Μελέτη ανάπτυξης μοντέλων αξιολόγησης δομής-δραστικότητας νέων μεταλλοφαρμάκων βαναδίου και ψευδαργύρου με βάση μοριακούς βιοδείκτες ινσουλινομίμησης στο διαβήτη τύπου ΙΙ
Authors: Τσαβέ Όλγα 
Published: September 2021

Ο Σακχαρώδης Διαβήτης (ΣΔ) αντιπροσωπεύει ομάδα μεταβολικών νοσημάτων με κοινό χαρακτηριστικό τα υψηλά επίπεδα γλυκόζης στο αίμα. Η υπεργλυκαιμία εμφανίζεται ως το καταληκτικό χαρακτηριστικό μετά από μια σειρά παθολογικών καταστάσεων που σχετίζονται άμεσα ή έμμεσα με την αδυναμία ή\και ανεπάρκεια παραγωγής της ινσουλίνης. Με βάση την αιτιοπαθογένεια της νόσου, ο ΣΔ διακρίνεται κυρίως σε ινσουλινο-εξαρτώμενο (Διαβήτης τύπου 1) και μη (Διαβήτης τύπου 2). Ο διαβήτης τύπου 2 αντιστοιχεί περίπου στο 90% των διαγνωσμένων περιπτώσεων παγκοσμίως. Τα θεραπευτικά πρωτόκολλα που ακολουθούνται για τη θεραπεία των συμπτωμάτων της νόσου παρουσιάζουν αρκετά μειονεκτήματα, τα οποία αφορούν α) στο αυξημένο stress ασθενών που λαμβάνουν εξωγενώς ινσουλίνη, με αποτέλεσμα την υποβάθμιση της ποιότητας ζωής τους, και β) σε πληθώρα παρενεργειών από τα υποκατάστατα ινσουλίνης. Η ραγδαία αύξηση της νόσου, η έκταση και η σοβαρότητα των επιπλοκών που εμφανίζονται σχεδόν σε όλα τα συστήματα του οργανισμού, σε συνδυασμό με την έλλειψη αποτελεσματικότητας των σημερινών θεραπευτικών παραγόντων, εγείρουν την ανάγκη για εύρεση νέων ινσουλινομιμητικών φαρμάκων. Ιδιαίτερα πιθανή σύνδεση μεταξύ του ΣΔ και της παχυσαρκίας αποτελεί ο λιπώδης ιστός, ο οποίος αποθηκεύει ενέργεια με τη μορφή τριγλυκεριδίων και απελευθερώνει ελεύθερα λιπαρά οξέα, ενώ παράλληλα δρα ως ενδοκρινές όργανο. Επιπλέον, η συσσώρευση του λιπώδους ιστού, κατά την παχυσαρκία, σχετίζεται με την ανοχή που παρατηρείται στην ινσουλίνη. Στο πλαίσιο αυτό, στόχος της παρούσας μελέτης αποτέλεσε η αξιολόγηση της δράσης γνωστών ινσουλινομιμητικών μεταλλοϊόντων στο μεταβολικό μονοπάτι της ινσουλίνης με έμφαση στη λιπογένεση (αδιπογένεση), η οποία αποτελεί κύρια δράση της ινσουλίνης. Η ανάπτυξη εν δυνάμει μεταλλοφαρμάκων ικανών να προκαλέσουν αδιπογένεση προ-λιποκυττάρων σε ώριμα λιποκύτταρα στηρίζεται στο σχεδιασμό μεταλλο-οργανικών μορφών των μεταλλοϊόντων Ζn(II), V(IV,V) και Cr(III) με κατάλληλα δομικά διαμορφωμένα οργανικά υποστρώματα που επάγουν διαφοροποίηση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους σε βιολογικό επίπεδο. Ο ψευδάργυρος αποτελεί ενδογενές ιχνοστοιχείο, το οποίο συμμετέχει σε πολυάριθμες ενδοκυττάριες διεργασίες, όπως η σύνθεση και έκκριση ινσουλίνης, στην επαγωγή ενδοκυττάριας πρόσληψης της γλυκόζης, ενώ έχει δειχθεί ότι δρα σε διάφορα σημεία του σηματοδοτικού μονοπατιού που ενεργοποιείται από την ινσουλίνη. Ωστόσο, δεν είναι ακόμα πλήρως αποσαφηνισμένος ο α) τρόπος με τον οποίο ο ψευδάργυρος μιμείται ή αντικαθιστά τη δράση της ινσουλίνης καθώς, και β) βαθμός συσχέτισης της μορφής του ψευδαργύρου σε σχέση με τη βιοδραστικότητα που επιδεικνύει. Το χρώμιο έχει δειχθεί ότι επιτελεί κεντρικό ρόλο στο μεταβολισμό των υδατανθράκων, ενισχύοντας τη δράση της ινσουλίνης και άρα την ευαισθησία σε αυτή, με αποτέλεσμα τη μακροχρόνια θεραπεία του σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2. Το βανάδιο έχει περιγραφεί τόσο ως μη απαραίτητο θρεπτικό συστατικό όσο και ως συστατικό το οποίο απαιτείται σε πάρα πολύ μικρές ποσότητες και δεν έχει βρεθεί ακόμη κάποιος φυσιολογικός ρόλος του ως ιχνοστοιχείου στον άνθρωπο. O μηχανισμός δράσης του βαναδίου στον γλυκαιμικό έλεγχο σχετίζεται αρχικά με αυτόν της ινσουλίνης, αλλά και με την επαναρρύθμιση των υποδοχέων της ινσουλίνης. Πολυάριθμες έρευνες έχουν διεξαχθεί με σκοπό την κατανόηση της σχέσης μεταξύ βαναδίου και ΣΔ, καθώς έχει δειχθεί ότι το βανάδιο μιμείται την πλειοψηφία των άμεσων επιδράσεων της ινσουλίνης, όπως είναι η πρόσληψη της γλυκόζης και η ενεργοποίηση μονοπατιών καταβολισμού της.Για το σκοπό αυτό, σχεδιάστηκαν, συντέθηκαν και χαρακτηρίστηκαν φυσικοχημικά (κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, αναλυτικές τεχνικές, φασματοσκοπίες NMR, FT-IR, TGA-DTG, ESI-MS, κ.ά.) α) ειδικά δομημένοι οργανικοί υποκαταστάτες, και β) μια οικογένεια από καλώς καθορισμένες σύμπλοκες ενώσεις [Ζn(II), V(IV,V) και Cr(III)]. Για τη διερεύνηση της δομο-εξαρτώμενης και μεταλλο-εξαρτώμενης βιολογικής δραστικότητας των νεοσυντιθέμενων μορφών (Ζn(II), V(IV,V) και Cr(III)) χρησιμοποιήθηκε η κυτταρική σειρά λιπώδους ιστού, 3Τ3-L1, όπου πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση του α) (α)τοξικού χαρακτήρα των υπό μελέτη υλικών, β) αδιπογενετικού δυναμικού, γ) βαθμού επιρροής στην έκφραση γονιδίων που σχετίζονται άμεσα ή έμμεσα με την κυτταρική διαφοροποίηση (PPAR-γ) και την ενδοκυττάρια πρόσληψη γλυκόζης (GLUT 1, 4), και 4) την έκφραση των γονιδίων της γλυκοκινάσης και αδιπονεκτίνης. Τα αποτελέσματα α) υποδεικνύουν σαφή σχέση δομής-βιολογικής δραστικότητας (κυτταρική επιβίωση, μεταναστευτικότητα, αδιπογένεση) των διακριτών μορφών Ζn(II), V(IV,V) και Cr(III), και β) θέτουν τα θεμέλια για την ανάπτυξη μοριακής τεχνολογίας αντιμετώπισης της υπεργλυκαιμίας μέσω ατοξικών, βιοδιαθέσιμων δραστικών μορφών Ζn(II), V(IV,V) και Cr(III).Περαιτέρω έρευνα στο ευρύτερο πεδίο περιφερικής νευροπάθειας και νευροτοξικότητας οδήγησε στο κεντρικό νευρικό (ΚΝΣ) και περιφερικό νευρικό (ΠΝΣ) σύστημα. Πρόκειται ιδιαίτερα ευάλωτους ιστούς, καθώς είναι εύκολα προσβάσιμοι σε πληθώρα καταπονητικών παραγόντων. Στην περίπτωση αυτή εξετάσθηκαν συγκεκριμένα μεταλλοϊόντα, ενδογενή ή μη, εν δυνάμει τοξικά για το νευρικό σύστημα ως συνάρτηση της συγκέντρωσής τους ή κατά τη διατάραξη της ομοιόστασής τους. Για την αξιολόγηση της επίδρασης των μεταλλοϊόντων αυτών (κοβάλτιο, δημήτριο, αργίλιο, χρώμιο, χαλκός καθώς και αντικαρκινικά φάρμακα με βάση το λευκόχρυσο) χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο του απομονωμένου ισχιακού νεύρου των θηλαστικών (επίμυες ex vivo). Το μοντέλο βασίζεται στο συσχετισμό της βιωσιμότητας με τη γένεση δυναμικών δράσης από διεγερμένες νευρικές ίνες. Η αξιολόγηση της βιωσιμότητας πραγματοποιείται μέσω της παραγωγής Σύνθετου Δυναμικού Ενέργειας (ΣΔΕ). H in vitro αξιολόγηση της δράσης των μεταλλοϊόντων πραγματοποιήθηκε σε πρωτογενείς καλλιέργειες ιπποκαμπιαίου ιστού. Η αρχική αξιολόγηση της ενδεχόμενης τοξικής δράσης των υπό μελέτη μεταλλοϊοντικών ενώσεων έγινε σε υψηλές συγκεντρώσεις (500 μΜ). Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι ο Fe(III) και το Al(III) δεν είναι τοξικά, καθόσον το ΣΔΕ ενέργειας δεν επηρεάζεται καθ’ όλη τη διάρκεια του πειράματος. Επιπλέον, το Co(II) και το Ce(III) φαίνεται να μην επηρεάζουν ιδιαίτερα τη βιωσιμότητα των νευρικών ινών. Αντίθετα, ο Cu(II) και το Cr(VI) μειώνουν σημαντικά τη βιωσιμότητα των νευρικών ινών με δοσο-εξαρτώμενο τρόπο. Η παρατήρηση αυτή αποδίδεται στην παραγωγή ROS, δεδομένου ότι αμφότερα μεταλλοϊόντα είναι οξειδοαναγωγικά ενεργά. Επιπρόσθετα, αξιολογήθηκε η ενδεχόμενη νευροπροστατευτική δράση των ενώσεων Ν-ακετυλ-κυστεΐνη (NAC) και του χηλικοποιητικού μορίου EDTA. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν σαφή νευροπροστατευτική δράση του EDTA, ενώ η NAC δεν έχει καμία επίδραση στην προκαλούμενη από το χαλκό τοξικότητα. Τα ίδια αποτελέσματα προκύπτουν και από την in vitro αξιολόγηση. Τέλος, τα αντικαρκινικά οξαλιπλατίνα και cis-πλατίνη φαίνεται να επηρεάζουν τα τασεοελεγχόμενα κανάλια καλίου καθώς εμφανίζονται δευτερογενείς επαναπολωτικές φάσεις. Συνολικά, η δομο- και μεταλλο-εξαρτώμενη συμπεριφορά των νεοσυντιθέμενων ενώσεων σε κλινικά απαιτητικές παθολογίες αντικατοπτρίζουν την ύπαρξη συγκεκριμένων φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των οργανικών υποστρωμάτων που όταν είναι παρόντα επηρεάζουν ουσιαστικά τη βιολογική δραστικότητα των μεταλλοϊόντων (ΣΔ και περιφερική νευροπάθεια). Οι ανακαλύψεις στο πεδίο αυτό μέσω της παρούσας διδακτορική διατριβής φέρουν στο φως ουσιαστικές γνώσεις που προσφέρουν προοπτική για περαιτέρω έρευνα και χρήση ασφαλών μεταλλοφαρμάκων για την αντιμετώπιση αποκλινουσών κυτταρικών διεργασιών στην ανθρώπινη φυσιολογία.