARS.

Další antioxidanty

Na schopnost modulovat ARS bylo testována i řada dalších antioxidantů. Společnou charakteristikou zde uvedených je nízká toxicita a možnost perorálního podávání.

Aplikace vitaminu C (kyseliny askorbové) je spojená se zlepšením stavu kostní dřeně a zvýšeným přežíváním ozářených myší. Také ozářené myši, jimž byl perorálně podán vitamin A nebo jeho prekurzor, β-karoten, vykázaly redukovanou morbiditu i mortalitu. Nedávno byly publikovány nálezy protektivních účinků kyseliny α-lipoové na radiací poškozené myší tenké střevo, které naznačují možnost použít tuto látku v terapii gastrointestinálního ARS.

Zajímavým příspěvkem k tématu kombinovaného farmakoterapeutického přístupu k modulaci radiačního poškození byla zjištění Wambiho et al., kteří testovali efektivnost potravinového doplňku skládajícího se z L-selenomethioninu, vitaminu C, sukcinátu vitaminu E, kyseliny α-lipoové a N-acetylcysteinu. Tento doplněk stravy vykázal pozitivní vliv na krvetvorbu a přežívání ozářených myší při podání před ozářením paprsky X či po něm nebo byl-li aplikován po ozáření protony.

Antioxidační potravinové doplňky jsou podrobněji rozebrány v samostatném přehledu (28).

DALŠÍ SLOUČENINY TESTOVANÉ JAKO RADIOPROTEKTIVA ČI RADIOMITIGÁTORY

Genistein

Genistein byl izolován ze sóji a jedná se o inhibitor specifické tyrosinkinázy. Jeho účinky v ozářeném organismu jsou pravděpodobně komplexní a zahrnují antioxidační a krvetvorbu modulující efekty.

V práci z roku 2003 konstatovali Landauer et al., že genistein podaný v 1 subkutánní injekci významně zvyšuje přežívání myší. Byl-li aplikován 1× denně po dobu 7 dnů předcházejících celotělovému ozáření, bylo zjištěno komplexní posílení širokého spektra parametrů kostní dřeně a periferní krve. Krvetvorbu stimulující účinky genisteinu byly potvrzeny také po jeho podání v jedné preiradiační dávce. Detaily o způsobech, jimiž genistein modifikuje radiační poškození, jsou shrnuty v samostatném přehledovém článku (29).

Genistein podaný preiradiačně byl rovněž úspěšně kombinován s blokátorem angiotenzin konvertujícího enzymu kaptoprilem. Příznivý účinek byl prokázán stimulovanou krvetvorbou a zvýšeným přežíváním myší, kterým byla kombinace podávána perorálně v pitné vodě 1–30 dnů po ozáření. Zatímco celotělová dávka 8,25 Gy vedla u neléčených myší k nulovému přežívání, podávání samostatného genisteinu zvýšilo přežívání na 72 %, samostatného kaptoprilu na 55 % a kombinace genistein + kaptopril na 95 %. Genisteinu byl udělen status US FDA IND.

Agonisté adenosinových receptorů

V sérii studií na ozářených myších byla použita kombinace dipyridamolu (DP), léku inhibujícího vstup adenosinu do buňky, a adenosinmonofosfátu (AMP), prekurzoru adenosinu, ve snaze posílit receptory zprostředkovaný účinek adenosinu. Výsledky těchto studií jasně ukázaly, že preiradiačně aplikovaná kombinace DP a AMP stimuluje krvetvorbu a zvyšuje přežívání za podmínek jednorázového i frakcionovaného ozáření (30).

Adenosinové receptory existují ve 4 subtypech. Další experimenty, využívající agonisty selektivní pro jednotlivé subtypy, byla zaměřeny na zjištění, který z těchto 4 subtypů je odpovědný za dříve pozorované krvetvorbu stimulující a radioprotektivní efekty neselektivních agonistů. Z nálezů vyplývá, že agonista adenosinových receptorů A3 IB-MECA neboli N6-(3-jodobenzyl)adenosin-5’-N-methyluronamid stimuluje proliferaci krvetvorných progenitorových buněk (31). Následně bylo zjištěno, že IB-MECA podporuje krvetvorbu a krvetvorbu stimulující účinky G-CSF u subletálně ozářených myší. Vzájemně se potencující efekty na hematologické parametry ozářených myší byly pozorovány také při současném podání IB-MECA a inhibitoru COX-2 meloxikamu v postiradiačním léčebném režimu. Tato série pokusů byla zkompletována nálezem, že IB-MECA a meloxikam podané ve témž terapeutickém režimu letálně ozářeným myším zvyšují (a to každý zvlášť i v kombinaci) přežívání zvířat exponovaných radiaci.

Další vybrané sloučeniny

ExRAD (ON 01210.Na, 4-karboxystyryl-4-chlorobenzylsulfon) je novou chemickou látkou s radioprotektivním účinkem na přežívání po subkutánním (32) nebo perorálním podání (33) i na závažnost poškození krvetvorby a gastrointestinálního traktu. Mechanismy radioprotektivních účinků ExRADu zahrnují prevenci p53-dependentní a nedependentní zářením indukované apoptózy, snížené radiační poškození DNA a stimulaci drah PI3-kinázy/AKT v buňkách exponovaných záření. ExRADu byl udělen status US FDA IND.

Metformin, biguanid užívaný při léčbě diabetu 2. typu, nedávno prokázal účinky jako radiomitigátor, byl-li podán 24 hodin po ozáření samotný nebo ve farmakologických kombinacích (34). Metformin je schválen pro humánní použití a má dobře charakterizovaný bezpečnostní profil.

Entolimod (CBLB502) je polypeptidová substance odvozená ze salmonelového flagelinu. Zlepšuje přežívání a chrání proti hematopoetickému a gastrointestinálnímu ARS jak při preiradiačním, tak postiradiačním podání (35). Dalšími zjištěnými vlastnostmi entolimodu jsou jeho schopnost zvyšovat klonogenní potenciál buněk kostní dřeně a redukovat apoptózu v intestinálních kryptách. Entolimod nalezl své využití také ve snížení radiací indukovaného epiteliálního poškození v myším modelu frakcionovaného ozáření hlavy a krku. Bylo rovněž demonstrováno, že G-CSF a IL-6 mohou sloužit jako biomarkery účinnosti entolimodu. Jedná se o důležité pozorování, protože využití biomarkerů může být důležité při dávkové konverzi ze zvířete na člověka, a to zejména ve vztahu k faktu, že také entolimod má status US FDA IND.

FGF-2 je peptid odvozený od vázací domény fibroblastového růstového faktoru. Podání peptidu FGF-2 vedlo k vyléčení významného podílu myší s gastrointestinálním syndromem. Jeho použití zlepšovalo přežívání a repopulaci intestinálních krypt, obnovovalo gastrointestinální funkce a redukovalo zářením indukovanou zvýšenou hladinu endotoxinu v plazmě, jakož i koncentrace prozánětlivých cytokinů (36).

Deng et al. nedávno zjistili, že oktadecenyl thiofosfát, malá molekula napodobující mediátor růstového faktoru kyselinu lyzofosfátovou, chrání jak proti hematopoetickému, tak gastrointestinálnímu ARS (37). Kromě přímého účinku na gastrointestinální a krvetvorné tkáně oktadecenyl tiofosfát redukuje pronikání endotoxinu do krve.

Gastrointestinální ARS byl rovněž cílem radioprotektivního a radiomitigačního farmakologického přístupu využívajícího inhibitory enzymů obsahujících prolylhydroxylázovou doménu (PHD), jejichž podání vyústilo ve stabilizaci hypoxii indukujících faktorů (HIFs), jež chrání důležité buněčné kompartmenty před zářením indukovaným poškozením. Úloha osy PHD/HIF v zářením indukované gastrointestinální toxicitě byla nedávno přezkoumána a procedury využívající PHDs jako stabilizátory HIFs byly navrženy jako nová třída radioprotektiv.

POZNÁMKY KE KUTÁNNÍMU ARS

Kutánní ARS je klinicky relevantní jak u obětí jaderných nehod, tak u radioterapii exponovaných onkologických pacientů. Ve farmakoterapii byly zkoušeny např. topicky nebo systémově podané steroidy. Pro léčení pozdních následků radiačního poškození kůže byla aplikována kombinace pentoxifylinu a vitaminu E. Současné přístupy k léčbě kutánního ARS spočívají také v nefarmakologických metodách, jako jsou lokální injekce mezenchymových kmenových buněk nebo stromálních kmenových buněk odvozených z tukové tkáně.

ZÁVĚR

Farmakologická modulace radiačního poškození má nejen dlouhou historii, ale i perspektivu. Řada substancí se jeví být slibná z hlediska případného zařazení do postupů zaměřených na ovlivnění ARS jak v podobě preiradiačního (protektivního) podání, tak do schémat postiradiačních (terapeutických). Podle mínění autora lze v této souvislosti uvažovat zejména o β-glukanu, 5-AED, meloxikamu, γ-tokotrienolu, genisteinu, agonistovi adenosinových receptorů IB-MECA, ExRADu a entolimodu jako o nejvíce slibných sloučeninách.

Důležitým aspektem úvah o případném využití těchto, případně dalších radioprotektiv a radiomitigátorů v klinické praxi je fakt, že mnohé z nich jsou netoxické (nebo se vyznačují toxicitou pouze velmi nízkou), že mnohdy jsou k dispozici v podobě léků určených pro jiné indikace a jsou často levné i při výrobě většího množství. Dalším výhodou může být možnost kombinace 2 či více léčiv s cílem dále redukovat jejich toxicitu při zachování, nebo dokonce posílení celkového léčebného efektu – v detailech v samostatném přehledném článku (38).

Seznam zkratek

5-AED            5-androstendiol

AMP   adenosinmonofosfát

ARS    akutní radiační syndrom

CBLB502       entolimod

COX   cyklooxygenáza

DP       dipyridamol

ExRAD          ON 01210.Na, 4-karboxystyryl-4-chlorobenzylsulfon

FDA    Úřad pro kontrolu léčiv a potravin, USA (U.S. Food and Drug Administration)

G-CSF            faktor stimulující kolonie granulocytů

GM-CSF         faktor stimulující kolonie granulocytů a makrofágů

IB-MECA      N6-(3-jodobenzyl)adenosin-5’-N-methyluronamid

HIFs    hypoxii indukující faktory

IFN-γ  interferon gama

IL        interleukin

PGE2    prostaglandin E2

PHDs  prolylhydroxylázové domény

rhG-CSF         rekombinantní lidský faktor stimulující kolonie granulocytů

rhIL-11           rekombinantní lidský interleukin 11

TDM   trehalóza-dimykolát

TPO    trombopoetin

WR-2721        amifostin

Adresa pro korespondenci:

doc. MUDr. Michal Hofer, CSc.

Biofyzikální ústav AV ČR, v. v. i.

Královopolská 135, 612 65  Brno

Tel.: 541 517 171, 541 517 161

e-mail: hofer@ibp.cz


Zdroje
  1. Pospíšil M, Šandula J, Pípalová I et al. Hemopoiesis stimulating and radioprotective effects of carboxymethylglucan. Physiol Res 1991; 40: 377–380.
  2. Hérodin F, Roy L, Grenier N et al. Antiapoptotic cytokines in combination with pegfilgrastim soon after irradiation mitigate myelosuppression in nonhuman primates exposed to high radiation dose. Exp Hematol 2007; 35: 1172–1181.
  3. Hirouchi T, Ito K, Nakano M et al. Mitigative effects of a combination of multiple pharmaceutical drugs on the survival of mice exposed to lethal ionizing radiation. Curr Pharm Biotechnol 2015; 17: 190–199.
  4. Singh VK et al. Colony-stimulating factors for the treatment of the hematopoietic compartment of the acute radiation syndrome (H-ARS): a review. Cytokine 2015; 71: 22–37.
  5. Wasserman TH, Brizel DM. The role of amifostine as a radioprotector. Oncology (Williston Park) 2001; 15: 1349–1354.
  6. Hofer M, Pospíšil M. Glucan as stimulator of hematopoiesis in normal and gamma-irradiated mice. A survey of the authors’ own results. Int J Immunopharmacol 1997; 19: 607–609.
  7. Hofer M, Pospíšil M. Modulation of animal and human hematopoiesis by β-glucans: a review. Molecules 2011; 16: 7969–7979.
  8. Stickney DR, Dowding C, Garsd A et al. 5-androstenediol stimulates multilineage hematopoiesis in rhesus monkeys with radiation-induced myelosuppression. Int Immunopharmacol 2006; 6: 1706–1713.
  9. Stickney DR, Groothuis JR, Ahlem C et al. Preliminary clinical findings on Nemune as a potential treatment for acute radiation syndrome. J Radiol Prot 2010; 30: 687–698.
  10. Ainsworth EJ, Hatch MH. Decreased X-ray mortality in endotoxin-treated mice. Radiat Res 1957; 9: 84–84.
  11. Fedoročko P, Brezáni P. Radioprotection of mice by the bacterial extract Broncho-Vaxom – comparison of survival 5 inbred mouse strains. Int J Immunother 1992; 8: 185–190.
  12. Madonna GS, Ledney GD, Elliot TB et al. Trehalose dimycolate enhances resistance to infection in neutropenic animals. Infect Immun 1989; 57: 2495–2501.
  13. Crescenti EJV, Croci M, Medina VA et al. Radioprotective potential of a novel therapeutic formulation of oligoelements Se, Zn, Mn plus Lachesis muta venom. J Radiat Res 2009; 50: 537–544.
  14. Crescenti EJV, Medina VA, Croci M et al. Radioprotection of sensitive rat tissues by oligoelements Se, Zn, Mn plus Lachesis muta venom. J Radiat Res 2011; 52: 557–567.
  15. Liu W, Chen Q, Wu S et al. Radioprotector WR-2721 and mitigating peptidoglycan synergistically promote mouse survival through the amelioration of intestinal and bone marrow damage. J Radiat Res 2015; 56: 278–286.
  16. Li N, Shen X, Liu Y et al. Isolation, characterization, and radiation protection of Sipunculus nudus L. polysaccharide. Int J Biol Macromol 2016; 83: 288–296.
  17. Hanson WR, Ainsworth EJ. 16,16-dimethyl prostaglandin E2 induces radioprotection in murine intestinal and hematopoietic stem-cells. Radiat Res 1985; 103: 196–203.
  18. Kurland J, Moore MAS. Modulation of hemopoiesis by prostaglandins. Exp Hematol 1977; 7: 119–126.
  19. Hofer M, Pospíšil M, Hoferová Z et al. Stimulatory action of cyclooxygenase inhibitors on hematopoiesis: a review. Molecules 2012; 17: 5615–5625.
  20. Hofer M, Pospíšil M, Znojil V et al. Meloxicam, a cyclooxygenase-2 inhibitor, supports hematopoietic recovery in gamma-irradiated mice. Radiat Res 2006; 166: 556–560.
  21. Hofer M, Pospíšil M, Dušek L et al. A single dose of an inhibitor of cyclooxygenase 2, meloxicam, administered shortly after irradiation increases survival of lethally irradiated mice. Radiat Res 2011; 176: 269–272.
  22. Hoggatt J, Singh P, Stilger KN et al. Recovery from hematopoietic injury by modulating prostaglandin E2 signaling post-irradiation. Blood Cells Mol Dis 2013; 50: 147–153.
  23. Arora R, Gupta D, Chawla R et al. Radioprotection by plant products: present status and future prospects. Phytother Res 2005; 19: 1–22.
  24. Weiss JF, Landauer MR. Radioprotection by antioxidants. Ann NY Acad Sci 1998; 899: 44–60.
  25. Singh VK, Beattie LA, Seed TM. Vitamin E: tocopherols and tocotrienols as potential radiation countermeasures. J Radiat Res 2013; 54: 973–988.
  26. Singh VK, Hauer-Jensen M. Gamma-tocotrienol as a promising countermeasure for acute radiation syndrome: current status. Int J Mol Sci 2016; 17: 663.
  27. Weiss JF, Srinivasan V, Kumar KS, Landauer MR. Radioprotection by metals: selenium. Adv Space Res 1992; 12: 223–231.
  28. Weiss JF, Landauer MR. History and development of radiation-protective agents. Int J Radiat Biol 2009; 85: 539–573.
  29. Landauer MR. Radioprotection by the soy isoflavone genistein. In: Arora R (ed.). Herbal Radiomodulators: Applications in Medicine, Homeland Defence and Space. Cabi, Wallingford, 2008: 163–173.
  30. Pospíšil M, Hofer M, Znojil V et al. Radioprotection of mouse hemopoiesis by dipyridamole and adenosine monophosphate in fractionated treatment. Radiat Res 1995; 142: 16–22.
  31. Hofer M, Pospíšil M, Weiterová L, Hoferová Z. The role of adenosine receptor agonists in regulation of hematopoiesis. Molecules 2011; 16: 675–585.
  32. Ghosh SP, Perkins MW, Hieber K et al. Radiation protection by a new chemical entity, Ex-Rad™: efficacy and mechanisms. Radiat Res 2009; 171: 173–179.
  33. Suman S, Datta K, Doiron K et al. Radioprotective effects of ON 01210.Na upon oral administration. J Radiat Res 2012; 53: 368–376.
  34. Miller RC, Murley JS, Grdina DJ. Metformin exhibits radiation countermeasures efficacy when used alone or in combination with sulfhydryl containing drugs. Radiat Res 2014; 181: 464–470.
  35. Burdelya LG, Krivokrysenko VI, Tallant TC et al. An agonist of toll-like receptor 5 has radioprotective activity in mouse and primate models. Science 2008; 320: 226–230.
  36. Zhang L, Sun W, Wang J et al. Mitigation effect of an FGF-2 peptide on acute gastrointestinal syndrome after high-dose ionizing radiation. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2010; 77: 261–268.
  37. Deng W, Kimura Y, Gududuru V et al. Mitigation of the hematopoietic and gastrointestinal acute radiation syndrome by octadecenyl thiophosphate, a small molecule mimic of lysophosphatidic acid. Radiat Res 2015; 183: 465–475.
  38. Hofer M, Hoferová Z, Depeš D, Falk M. Combining pharmacological countermeasures to attenuate the acute radiation syndrome – a concise review. Molecules 2017; 22: 834.
Štítky
Adiktológia Alergológia a imunológia Angiológia Audiológia a foniatria Biochémia Dermatológia Detská gastroenterológia Detská chirurgia Detská kardiológia Detská neurológia Detská otorinolaryngológia Detská psychiatria Detská reumatológia Diabetológia Farmácia Chirurgia cievna Algeziológia Dentální hygienistka

Článok vyšiel v časopise

Časopis lékařů českých

Najčítanejšie tento týždeň
Najčítanejšie v tomto čísle
Kurzy

Zvýšte si kvalifikáciu online z pohodlia domova

Získaná hemofilie - Povědomí o nemoci a její diagnostika
nový kurz

Eozinofilní granulomatóza s polyangiitidou
Autori: doc. MUDr. Martina Doubková, Ph.D.

Všetky kurzy
Prihlásenie
Zabudnuté heslo

Zadajte e-mailovú adresu, s ktorou ste vytvárali účet. Budú Vám na ňu zasielané informácie k nastaveniu nového hesla.

Prihlásenie

Nemáte účet?  Registrujte sa