2,4 Dinitrofenol como medicina

Resumen

En la santidad del descubrimiento de drogas puras, el razonamiento objetivo puede nublarse cuando se persiguen ideas que parecen poco ortodoxas, pero que son perfectas fisiológicamente. Para poner esto en perspectiva histórica, fue una idea poco ortodoxa en la década de 1950 sugerir que la warfarina, un veneno para ratas, podría reposicionarse en un fármaco revolucionario en humanos para proteger contra los derrames cerebrales como diluyente de la sangre. Sin embargo, fue aprobado en 1954 como Coumadin y se ha prescrito a miles de millones de pacientes como estándar de atención. Del mismo modo, nadie puede olvidar los terribles efectos de la talidomida, recetada o disponible sin receta médica, como una píldora para dormir y un medicamento contra las "náuseas matutinas" dirigido a mujeres embarazadas en la década de 1950. Los "bebés de talidomida" se convirtieron en el ejemplo de la necesidad de pautas estrictas por parte de la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) o pruebas completas de teratogenicidad de múltiples especies antes de la aprobación del medicamento. Más recientemente se descubrió que la talidomida es útil en el tratamiento de la enfermedad de injerto contra huésped, la lepra y el tratamiento resistente a la tuberculosis, y como agente antiangiogénesis como fármaco innovador para el mieloma múltiple (excepto para pacientes embarazadas).

Décadas de investigación sobre el descubrimiento de fármacos para la diabetes se ha centrado históricamente en todos los ángulos posibles, excepto en el lado de la ecuación, es decir, aumentar el gasto de energía mitocondrial con desacopladores químicos. La idea de "responsabilidad social" permitió explorar los agentes de entrada de energía y el portafolio es robusto con medicamentos de sensibilizadores de insulina, análogos de insulina, secretagogos, inhibidores de SGLT2, etc., pero no medicamentos de salida de energía. ¿La razón principal? Parecía poco ortodoxo, volver a explorar una plataforma de drogas utilizada en la década de 1930 en más de 100.000 pacientes obesos. Esto fue hace más de 80 años y antes de que el Dr. Peter Mitchell explicara el mecanismo de cómo los desacopladores mitocondriales, como el 2,4-dinitrofenol (DNP), funcionaron tres décadas más tarde, en 1961. Aunque existe una clara aplicación para la enfermedad metabólica, no fue hasta hace poco que esta plataforma fue explorada por su mérito a dosis muy bajas y de peso neutro, para el tratamiento de enfermedades humanas insidiosas y sin relación alguna con la reducción de peso.

Se sabe que los desacopladores mitocondriales se dirigen específicamente a toda la fisiología del orgánulo de forma no genómica. Se sabe desde hace años que muchas enfermedades neuromusculares y neurodegenerativas están asociadas con la producción manifiesta de especies reactivas de oxígeno (ROS), un aumento de los isoprostanos (biomarcador de ROS mitocondriales en la orina o la sangre) y una mala administración de calcio (Ca 2+). También se sabe que los desacopladores mitocondriales disminuyen la producción de ROS y la sobrecarga de Ca 2+. Existe evidencia de que la elevación de los isoprostanos precede al inicio de la enfermedad, en la enfermedad de Alzheimer (EA). También es curioso, por qué tantas enfermedades neurodegenerativas de etiología conocida y desconocida comienzan en la mitad de la vida o más tarde, como la esclerosis múltiple (EM), la enfermedad de Huntington (HD), la EA, la enfermedad de Parkinson y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). ¿Existe una relación con la acumulación de mutaciones que se secuestran con el tiempo debido a que las ROS exceden la tasa de reparación? Si se gestionara la producción de ROS, ¿podría retrasarse o prevenirse el inicio de la enfermedad debido al envejecimiento? ¿Es posible que la mayoría, si no todas las enfermedades neurodegenerativas se manifiestan a través de la disfunción mitocondrial?

El DNP, un desacoplador mitocondrial histórico, se usó en la década de 1930 en altas dosis para la obesidad en más de 100.000 humanos, y hasta ahora, nunca ha sido un medicamento aprobado por la FDA. Esta revisión se centrará en la aplicación del uso de DNP, pero ahora, reposicionada como un posible fármaco modificador de la enfermedad para una legión de enfermedades insidiosas en dosis mucho más bajas y, paradójicamente, de peso neutral. El DNP se abordará como un tratamiento para la "metabesidad", un término emergente relacionado con las comorbilidades globales asociadas con el fenotipo sobrenutricional; obesidad, diabetes, esteatohepatitis no alcohólica (NASH), síndrome metabólico, enfermedad cardiovascular, pero que incluyen trastornos neurodegenerativos y envejecimiento acelerado. Se discutirán algunos hallazgos inesperados de medicamentos, como la inducción de DNP de factores de crecimiento neurotróficos involucrados en la salud neuronal, el aprendizaje y la cognición. Por primera vez en los años 80, la FDA otorgó (a Mitochon Pharmaceutical, Inc., Blue Bell, PA, EE. UU.) una aprobación abierta de Investigaciones de Nuevos Medicamentos (IND) para comenzar pruebas clínicas rigurosas de DNP para seguridad y tolerabilidad, incluso para el primer perfil farmacocinético en humanos. La finalización exitosa del ensayo clínico de Fase I abrirá la puerta para explorar los méritos del DNP como un posible tratamiento de personas con muchas necesidades médicas realmente insatisfechas, incluidas aquellas que padecen HD, MS, PD, AD, ALS, distrofia muscular de Duchenne (DMD) y lesión cerebral traumática (TBI).

1. El panorama general

Las mitocondrias se encuentran en todas las células humanas, (excepto los glóbulos rojos maduros), que viven simbióticamente dentro de la célula, tienen su propio ADN, se dividen independientemente por fisión, crecen por fusión o son mitigados por mitofagia, utilizando ambas proteínas codificadas por genes nucleares o sus ADN propio para apoyar su estructura y función. Son esenciales para la vida de una célula, al generar ATP a partir de los alimentos que comemos. Las mitocondrias tienen muchas más funciones que son menos apreciadas, como el depósito de almacenamiento de calcio para mantener bajos los niveles de calcio citosólico. Son los únicos orgánulos con un entorno de pH básico debido a las exclusivas bombas de protones que generan ~ 1 diferencia de pH de adentro hacia afuera y, por lo tanto, generan el gradiente electroquímico de protones (Δtu˜H+) impulsando la producción de ATP. Todos los otros orgánulos celulares (núcleo, lisosomas, peroxisomas) y el espacio citosólico tienen ambientes ácidos de pH. Por lo tanto, si una molécula es un catión como el bromuro de etidio (EtBr) o calcio (Ca 2+ ) o ácidos débiles que son transportadores de un catión de hidrógeno (H +) como desacopladores químicos mitocondriales, entonces se dirigen preferentemente a las mitocondrias. De hecho, aunque EtBr se usa comúnmente en biología molecular como una mancha fluorescente de ADN intercalante, en la bioenergética mitocondrial, las dosis bajas promueven el daño preferencial del ADN mitocondrial y, posteriormente, la mitofagia sobre el daño del ADN nuclear. Por lo tanto, EtBr se utiliza como una herramienta para este propósito en estudios bioenergéticos para ver los efectos de una población mitocondrial más baja en la homeostasis de la célula. La bioenergética mitocondrial está bien conservada entre los mamíferos, por lo que un "efecto" farmacológico en las mitocondrias del ratón debería tener un efecto similar en las mitocondrias humanas.

En una célula de funcionamiento normal, la población de mitocondrias es en gran medida homogénea. Con buena salud, la producción de ROS es baja, la producción de ATP es alta, el Ca 2+ libre es bajo en el citosol y el almacenamiento de Ca 2+ en las mitocondrias es alto, pero está bajo control. Hay un umbral para la capacidad de almacenamiento de Ca 2+. Una célula en un estado de disfunción mitocondrial tiene un mosaico de capacidad mitocondrial. Bajo la disfunción mitocondrial, la producción de ATP puede ser variable y la producción de ROS más alta. Las enfermedades asociadas con la respuesta de proteína desplegada (UPR) pueden causar estrés en el retículo endoplásmico (ER) y hacer que la ER inunde el citosol con Ca 2+. Este Ca 2+ libre elevado en el citosol, es transportado por el " uniportador de Ca 2+ " a la matriz mitocondrial. Los niveles de calcio pueden exceder la capacidad de almacenamiento, induciendo la formación de poros de transición de permeabilidad mitocondrial (mPTP), permitiendo que las moléculas de matriz mitocondrial tóxicas se filtren en el citosol para activar las vías apoptóticas de muerte celular programada (como se ve en HD, TBI, síndrome de Wolfram, DMD, epilepsia, PD, etc.). Esto establece una cascada de destrucción mitocondrial ya que las mitocondrias vecinas están obligadas a tomar Ca 2+, pero ya están en su capacidad umbral, por lo que luego abren el mPTP y eventualmente la célula (neurona, miotubo, etc.) sufre apoptosis. Algunas enfermedades en particular, como la epilepsia, DMD, TBI y aquellas asociadas con proteínas mal plegadas (PD, AD, HD, etc.) están asociadas con el estrés ER y la sobrecarga de Ca 2+ .

Cuando las ROS se forman como un subproducto de la respiración en condiciones normales, el mecanismo natural de defensa antioxidante las mantiene seguras a niveles bajos. Cuando hay una gran producción de ROS, atacan todo en la célula, incluidas las proteínas, el ADN y los lípidos. Cuando los ROS atacan los lípidos, se forma un doble enlace que puede detectarse fácilmente en una subpoblación de moléculas similares a las prostaglandinas llamadas isoprostanos. Los isoprostanos se pueden medir en los tejidos, pero son particularmente relevantes para los estudios clínicos porque se pueden monitorear de forma no invasiva en sangre y orina y son un biomarcador conocido de ROS y disfunción mitocondrial en una multitud de enfermedades humanas, como HD, síndrome de Rett, epilepsia, AD, PD, DMD / BMD, enfermedades poliquísticas renales, etc.

Los medicamentos que disminuyen los ROS deben disminuir los isoprostanos en la orina/sangre como un biomarcador para resolver el estrés celular. Dado que la fisiología mitocondrial es central para muchas funciones celulares, como gobernar la producción de energía para la célula, la ubicación de almacenamiento de Ca 2+ para la señalización celular adecuada, gobernando su propio número por célula por fisión/fusión, etc., pero también genera el en la mayoría de los ROS, una población mitocondrial disfuncional que podría ser muy perjudicial para la célula. Por lo tanto, una "población" mitocondrial sana es de suma importancia. La fisiología de la célula y las mitocondrias de mal funcionamiento podrían estar detrás de muchas enfermedades de etiología conocida y desconocida, ya que impactan en muchas vías celulares.

2. Los efectos pleiotrópicos del DNP y otros desacopladores

La modulación del potencial de membrana por los desacopladores mitocondriales tiene un efecto inicial basado exclusivamente en la física con la liberación del protón (H +), pero este efecto cae en cascada en la remodelación celular que parece antienvejecimiento. Dado que la mayoría de las enfermedades tienen un efecto pleiotrópico, un fármaco que también tiene un efecto pleiotrópico a favor de la supervivencia puede ser útil para combatir el "fuego con fuego".

3. ROS

Mientras que los antioxidantes intentan neutralizar las ROS después de que se han creado, los desacopladores en realidad evitan la producción abierta de ROS, un punto de intervención potencialmente más efectivo. Esta idea fue revisada exhaustivamente por la Dra. Alicia Kowaltowski, de Souza-Pinto, Carolina del Norte, Castilho, RF y AE Vercesi (2009), quienes analizaron los beneficios colectivos de mejorar las tasas respiratorias mediante el desacoplamiento leve, de la siguiente manera: (1) Aumento: El consumo de O 2 previene la formación de aniones radicales superóxido (O 2 -) al disminuir la tensión de O 2 en el microambiente, (2) Favorece niveles más oxidados de intermedios de la cadena respiratoria, como en el Complejo I y III, conocido como una fuente sustancial de ROS, (3) El desacoplamiento mantiene los niveles de NADH más bajos, lo que evita la formación de ROS por las flavoproteínas de la matriz mitocondrial, y (4) Reduce el potencial de membrana mitocondrial (ΔΨ), una condición que desfavora termodinámicamente el flujo inverso del Complejo II a I, disminuyendo así formación de ROS. El desacoplamiento químico mitocondrial imita un fenómeno natural denominado "fuga de protones". Los protones que podrían utilizarse para un trabajo útil (fosforilación oxidativa) o el "acoplamiento" del evento electrónico en la síntesis de ATP, en cambio, se filtran a través de la membrana mitocondrial y se pierden en forma de calor. De hecho, el 25% de la energía basal del cuerpo se pierde por este mecanismo y se cree que reduce el envejecimiento al disminuir la producción de ROS. Los desacopladores químicos funcionan al tener las propiedades de ser un ácido débil con específicamente un protón disociable (H +), que viaja por el único orgánulo que tiene un entorno básico de pH, la matriz mitocondrial. En un entorno ácido, el DNP está en una forma neutra protonada pero es portador de un protón, hidrógeno (H +), y posee la propiedad de poder disociarse y liberar su protón al ingresar al entorno básico de pH de la matriz. Al salir de la matriz, ahora en su forma aniónica cargada negativamente, el DNP vuelve a protonarse en forma neutra en el ambiente ácido del espacio citosólico de las mitocondrias, con lo cual regresa a la matriz para liberar otro protón (H +). Dado que la fosforilación oxidativa requiere que H + regrese a la matriz, pero solo a través del canal de membrana de la ATP sintasa para sintetizar ATP, el proceso de un protón que evita este canal se considera "desacoplado". Este cambio en el gradiente de protones (fuerza motriz de electrones) provoca una caída momentánea en el potencial, causando compensación con un aumento en todos los procesos relacionados con el sistema de transporte de electrones en la dirección hacia adelante. El potencial de membrana nunca regresa completamente al equilibrio o se restablece mientras está presente un desacoplador químico. Es esencial tener en cuenta que los desacopladores químicos mitocondriales no son inhibidores del sistema de transporte de electrones, sino potenciadores. El sistema debe permanecer completamente funcional para que el gasto de energía se mantenga sin inhibir ninguno de los complejos o la ATP sintasa. Ya en 1933 se estableció que la fuente de energía mitocondrial proviene específicamente de la oxidación de lípidos y azúcares, pero no del catabolismo de las proteínas. No fue establecido hasta 1961 por el Premio Nobel, Dr. Peter Mitchell, cómo los desacopladores mitocondriales modifican la fosforilación oxidativa.

Partiendo de los hallazgos de Miwa, S. y MD Brand (2003) en las mitocondrias aisladas de Drosophila, la fisiología de la producción de ROS es muy sensible a los desacopladores químicos al disminuir ligeramente el potencial de membrana. Caldeira da Silva, C., Cerqueira, F. , Barbosa, L., Medeiros, M. y A. Kowaltowski (2008), ejercitaron la idea in vivo al poner DNP en el agua potable de una colonia de ratones albinas para ver qué pasa. Se proporcionó DNP a partir de las 18 semanas de edad hasta su muerte natural (mas 500 días con el medicamento), a una dosis de ~ 100 μg/día (dosis equivalente humana (HED) de 0.45 mg/día) o aproximadamente 600 veces menor que la dosis diaria común para la obesidad en la década de 1930 de 300 mg /día. La consecuencia fue que los ratones con DNP vivieron más tiempo que los del agua sola (placebo). Se usó un subgrupo después de 1 o 5 meses de tratamiento con DNP para posiblemente revelar las razones del aumento de la longevidad. Estos ratones habían disminuido significativamente los triglicéridos, la glucosa y la insulina, y las proteínas menos oxidadas y ADN circulante en el cerebro, el hígado y el músculo debido a menor producción de de peróxido de hidrógeno (H 2 O 2). El punto sobresaliente es que un pequeño desacoplamiento mitocondrial bajo regímenes crónicos puede tener un gran efecto en el bienestar e incluso retrasar el envejecimiento.

4. Sobrecarga de calcio

Más allá del componente ROS, el canal para la entrada de Ca 2+ en las mitocondrias, el "uniportador de calcio" depende del voltaje y también está influenciado por el efecto del DNP sobre el potencial de membrana mitocondrial. DNP reduce la entrada de Ca 2+. Esto se demostró muy bien en un modelo de lesión cerebral traumática en el laboratorio del Dr. Patrick Sullivan, donde indujeron TBI con impactador cortical controlado (CCI) y posteriormente proporcionaron DNP. El uso de un cóctel de Ca 2+ “bloqueo” buffers para atrapar Ca 2+ , alterados Ca 2+ cargas podrían ser un monitor in situ a partir de aislado de mitocondrias corticales. La entrada de calcio aumentó de ~ 800 μM a 1200 μM 3 h después de la lesión, pero con el DNP a bordo, los niveles se mantuvieron cerca de los niveles sin lesiones de ~ 800 μM. Los niveles estimados de Ca 2+ fueron ~ 30% más altos en las mitocondrias sin DNP, impulsando la apertura de la mPTP y, posteriormente, la apoptosis. En presencia de DNP, los niveles de ROS y Ca 2+ se redujeron, lo que resultó en la preservación del tejido cerebral anatómico del área lesionada cortical e incluso protegiendo la cognición, según lo determinado por una nueva prueba de reconocimiento de objetos. Esto demuestra los potentes efectos neuroprotectores inmediatos inmediatos de una sola dosis de DNP, simplemente al reducir el potencial de membrana mitocondrial.

5. Pool ATP

Los desacopladores mitocondriales, por definición, interrumpen el gradiente de protones que podrían ser utilizados para hacer "trabajo útil" por los protones individuales que viajan a través de la ATP sintasa para producir ATP, pero en cambio se filtran y "desperdician" como calor. Este efecto reduce el potencial de membrana, genera calor y aumenta la disponibilidad de ADP. El aumento relativo de ADP induce a las mitocondrias a aumentar la tasa de utilización de energía, al aumentar el metabolismo de la glucosa a través de la glucólisis y los lípidos a través de la β-oxidación. Los productos aumentados de NADH y FADH 2 , a través de la cadena de transporte de electrones, intentan regenerar el gradiente de protones y restablecer el potencial para impulsar la síntesis de ATP.

Aunque un conjunto de ATP más bajo podría ser perjudicial a corto plazo, es digno de mención, a los 3 días de dosificación de ratas con DNP a 16 mg/kg (e humanos de 150 mg/día) no hubo un cambio apreciable en el contenido de ATP intrahepático, según lo evaluado por 31 P espectroscopía de resonancia magnética. Se sabe que para algunas enfermedades, la producción de ATP es baja y la producción de ROS es alta, lo que generalmente se asocia con los potenciales de membrana más bajos que se encuentran en las mitocondrias disfuncionales. Dado que el DNP reduce el potencial de membrana, existe la teoría de que podría empujar selectivamente a las mitocondrias que ya funcionan de manera marginal hacia la mitofagia para cambiar la población mitocondrial global hacia productores de ATP altos y productores de ROS más bajos. Además, se demostró que en 3 días de desacoplamiento mitocondrial, inducido por bajas concentraciones de dinitrofenol (10 y 50 μM) en células HepG2 humanas cultivadas, hay un efecto adaptativo en ese DNP hacia el metabolismo oxidativo, con una regulación al alza de COXIV y Expresión del gen ANT3, dos genes nucleares que codifican proteínas mitocondriales implicadas en la fosforilación oxidativa. El consumo de glucosa, la producción de lactato y piruvato y la tasa de crecimiento no se vieron afectados, lo que indica que la adaptación metabólica de las células HepG2 que sufren desacoplamiento respiratorio crónico permite la producción continua y eficiente de ATP mitocondrial sin la necesidad de aumentar la actividad glucolítica. De manera colectiva, es posible que el resultado neto sea un conjunto de ATP más alto a través de un funcionamiento mitocondrial más eficiente bajo el tratamiento crónico con DNP, que el que podría generarse previamente sin el desacoplador.

6. Cognición, remodelación celular e inducción de BDNF

La activación de adenilato ciclasa está parcialmente regulada por cambios en el equilibrio de Ca 2+ y magnesio. Se demostró en el laboratorio del Dr. Sergio Ferreira (2007) en Brasil que el DNP induce la producción de AMPc en las neuronas del hipocampo. Como segundo mensajero, se sabe que cAMP regula al alza y a la baja a una gran cantidad de genes. Por ejemplo, en las neuronas primarias del hipocampo de ratas cultivadas con DNP y analizadas utilizando un chip de microarrays de ADN 5K de rata, 275 genes regulados por aumento y 231 regulados por disminución para la expresión. Varias de las vías que fueron moduladas se relacionaron con cAMP, adenilato ciclasa y señalización de dopamina, que están involucradas en la memoria, el aprendizaje y el crecimiento celular. Fkhr, Lsamp y Pp2c estaban regulados al alza y están directamente involucrados en la plasticidad sináptica.

En un estudio realizado en el laboratorio del Dr. Mattson (2015), los ratones C57BL/6 se dosificaron con DNP a 5 mg/kg y luego se monitorizó la expresión génica. Se descubrió que CREB (proteína de unión al elemento de respuesta de AMPc) y BDNF (Factor Neurotrófico Derivado del Cerebro) estaban sobrerregulados en la corteza cerebral, ambos factores involucrados en la plasticidad sináptica y las respuestas celulares adaptativas al estrés. Más allá de los cambios en la expresión génica, se demostró que el tratamiento con DNP en ratones de tipo salvaje mejoró la cognición en el modelo de latencia (prueba de evitación pasiva). En el estudio de seguimiento, Geisler, JG, Marosi, K., Halpern, J. y MP Mattson (2017), dosificaron ratones C57bl/6 de 6 meses de edad durante 7 días a 0.5, 1, 5 y 10 mg/kg (en humanos de 2-45 mg/día) y luego se midió la corteza para detectar cambios en la expresión de BDNF. Curiosamente, se indujo BDNF ~ 2.5 × en la corteza cerebral a 1 mg/kg, pero de forma hormética, en ese sentido, el pico cayó de 5 a 10 mg/kg, lo que sugiere que "menos es más".

Los cambios de expresión en cAMP y CREB en el cerebro, son precisamente el patrón requerido para el aprendizaje y la memoria del trabajo del Dr. Eric Kandel. BDNF es transcrito por CREB y BDNF alimenta su propia expresión. BDNF se considera un factor muy valioso, crítico tanto para el crecimiento neuronal como para la reparación de neuronas dañadas. Se considera que los niveles más bajos reflejan una pérdida de cognición y varios trastornos están relacionados con niveles más bajos en el cerebro, por lo que restablecer niveles cercanos a lo normal podría ser importante para retrasar o revertir la progresión de la enfermedad. Interesante y menos conocido, BDNF también es una mioquina fuera del cerebro, importante para la biología muscular y la fuerza, y también parece tener cualidades antidiabéticas. Dado el efecto de dosis de tipo hormético de DNP en la inducción de BDNF, de modo que dosis más altas, menos se hace, habla de la idea de "farmacología óptima".

Empujar la dosis podría ser contraproducente para los objetivos de mejorar la cognición, retrasar el envejecimiento y atenuar la neurodegeneración. Además, de manera similar a la idea de que los 5 buffs de serotonina son diferentes al 1-buff en neuronas aisladas de caracoles Aplysia en la construcción de la memoria a largo plazo, una dosis de DNP es adecuada para cambios inmediatos en la producción de ROS y sobrecarga de Ca 2+ , pero es probable que se requiera un tratamiento crónico para ver la farmacología completa al establecer aumentos de BDNF en estado estacionario y otros factores para mejorar la cognición a largo plazo.

7. DNP como medicina

Antes de discutir las aplicaciones de DNP hoy como un posible tratamiento en humanos con enfermedades neurodegenerativas insidiosas, es crucial comenzar desde el principio para discutir lo que sucedió en la década de 1930 en humanos para poner el futuro en el contexto adecuado. Históricamente, el DNP se usó hace unos 80 años en estudios clínicos realizados en la Universidad de Stanford para determinar los méritos del DNP como agente de pérdida de peso en pacientes obesos. El DNP era un ingrediente en municiones y el Dr. Tainter, el Dr. Cutting y el Dr. Stockton se dieron cuenta de que cuando los trabajadores de la fábrica o los soldados estaban expuestos a altas dosis de DNP por vía oral o inhalada, posteriormente perdían peso. Esta observación inicial de la pérdida de peso asociada al DNP interesó a muchos a explorar el compuesto como tratamiento para la obesidad. Con un atractivo abrumador, dentro de un año de la publicación del primer estudio clínico con DNP en 1933, más de 100.000 personas ya habían tomado este medicamento no aprobado, de pureza o impurezas o toxicidades desconocidas como agente de pérdida de peso.

Parecía que muchos consumidores del medicamento lo tomaban sin receta médica o sin saber cuánto o todo lo que estaban monitoreando. El atractivo para la pérdida de peso fue enorme. Las ventas y la distribución provinieron de médicos y empresarios sin antecedentes médicos. Los estudios clínicos establecieron una relación entre la dosis de DNP y la velocidad de pérdida de peso. Por ejemplo, 100 mg/día de DNP resultaron en una pérdida de peso de 1 lb/semana, mientras que dosis más altas de DNP resultaron en mayores pérdidas de peso semanales. Se estableció temprano una doctrina extraña para aumentar la dosis hasta que se alcanzara la perdida de 3 libras por semana (300 mg/día), vista como la dosis "óptima" en estado estacionario. Las toxicidades, como erupciones cutáneas (7%) y cataratas (0.1% –1%), comenzaron a aparecer a dosis más altas de DNP. Las erupciones parecieron desaparecer con la interrupción de DNP, sin embargo, en la mayoría de los casos, las cataratas requirieron cirugía para reemplazar la lente. Otros buscaron aún más pérdida de peso y comenzaron a aparecer muertes.

Dado que el DNP se usaba anteriormente con fines industriales como pigmento (amarillo) para telas, pieles y otros usos, no se consideraba que estuviera en el mercado negro per se, porque no existían leyes que regularan la distribución de dicha molécula al principio 1930. En 1938, se estableció la Ley de Alimentos, Medicamentos y Cosméticos y, finalmente, se cerró la distribución entre líneas estatales y la compra ilegal de DNP. Es lamentable que los estándares de atención médica en la década de 1930 no necesitaran conocer el mecanismo de acción (MOA) para proporcionar un medicamento a los pacientes, ya que no fue hasta 3 décadas después (1961) cuando el Premio Nobel, Dr. Peter Mitchell estableció cómo funciona esta plataforma cambiando la fosforilación oxidativa.

El DNP se usa hoy en el mercado negro, pero principalmente por levantadores de pesas que buscan eliminar la grasa entre los grupos musculares para definir mejor cada músculo (denominado "cortes") justo antes de una competencia. Estas personas motivadas han visto una serie de muertes al tomar dosis altas en cortos períodos de tiempo para eliminar los últimos trozos de grasa. Aunque estas dosis altas son efectivas para reducir los depósitos de grasa, probablemente no sean efectivas para la neuro-protección o la cognición debido a los efectos beneficiosos de tipo hormético observados en dosis muy bajas, que probablemente se pierdan en dosis altas.

Teniendo en cuenta este equipaje del pasado y los riesgos, a menudo se pregunta por qué no encontrar una nueva molécula en lugar de trabajar con DNP. El principal beneficio de comenzar con DNP como medicamento en humanos es que las toxicidades son ampliamente conocidas y pueden ser monitoreadas. Comenzar con un nuevo desacoplador químico arroja la riqueza de datos en humanos (mas de 100.000 personas) ya que todas las moléculas nuevas tienen sus propios riesgos toxicológicos desconocidos en humanos. Las dosis en las que se han encontrado diversas toxicidades ya se conocen en parte de ambos estudios en humanos y en trabajos con animales no humanos. También se predice a partir de estudios en una serie de modelos neurodegenerativos, que la ventana terapéutica para los efectos neuroprotectores deseados está muy por debajo de las dosis en las que la toxicidad se encuentra por primera vez. El otro beneficio del DNP es que es un desacoplador débil, en relación con otros desacopladores, por lo tanto, la ventana terapéutica es mucho más amplia.

Los desacopladores fuertes pueden usarse en modelos preclínicos para demostrar los efectos generales de la farmacología de esta plataforma única, pero esta última no es adecuada para los humanos como terapia. Dicho esto, DNP tiene margen de mejora. Algunos medicamentos se modifican para comenzar inactivos y luego se activan en el torrente sanguíneo. Estos "profármacos" se utilizan normalmente para ayudar a introducir un fármaco en la sangre que tiene una absorción intestinal deficiente. Este no es el caso con DNP, ya que tiene una rápida absorción. Es probable que el DNP sea una molécula de Clase I similar a la ketamina, ya que no se requieren transportadores para la absorción del medicamento. Similar a los objetivos del dimesilato de lisdexamfetamina (Vyvanse), un profármaco de d- anfetamina, provisto para el trastorno por deficiencia de atención/hiperactividad (TDAH) de manera que el niño pueda ser dosificado en la mañana antes de ir a la escuela, pero permanece activo el tiempo suficiente para llegar a casa desde la escuela para la próxima dosis, nosotros (Mitochon Pharmaceutical Inc .; el autor es fundador y accionista) queríamos crear un DNP de mayor duración.

Al agregar un conector en el grupo hidroxilo para desplazar el hidrógeno, el DNP se vuelve inactivo y ya no funciona como desacoplador mitocondrial. Estábamos interesados ​​en saber si convertir el DNP en un profármaco retrasaría la absorción, prolongaría el tiempo de residencia y mejoraría el índice de seguridad, además de ser un nuevo descubrimiento con derechos de propiedad intelectual. Por lo tanto, Mitochon patrocinó el trabajo en el laboratorio del Dr. Peter Crooks (Universidad de Arkansas, UAMS), para desarrollar una serie de profármacos de DNP. Una de las versiones, llamada MP201, se comparó cara a cara con DNP (MP101) en estudios farmacocinéticos de ratas. Los estudios realizados por el Dr. Narsimha Penthala y el Dr. Zaineb Albayati revelaron que con un enlazador de carbono agregado al DNP, la absorción y conversión de MP201 en la molécula original (DNP) es considerablemente más lenta. Debido a este truco, la C max se volvió ~ 20 × más baja al comparar 5 mg/kg de DNP (MP101) con un ajuste equivalente de 5 mg/kg MP201 para la masa molecular adicional. Además, esto extendió el área bajo la curva (AUC) ~ 10 × y el tiempo de residencia ~ 3 ×, para permitir ahora que DNP esté por encima de los límites de detección a las 24 h. Sin el enlazador de profármacos, la molécula original solo podría detectarse hasta las 8 h. Sin embargo, dada la farmacología que se busca con el DNP, como la reducción de la entrada de ROS y Ca 2+ , se desea un tiempo de residencia más prolongado porque proporciona un efecto "goteo" en el parto para una neuroprotección cercana las 24 horas, los 7 días de la semana. De hecho, parece haber una mejora en la eficacia, que probablemente proviene de la absorción lenta con AUC largos, y la disminución de las toxicidades de una C max más baja, que posiblemente proporciona protección redox en estado estacionario cercano e inducción de BDNF para la reparación.

Es importante saber que, para que un medicamento sea útil como tratamiento en los trastornos neurodegenerativos, no solo debe atravesar la barrera hematoencefálica (BBB), sino que tiene que tener una buena penetración en el tejido dentro del rango de dosis destinado a la eficacia. Por lo tanto, antes de invertir en estudios de prueba de concepto (POC) en modelos neurodegenerativos, invertimos en un estudio de distribución de tejidos. A los ratones C57/BL6 machos envejecidos (6 meses) se les administró una dosis oral de 0.5, 1, 5 y 10 mg/kg, y luego, 4 h más tarde, se determinaron las concentraciones de fármaco en la corteza cerebral, en relación con el hígado y los músculos. Por dosificación oral simple se determinó que el DNP ingresa a la corteza cerebral con concentraciones similares a los órganos periféricos (músculo esquelético e hígado), pero en una concentración descendente: el hígado, luego el músculo y la corteza cerebral son los más bajos. Este rango se eligió para determinar una ventana razonable del rango de dosis de eficacia, pero no se determinó hasta más tarde como cierto. Este rango de 0.5, 1, 5 y 10 mg/kg, se correlaciona con el rango de 2-45 mg/día de DNP en humanos. Con este nuevo conocimiento, las concentraciones de tejido en la corteza, 0.5–5 mg/kg parecían dosis proporcionales que iban de 7 a 84 ng/g, frente a 10 mg/kg a 296 ng/g, por lo que decidimos comenzar con dosis de 0.5, 1 y 5 mg/kg para nuestros estudios iniciales de POC. Este estudio de distribución de tejidos confirmó que el DNP se absorbe oralmente a través del intestino hacia la sangre, se distribuye bien al primer paso del hígado, un poco menos al músculo periférico, y aún tiene una excelente penetración a través del BBB hacia la corteza cerebral, para ser potencialmente útil contra la enfermedad neurodegenerativa.

8. Neuroprotección

El DNP puede tener un amplio efecto neuroprotector para enfermedades de causas conocidas y desconocidas y, paradójicamente, en dosis neutrales a bajas dosis de peso neutral. La farmacología aprovecha la idea de los efectos pleiotrópicos que crean resiliencia celular al cambiar la producción de ROS, el manejo de Ca 2+ , la mitofagia con mitohormesis, la inducción de BDNF y la remodelación celular.

9. Enfermedad de Huntington

La enfermedad de Huntington (HD) es un trastorno neurodegenerativo hereditario de inicio en la edad adulta (40) que produce movimientos estereotípicos coreiformes, pérdida de coordinación muscular, habla, manifestaciones psiquiátricas, eventual demencia y muerte prematura. La EH tiene una mutación genética conocida en el gen huntingtina, un "trastorno de expansión repetida de tres nucleótidos" de CAG (glutamina).

Hasta donde el autor sabe, nunca se realizaron estudios con DNP en modelos animales comprometidos con una mutación de línea germinal antes del estudio realizado en 2015 en Johns Hopkins en el laboratorio del Dr. Wenzhen Duan. Todos los estudios previos citados en la literatura con DNP fueron en animales de tipo salvaje, que son considerablemente más fuertes y saludables. El N171-82Q es un fragmento del fragmento N-terminal de la proteína huntingtina (Htt) con 82 repeticiones CAG para glutaminas. Entonces, era completamente desconocido si el DNP sería dañino o neuroprotector en un modelo de enfermedad tan frágil. Aquí, se proporcionó DNP a un modelo de ratón de la enfermedad de Huntington (N171-82Q) durante más de 17 semanas (119 días) de dosificación oral crónica diaria una vez al día en una respuesta de dosis completa de 0.5, 1 y 5 mg/kg con un control de referencia en una cohorte de tipo salvaje tratada con la dosis más alta (5 mg/kg).

La caracterización original de N171-82Q mostró una serie de anomalías en el desarrollo y el comportamiento, incluida la pérdida de coordinación, temblores, hipocinesia y marcha anormal, antes de morir prematuramente, pero no sugirió el estrés oxidativo como un mediador del daño neuronal que se cree que ocurre en humanos. Sin embargo, después de 17 semanas (26 semanas de edad), hubo un aumento significativo de isoprostanos en la corteza de los ratones con placebo HD, pero los ratones con HD tratados con DNP de 1 mg/kg (solo dosis probadas), los niveles de isoprostano cerebral fueron equivalentes al tipo salvaje. Lo más importante fue que tanto las neuronas espinosas (particularmente perdidas en HD) como las neuronas generales en ratones con HD tratados con DNP de 1 mg/kg también parecían equivalentes a cerebros de tipo salvaje, lo que explica la preservación del volumen cerebral determinado por MRI, y las habilidades motoras preservadas. Esto último es importante ya que los movimientos anormales forzados y parecidos a la danza coreiforme son bastante severos en pacientes con EH. Este estudio fue la primera demostración de que el DNP era neuroprotector en un modelo de enfermedad de línea germinal. También fue la primera demostración del concepto de que el DNP tiene un efecto hormético, donde la dosis más alta (5 mg/kg) perdió su efecto tras 22 a 26 semanas, pero las dos dosis más bajas (0.5 y 1 mg/kg) todavía tenía un efecto sorprendente para preservar el comportamiento en la barra de equilibrio. Se verá que este fenómeno se repite en otros modelos y sugiere que las dosis bajas que modulan la fisiología de las mitocondrias son más potentes en neuroprotección que las dosis más altas. La dosis de 1 mg/kg DNP de ratón es equivalente a 5 mg/día para un paciente con EH o 60 veces menos la dosis en comparación con la década de 1930 de 300 mg/día para la obesidad en humanos. Una dosis incluso más baja que 0.5 mg/kg (en humanos 2 mg) también puede ser efectiva ya que esta dosis parecía equivalente a 1 mg/kg en el comportamiento, pero no se evaluó los niveles de neuronas espinosas o generales por Western blot.

10. Enfermedad de Alzheimer

A diferencia de un inicio raro y de mediana edad con una mutación conocida como la enfermedad de Huntington, la enfermedad de Alzheimer (EA) es un trastorno neurodegenerativo que se manifiesta con mayor frecuencia en los ancianos. Excepto en casos raros, EA no tiene causa genética conocida y representa el 73% de todas las demencias. El sello distintivo de EA es la pérdida de memoria a corto plazo. Sin embargo, similar a muchas enfermedades neurodegenerativas, el inicio suele ser gradual y de origen desconocido en la segunda mitad de la vida y se cree que quizás se deba a causas multifactoriales, incluido el secuestro de mutaciones a lo largo del tiempo, simultáneamente con una disminución en la reparación, para inclinar la balanza. que conduce a la disfunción mitocondrial. Quizás la posible falta de éxito en tantos ensayos clínicos se deba en parte a un enfoque en los eventos aguas abajo (placas y enredos), cuando el problema está aguas arriba en las mitocondrias. En apoyo de esta idea, se encuentran los hallazgos de que los isoprostanos (biomarcador de ROS) se elevaron significativamente en un modelo de ratón envejecido de EA en relación con los camadares de tipo salvaje 4 meses antes de la primera visualización de placas. Los datos sugieren que el estrés mitocondrial (isoprostanos) precede a las placas y los pacientes con EA también tienen niveles mucho más altos de estrés mitocondrial que los pacientes sin EA. Curiosamente, parece que el DNP también tiene propiedades directas contra la amiloidosis para prevenir la fibrilogénesis Aβ y la desagregación de los agregados Aβ 1-42 formados previamente. Experimentos in vitro de De Felice, FG, Houzel, JC, Garcia-Abreu, J., Louzada, PR, Jr., Afonso, RC, Meirelles, MN, Lent, R., Neto, VM y ST Ferreira (2001) demostró que el DNP puede bloquear la formación o revertir la agregación de fibrillas Aβ 1-42 directamente, y en presencia de neuronas del hipocampo, puede prevenir los efectos citotóxicos de Aβ 1-42 y la muerte celular posterior. Estos hallazgos fueron seguidos en ratas en un modelo in vivo inducido por toxinas donde Aβ 1-42 se inyectó directamente solo en el hipocampo izquierdo, o en el hipocampo derecho combinado con DNP, y se dejó envejecer una semana. El seguimiento 8 días después reveló los hallazgos sorprendentes de placas en el lado izquierdo y casi ninguna placa en el lado derecho, o un 86% de reducción. Sería interesante ver si este efecto podría observarse con el suministro sistémico después de que las placas ya están formadas para dar seguimiento al trabajo in vitro para la EA tardía, y en un modelo donde las placas se forman naturalmente junto con el aumento de isoprostanos a mostrar ambos pueden prevenirse, lo que representa las primeras etapas de la EA.

Mitochon Pharmaceutical patrocinó un estudio de animales con EA con DNP en tratamiento crónico en el laboratorio del Dr. Mark Mattson en el Instituto Nacional sobre el Envejecimiento (NIA). Específicamente, los ratones APP/PS1 de doble mutación, un modelo de EA, se dosificaron con DNP una vez al día por vía oral a 0,5, 1 y 5 mg/kg durante 4 meses (120 días). Al final de los 4 meses, los ratones fueron evaluados para tareas de aprendizaje espacial y memoria en el laberinto de agua de Morris, donde una plataforma oculta estaba sumergida en un cuadrante. Durante los 7 días de entrenamiento, fue solo la dosis más baja de DNP (0.5 mg/kg) lo que protegió la capacidad de aprender rápidamente. Cuando se retiró la plataforma oculta el séptimo día, los ratones de 0,5 mg/kg conservaron su memoria de la ubicación de la plataforma durante 3 días al viajar con precisión hacia donde estaba la plataforma oculta y se entrecruzaron. Esto demostró el sorprendente efecto sobre la preservación de la memoria a corto plazo a dosis muy bajas de DNP en relación con el placebo. Curiosamente, las dosis más altas (1 y 5 mg/kg) no tuvieron efecto, lo que nuevamente sugiere un efecto hormético. La dosis de 0.5 mg/kg de DNP en ratones es teóricamente equivalente a ~ 2 mg/día de DNP en pacientes con Enfermedad de Alzheimer. Los datos sugieren que las dosis bajas de DNP durante un período prolongado de tiempo pueden tener un efecto poderoso en la aparición de la enfermedad de Alzheimer y quizás incluso en el envejecimiento general. Es paralela al estudio donde la vida útil se incrementó en ratones de tipo salvaje tratados aproximadamente toda su vida a solo ~ 100 μg/día con DNP. Se requiere trabajo de seguimiento para dilucidar el mecanismo de por qué la dosis más baja tuvo un efecto tan sorprendente, pero no las dosis más altas. Posiblemente incluso dosis más bajas que 0.5 mg/kg podrían tener un efecto. Los estudios de seguimiento podrían controlar las placas y los isoprostanos a lo largo del tiempo con un tratamiento crónico con DNP. Además, la farmacología se puede mejorar con un profármaco de DNP con mayor tiempo de residencia.

11. Enfermedad de Parkinson

La enfermedad de Parkinson (EP) es un trastorno neurodegenerativo progresivo caracterizado por una pérdida de la función motora, que incluye rigidez muscular, temblor en reposo, bradicinesia y dificultad postural. La enfermedad de Parkinson se asocia con la disfunción mitocondrial, pero se desconoce la etiología de la neurodegeneración, aunque la acumulación anormal de alfa-sinucleína puede ser responsable. Se ha postulado que el deterioro mitocondrial, la lesión inducida por radicales libres y los mecanismos inflamatorios desempeñan un papel en los procesos neurodegenerativos de la EP.

Los ratones Sirt3 KO parecen tener una mayor vulnerabilidad estriatal. En un estudio POC patrocinado por Mitochon Pharmaceutical realizado por Joshua Halpern en el laboratorio del laboratorio del Dr. Mark Mattson en el NIA, los ratones Sirt3 KO fueron inyectados con 6'OHDA en el cuerpo estriado derecho y al día siguiente comenzaron un tratamiento de DNP oral de 2 semanas en 1 y 5 mg/kg. La idea era que en el transcurso de dos semanas, el 6'OHDA será específicamente tóxico para las neuronas productoras de dopamina y, simultáneamente, la farmacología del DNP podría proteger las neuronas. Después de dos semanas de dosificación, los animales se sacrificaron por recuentos de células neuronales de tirosina hidroxilasa (TH +), revelando que los ratones tratados con DNP habían atenuado significativamente la pérdida de neuronas dopaminérgicas. En un modelo agudo similar de EP, se administró DNP durante 12 días a 1 y 5 mg/kg antes de recibir una inyección ip de 20 mg/kg de 1-metil-4-fenil-1/2/3/6-tetrahidropiridina (MPTP) cuatro veces para inducir la disfunción motora de la EP. DNP atenuó tanto la disfunción motora como la pérdida de neuronas dopaminérgicas. Estos estudios representan la enfermedad de Parkinson en etapa temprana. Además, si se inyecta 6′OHDA en el haz del prosencéfalo medial (MFB) en lugar del cuerpo estriado, entonces ambos depósitos de dopamina, el área tegmental ventral (VTA) y la sustancia negra (SN) muestran pérdida de todas las neuronas dopaminérgicas, lo que representa una reacción más agresiva y el modelo de Parkinson en etapa tardía. En un estudio patrocinado por la Fundación Michael J. Fox, en nombre de Mitochon, a las ratas se les inyectó 6'OHDA en el MFB y esperaron 10 días antes de la intervención con DNP. La consecuencia fue una pérdida del 99% de neuronas de dopamina y ningún efecto protector en esta fecha posterior al tratamiento muy tardía. Dado que es probable que todas las neuronas TH + ya estuvieran muertas en este punto, el estudio confirma la idea de que el mejor tiempo de intervención es temprano después del diagnóstico.

Recientemente, el Dr. Yuki Kishimoto en el laboratorio del Dr. Mark Mattson realizó un estudio que representa la enfermedad de Parkinson temprana con 6'OHDA para lograr una muerte del 60–70% en ratones de tipo salvaje. Los ratones se probaron en un estudio comparativo con un profármaco de DNP (MP201) frente a DNP (MP101). Ambos compuestos, en todas las dosis, proporcionaron una protección conductual significativa al preservar la fuerza de agarre y la coordinación de habilidades motoras en el rotor rotativo. Sin embargo, solo la dosis más baja de MP101 (0.5 mg/kg) tuvo un efecto protector significativo sobre los recuentos de TH +, con la dosis más baja del profármaco, MP201 (8 mg/kg), que tuvo más del doble del efecto protector para prevenir reducción de los recuentos de TH + en comparación con 0.5 mg/kg de MP101. De manera similar a la EA en el estudio, los datos sugieren que dosis bajas y sostenidas de DNP proporcionan una farmacología óptima para la EP.

12. Esclerosis múltiple

La esclerosis múltiple (EM) es una enfermedad autoinmune en la que los autoanticuerpos reactivos con mielina y los linfocitos migran fuera de los ganglios linfáticos hacia la circulación, cruzando la barrera hematoencefálica (BBB) ​​y atacan agresivamente los antígenos de mielina putativos en el sistema nervioso central (SNC), causando inflamación, desmielinización, lesión axonal, astrogliosis y, en última instancia, neurodegeneración. Una vez más, el inicio suele ser a la mitad de la vida (40 años), pero la esperanza de vida es casi normal, aunque la calidad de vida se ve significativamente comprometida. Sin embargo, hay algunas formas raras de esclerosis múltiple llamadas fulminantes agudas o esclerosis múltiple aguda de Marburg con posible muerte dentro de unos años después del inicio.

La comparación post mortem del cerebro con EM y sin EM sugiere cambios en la expresión génica relacionada con la producción mitocondrial de ATP específica para las neuronas y la desmielinización mediada por Ca 2+. Usando microscopía electrónica (EM) para observar la morfología mitocondrial en el modelo de ratón estándar de oro de la EM, encefalomielitis autoinmune experimental (EAE), el número de mitocondrias en forma de Y aumentó significativamente en los axones de la médula espinal EAE. La inmunohistoquímica reveló disfunción de la fusión mitocondrial/maquinaria de fisión en los axones de la médula espinal EAE. Se realizó una serie de estudios en el laboratorio del Dr. Yoshio Bando en la Universidad Médica de Asahikawa, Hokkaido, Japón, utilizando DNP (MP101) y MP201 para evaluar los méritos de este enfoque en dos modelos independientes de EM, el modelo EAE y el modelo cuprizona. El modelo EAE intenta imitar la condición humana en la que se generan anticuerpos contra la mielina del cuerpo mediante la inyección de ratones de tipo salvaje con un péptido corto de mielina. Este péptido induce una respuesta autoinmune, lo que resulta en un pico de parálisis 15 días después de la inmunización. Siete días después de la inmunización, ambos compuestos se proporcionaron durante dos semanas, seguidos de 3 semanas sin tratamiento. Cada día, se puntuó a todos los ratones según el grado de parálisis (puntajes clínicos de 1 a 5) durante 42 días antes de la necropsia.

Curiosamente, tanto MP101 como MP201 tuvieron un efecto sorprendente que atenúa la parálisis en comparación con el placebo, analizado por análisis de regresión ordinal. Paradójicamente, aunque el DNP fue históricamente un medicamento para bajar de peso, aquí conservó estadísticamente el peso corporal en todas las dosis en comparación con el brazo de placebo, que mostró signos de desgaste debido a la parálisis de las extremidades posteriores. Curiosamente, a pesar de que los ratones no tomaron el medicamento durante 3 semanas antes de la necropsia, todavía hubo un aumento estadístico en los niveles de proteína BDNF en la médula espinal. La transferencia Western de la médula espinal también reveló que las proteínas MBP (Q9) y SMI32, marcadores de daño axonal, estaban ausentes en el grupo de tratamiento, pero estaban presentes en el placebo. El tratamiento con DNP indujo MBP (marcador de mielina normal frente a Q9), COX4, CNPasa y sinaptofisina, en relación con el placebo. El análisis de expresión mostró una disminución de iNOS, IL-1β, TNF-α y ATF3 en el brazo de tratamiento en relación con el placebo que se elevaron notablemente.

El modelo de cuprizona es completamente independiente del sistema inmune. La cuprizona es un agente quelante del cobre y, cuando se agrega al alimento, reduce el cobre dietético esencial, evitando la formación de vainas de mielina por los oligodendrocitos. Realizamos un tratamiento de DNP con MP101 y MP201 en el modelo de cuprizona, comenzamos al mismo tiempo que se añadió cuprizona al chow. Esto continuó durante 30 días antes de la necropsia. Similar al modelo EAE, la inmunohistoquímica y la EM mostraron que en el cuerpo calloso de los controles, tanto la mielina como los axones fueron destruidos, mientras que hubo muy poco efecto sobre la desmielinización y los axones estaban intactos con los tratamientos MP101 y MP201 mostrados por microscopía electrónica.

En pacientes con EM progresiva, se demostró que el ejercicio moderado durante 30 minutos estimula la producción de BDNF. Otros han demostrado que BDNF puede ser una terapéutica prometedora para la EM. Por lo tanto, la idea de tratar a pacientes con EM con dosis bajas de DNP para reducir las ROS y de inducir al BDNF a atenuar la próxima recaída podría ser una terapia innovadora, especialmente para la condición más agresiva de la EM progresiva.

13. Neuritis óptica

La neuritis óptica (ON) puede ser un signo temprano de EM y, a veces, se denomina pre-EM. Se asocia con la desmielinización del nervio óptico y la posible pérdida de las células ganglionares de la retina (RGC). La recuperación de la visión de alto contraste en la mayoría de los casos se observa sin daños importantes con el tratamiento con esteroides, pero a menudo se observa que hay una pérdida persistente remanente de sensibilidad de la visión de contraste, percepción del movimiento y visión relacionada con una calidad de vida reducida. Esta pérdida de sensibilidad afecta la visión de contraste necesaria para leer fácilmente periódicos con gris sobre gris o conducir en tiempo nublado. Los estudios que Mitochon Pharmaceutical ya realizó con el Dr. Bando en modelos de EM con DNP y el profármaco de DNP sugirieron protección contra los efectos autoinmunes en el modelo EAE de EM. El mismo modelo de EAE se utiliza para estudiar la neuritis óptica, pero el momento de inicio del tratamiento es más tarde. En colaboración (2017) con el laboratorio del Dr. Kenneth Shindler en el Scheie Eye Institute de la Universidad de Pennsylvania, realizamos un estudio para determinar los posibles méritos de MP201 para la ON. En este caso, MP201, se proporcionó un profármaco de DNP una vez al día durante dos semanas después de que los ratones EAE hubieran progresado a ON, reflejando el escenario humano de cuándo un paciente probablemente acudiría a tratamiento con dolor significativo y pérdida rápida de la visión. Los resultados muestran que el tratamiento tuvo un efecto significativo en la protección de los cuerpos neuronales (RGC), preservando los axones del nervio óptico de la desmielinización y la cinética del ojo para enfocar y rastrear un objeto llamado respuesta optocinética.

14. Enfermedades del tejido amenazado

Una aplicación adicional para DNP es en pacientes con enfermedades debidas a traumas corporales y la prevención de las consecuencias agudas del "tejido amenazado" o penumbra. Los pacientes con quemaduras graves, politraumatismos, como accidentes automovilísticos de alta velocidad, caídas desde una altura, traumatismo craneoencefálico o conmoción cerebral, choque, sepsis, accidente cerebrovascular isquémico, pérdida de audición debido a explosiones o ruidos fuertes repetitivos, todos entran en esta categoría única con una gran necesidad médica no satisfecha.

Por ejemplo, las víctimas de quemaduras graves suelen ser algunos de los pacientes más enfermos en un hospital, con el riesgo de sepsis, shock, temperatura, cambios de líquidos y electrolitos, neumonía, múltiples procedimientos quirúrgicos y dolor. El trauma de tales casos resulta en una cascada del tejido directamente lesionado que libera ROS, que posteriormente daña las neuronas vecinas, los miotubos u otros tipos de células. Ha habido una variedad de intentos para reducir el estrés celular, como la administración de antioxidantes, sin embargo, estos fármacos generalmente tienen una penetración limitada en los tejidos, además de que disminuyen los ROS después de que ya se han formado. Se ha demostrado que la modulación del potencial de membrana mitocondrial tiene un impacto significativo al prevenir la formación de ROS, que es un punto de intervención más atractivo. Es probable que el tratamiento para pacientes con trauma sea de una duración relativamente corta, pero el momento de la intervención, idealmente temprano a inmediato, es probable que sea más útil para el éxito para atenuar el daño adicional.

Aqui unos ejemplos:

14.1. Isquemia

Un ejemplo fascinante de la capacidad de DNP para convertirse en protector para el tejido amenazado o la penumbra se demostró elegantemente en un modelo de rata con accidente cerebrovascular cerebral. La arteria carótida común (CCA) y la arteria cerebral media (MCA) se bloquearon durante 2 h en una rata y luego se sometieron a reperfusión durante una hora adicional, antes de la administración de DNP con una inyección ip a 5 mg/kg. Este escenario se eligió para replicar las condiciones humanas en cuanto tiempo podría tomarse en un entorno clínico ideal alcanzable para que un código de accidente cerebrovascular lleve a una persona al hospital, obtenga una tomografía computarizada y reciba un activador de plasminógeno de tejido intravenoso (tPA) para disolver el coágulo, generalmente dentro de ~ 3 horas. Se eligió la arteria M2, porque era un infarto plausible para recuperarse, mientras que M1 es demasiado grande y M3 tiene un daño tisular demasiado limitado para poder evaluar un efecto protector. También se sabe que las primeras etapas de la isquemia están asociadas con altos niveles de ROS. Veinticuatro horas después de la intervención de DNP, se evaluaron los cerebros de las ratas y se encontró que tenían una reducción de ~ 40% en el volumen de infarto en relación con el placebo. En el accidente cerebrovascular isquémico, los datos sugieren que la primera línea de atención sería proporcionar tPA de forma consecutiva con DNP, o incluso administrar el DNP antes de tPA para que ya esté en la sangre a medida que se disuelve el coágulo, por lo que que tan pronto como se restablezca el flujo sanguíneo, el DNP está allí para reducir las ROS liberadas de las células moribundas y proteger las células vecinas. Además, la extirpación mecánica de la oclusión intravascular cerebral por neurocirujanos y neurorradiólogos intervencionistas ha encontrado eficacia hasta 6 horas después del inicio del accidente cerebrovascular. Esta ventana extendida de eficacia a 6 horas proporciona una ventana más larga donde el DNP podría proporcionar protección biofísica contra la formación de ROS en la etapa de reperfusión tardía.
Una dosis de DNP tuvo un efecto biofísico inmediato temprano sobre la producción de ROS y la entrada de Ca 2+ ya que ambos tienen un potencial de membrana mitocondrial modulado. El volumen del infarto puede haberse reducido aún más si el tratamiento continuó durante más de una dosis, potencialmente durante varios días o semanas.

Puede haber un papel para el DNP en el continuo desde la reducción de la lesión aguda como un fármaco neuroprotector, hasta un fármaco neuro-restaurador como parte de la rehabilitación durante el año posterior a un accidente cerebrovascular, ya que los circuitos cerebrales restantes intentan reconectarse y reutilizarse, combinados con el refuerzo constante producción de células madre neurales adultas. Ahora se sabe que bajo tratamiento crónico, DNP aumenta los niveles de BDNF en el cerebro (considere "fertilizante del cerebro"). El baño local de neuronas con BDNF puede ayudar aún más en la reparación de las neuronas dañadas y restablecer la comunicación entre las conexiones de neuritas finas mientras se mantienen los ROS en niveles bajos para una recuperación óptima.

14.2. Daño del nervio ciático (modelo de lesión por aplastamiento)

Para demostrar los efectos del DNP para bloquear la disminución de la función después de la lesión nerviosa, da Costa, RF, Martinez, AM y ST Ferreira (2010) utilizaron un modelo de ratón de "lesión por aplastamiento" del nervio ciático. Bajo anestesia, el nervio ciático se expuso en la extremidad posterior izquierda y se sujetó durante 1 minuto. Esto induce un daño nervioso extenso a las 48 horas. Inmediatamente después del trauma, la piel se cierra con sutura y se administra a los sujetos una dosis de 0,06 mg/kg de inyección ip de DNP. Un grupo recibió una dosis adicional 24 h más tarde y un segundo grupo 3 dosis más, cada 12 horas, en comparación con un grupo placebo y simulado. A las 48 horas, los ratones se someten a una necropsia y se extrae el nervio ciático, se fija en formalina y se secciona para evaluar los cambios morfológicos. Los datos mostraron que 48 horas después de la lesión, que el nervio ciático tenía un edema extenso y una disminución de la densidad de fibra en el grupo placebo. Sin embargo, en el grupo con 2 dosis de DNP, hubo una clara reducción tanto del edema como de la degeneración, pero con 4 dosis casi no hubo signos de daño nervioso y fue difícil distinguirlo del grupo de control simulado. En una segunda cohorte, se les permitió envejecer 6 semanas después de la lesión, y las 2 y 4 dosis de los grupos de DNP mostraron extensiones parciales a completas de la pata, frente a placebo, que no se recuperó. El estudio sugiere que con el tratamiento inmediato temprano de DNP u otros desacopladores, las consecuencias a largo plazo del trauma nervioso pueden atenuarse, pero el momento del tratamiento es crítico. También demuestra que incluso dosis muy bajas pueden tener un poderoso efecto neuroprotector, ya que 0.06 mg/kg en un ratón es menos de ~ 0.3 mg en humanos (Una cantidad 1000 menor que el régimen de la década de 1930 para la obesidad a 300 mg/día).

14.3. Lesión cerebral traumática (TBI)

Actualmente, no existe una terapia aprobada por la FDA para TBI o conmoción cerebral y es un problema de salud importante tanto para los civiles como para los militares. Es bien sabido que la LCT da como resultado una respiración mitocondrial deteriorada y cambios en el manejo del Ca2 + que conducen a la apertura de la mPTP. La ciclosporina se ha estudiado como un posible tratamiento para la LCT. Originalmente se describe como un inmunosupresor de la activación de células T, pero sus efectos neuroprotectores no están relacionados con la inmunosupresión. Después de TBI en modelos animales, es el ligando y se une a la ciclofilina D mitocondrial, evitando su participación y, por lo tanto, inhibiendo la formación del poro de transición de permeabilidad mitocondrial (mPTP). La ciclosporina se encuentra en ensayos clínicos en humanos para TBI, y otros derivados de ciclosporina están bajo investigación en modelos animales. En modelos animales de TBI, se ha demostrado que la necrosis cortical cerebral rápida ocurre en el sitio del impacto debido a la necrosis neuronal y la apoptosis que se cree que es causada en parte por la liberación masiva de neurotransmisores excitotóxicos, sobrecarga de Ca 2+ , producción manifiesta de ROS mitocondrial y formación de mPTP induce la liberación de proteínas mitocondriales tóxicas en el citosol, incluidos el citocromo C, los activadores de caspasa y el factor inductor de apoptosis. Se ha demostrado que la ciclosporina es fuertemente neuroprotectora en este modelo. Los desafíos para la ciclosporina (estructura de anillo con alta masa molecular de 1202 g/mol) son su insolubilidad en agua que requiere detergentes o excipientes de emulsión lipídica, efecto secundario de inmunosupresión y poca penetración del BBB intacto, lo que lo hace adecuado solo para una LCT más severa donde BBB ya ha sido interrumpido, por lo que no es adecuado para tratar las conmociones cerebrales o las formas menores más comunes de TBI.

Los desacopladores también se han estudiado ampliamente en modelos de TBI. Pandya, JD, Pauly, JR, Nukala, VN, Sebastian, AH, Day, KM, Korde, AS, Maragos, WF, Hall, ED y PG Sullivan (2007) mostraron que tanto FCCP como DNP proporcionaron a una rata después de impactador cortical controlado (CCI), que con solo una dosis, los efectos del trauma pueden atenuarse hasta cierto punto, lo que lleva a un ahorro de tejido ~ 12% mayor que el vehículo y la función cognitiva en Morris Water Maze ( p <0.01). El trabajo mostró que la farmacología de los desacopladores era similar a la FCCP y la DNP, sin embargo, la FCCP tiene un índice de seguridad considerablemente estrecho en relación con el DNP. Se demostró que el MOA agudo reduce el potencial de membrana mitocondrial, suprime la producción de ROS abierta y reduce la fuerza impulsora del influjo de Ca2 + en la matriz, lo que reduce la sobrecarga de Ca2 + que conduce a la apoptosis de la célula. Recientemente, este enfoque fue seguido, Hubbard, WB, Harwood, CL, Geisler, JG, Vekaria, HJ y PG Sullivan (2018), con el profármaco MP201, que extiende el tiempo de residencia DNP. Además, se añadieron 2 semanas de tratamiento crónico para proporcionar la farmacología completa con la inducción de BDNF. Esto puede proporcionar el mejor resultado posible en el cerebro para una reparación adicional con una neurotrofina que baña las neuronas en recuperación, así como la producción de ROS de supresión continua que puede extenderse más allá de un tratamiento de una dosis. Los marcadores de ROS [4-hidroxi-2-nonenal (HNE) y proteínas carbonilos] en la corteza fueron más bajos en los ratones MP201, en comparación con el vehículo después de 2 semanas de tratamiento oral crónico diario, así como una mejora significativa en la cortical ahorrando (~ 38%) y lo más importante, mejoras cognitivas. El gran efecto neuroprotector del DNP y el profármaco en la LCT probablemente se optimizará a través de estudios adicionales, tanto en términos de dosis como de duración del tratamiento. El DNP y el profármaco tienen la ventaja sobre la ciclosporina de ser una molécula mucho más pequeña (masa molecular de DNP 184 g/mol), soluble en agua, formulada fácilmente como un agente oral e intravenoso sin la necesidad de sistemas de solubilización complejos o excipientes tóxicos, y se cruza fácilmente el BBB intacto para llegar al cerebro. Además de convertirse potencialmente en un tratamiento para una lesión cerebral traumática severa y moderada, el DNP y el profármaco podrían administrarse como una cápsula oral de una dosis a los más de 2 millones de personas que acuden a las salas de emergencia cada año en los EE.UU y tienen una conmoción cerebral u otra lesión leve.

14.4. Pérdida auditiva

Se establece que se pueden producir ROS evidentes debido al ruido fuerte y ciertos medicamentos ototóxicos pueden dañar las células ciliadas del oído, lo que resulta en una pérdida auditiva temporal o permanente. La exposición a ondas expansivas y al ruido continuo no solo daña el oído interno sino que también causa la muerte celular en el hipocampo, suprime la neurogénesis y deteriora la función de la memoria. El envejecimiento también puede manifestarse en la disfunción mitocondrial que conduce a la pérdida de audición. Está surgiendo que los intentos de tratar la pérdida auditiva al enfocarse en problemas posteriores no han sido efectivos hasta el momento. Puede ser más fructífero atacar el estrés oxidativo aguas arriba en las mitocondrias que pueden ser causa de muchos trastornos. En colaboración con Mitochon Pharmaceuticals, se realizó un estudio piloto en el laboratorio del Dr. Richard Salvi (Universidad de Buffalo, NY) utilizando MP101 y MP201 cara a cara (inédito). La función auditiva se evaluó con el potencial de acción compuesto (CAP) que reflejaba la producción neural sumada del nervio auditivo provocado por la estimulación del sonido. En este estudio, el CAP fue evocado por ráfagas de tono de intensidad creciente (dB SPL) para medir las funciones de entrada/salida de CAP. Las funciones de entrada/salida de CAP se midieron en un rango de frecuencias.

Los resultados sugieren que MP201 y, en menor medida, MP101 pueden ser útiles para preservar la función auditiva.

El umbral CAP (4 μV) se usó para evaluar la otoprotección en este estudio y refleja la intensidad de sonido más baja (dB SPL) necesaria para obtener una respuesta detectable (análoga al umbral para la audición). A medida que la intensidad del sonido aumenta por encima del umbral, la amplitud del CAP se hace más grande. Para los umbrales de CAP, los resultados muestran que a 12 kHz, con 80 mg/kg de MP201, el umbral de CAP fue de aproximadamente 5 dB SPL, mientras que el umbral de CAP en el grupo de control de placebo (Ctrl) fue de ~ 25 dB SPL (nivel de presión acústica). Con el tratamiento con MP101, el umbral de CAP fue ~ 15 dB SPL, 10 dB más bajo (mejor) que el placebo, control, pero no tan efectivo en MP201, que fue 5 dB más bajo que MP101. Además, las amplitudes de CAP en el grupo expuesto al ruido que recibió MP201 fueron consistentemente mayores que el grupo de ruido solo; La amplitud CAP en el grupo MP201 fue significativamente mayor que en el grupo de ruido solo a 16, 20 y 24 kHz ( valor p <0,0001), pero no a 12 kHz.

Las amplitudes de CAP en el grupo de ruido tratado con MP101 no fueron significativamente diferentes del grupo de ruido solo, lo que sugiere que quizás el mayor tiempo de residencia del profármaco MP201 proporciona una farmacología superior a MP101. Cuanto más grandes son las amplitudes CAP en el grupo tratado con MP201, se indica una respuesta neuronal más fuerte al sonido que las del grupo solo ruido. Las exposiciones al ruido generalmente producen el mayor daño a frecuencias superiores a la exposición al ruido. La exposición al ruido probada aquí fue de 8–16 kHz y vemos la mayor protección (CAP más grande en el MP201 que MP101) a 16, 20 y 24 kHz.

Los datos son un buen augurio con los efectos protectores de la lesión cerebral traumática, ya que la pérdida de audición suele ir acompañada de un traumatismo craneal.

14.5. Enfermedades neuromusculares

Con el conocimiento de que el DNP pasa fácilmente de la sangre al músculo esquelético, que reduce la sobrecarga de Ca 2+ y los isoprostanos en los modelos neurodegenerativos, era plausible que tenga mérito para las enfermedades neuromusculares asociadas con isoprostanos altos y un manejo deficiente del calcio. La distrofia muscular de Duchenne (DMD) y la distrofia muscular de Becker (DMO) son bien conocidas por tener isoprostanos elevados. Esto sugiere que las ROS procedentes de las mitocondrias musculares están abiertamente elevadas y que tanto la DMD/BMD tienen disfunción mitocondrial. La pérdida de distrofina en el cromosoma X produce atrofia muscular en niños pequeños. Este es un fenotipo agresivo, con aparatos ortopédicos para las piernas, silla de ruedas y muerte 20 debido a la pérdida del corazón o del músculo del diafragma. La distrofina solo se expresa en dos tejidos, músculo y cerebro. Aunque la pérdida muscular es en gran medida el foco de las terapias, estos niños también suelen tener problemas cognitivos. Existe una gran heterogeneidad, pero el deterioro cognitivo puede variar entre retraso mental leve a severo, con impedimentos en las habilidades verbales, la lectura y la memoria a corto y largo plazo. Se cree que con la pérdida de distrofina, el mecanismo de pérdida muscular se debe en gran medida a una elevación significativa de Ca 2+ citosólico libre del retículo sarcoplásmico (retículo endoplásmico de miotubos) que destruye la población mitocondrial (disminuyendo la disponibilidad de ATP) y las cascadas en apoptosis del miotubo.

Los antecedentes de los ratones genéticamente modificados a menudo son críticos en la precisión de reflejar los escenarios humanos, como en el caso de la ELA y las enfermedades neuromusculares. Durante muchos años, el modelo estándar de oro para DMD ha sido el knockout mdx en un fondo C57BL/10. Sin embargo, a diferencia de los humanos con DMD, los músculos mdx-C57BL/10 se hacen más grandes, sin alteraciones cardíacas ni reemplazo del volumen muscular con adiposos o ciclos de degeneración y regeneración muscular de las células satélite. Estos ratones muestran un debilitamiento de la fuerza del diafragma, pero no se observa inflamación significativa en los niños pequeños. Recientemente, el modelo de ratón mdx se trasladó a un fondo DBA, que ahora muestra la "tormenta" inflamatoria temprana y la atrofia muscular tanto del diafragma como de los tejidos cardíacos que se ven de manera similar en humanos.

En colaboración con el Dr. Lee Sweeney (Universidad de Florida) y Mitochon Pharmaceuticals, se realizó una extensa serie de estudios utilizando los ratones mdx en un fondo DBA. El trabajo fue realizado por el Dr. David Hammer y Zachary Wakefield (estudiante graduado) en ratones mdx -dba después del destete. Los ratones recibieron DNP a 1 o 5 mg/kg PO, desde las 4 semanas de edad hasta las 16 semanas, 3 meses en total. El punto final primario fue la resistencia del diafragma descrita anteriormente. Esta edad particular del modelo mdx corresponde a niños muy jóvenes cerca de los años pediátricos premanifiestos, justo antes de la inflamación severa y la atrofia muscular, y hasta la adolescencia, lo que resulta en una silla de ruedas.

Para comparar la farmacología de DNP con los estándares de atención actuales, se agregó una cohorte de prednisona sola o en combinación con DNP (1 mg/kg). La combinación se agregó para determinar si DNP tenía algún bloqueo de los efectos de la farmacología de prednisona. El grupo independiente de prednisona fue determinar si el DNP tenía mérito más allá del estándar de atención. Los glucocorticoides, como la prednisona, pueden tener un arma de doble filo. En los niños pequeños, amortigua la inflamación, pero en los últimos años acelera la atrofia muscular. Otros informan un efecto positivo de “vida útil”. Según los resultados, el tratamiento con DNP produjo la "mayor resistencia del diafragma de cualquier otro fármaco probado en este modelo de mdx grave". Histológicamente, el fármaco beneficia la homogeneidad de la fibra del diafragma, reduce el número de calcificaciones pero no afecta la fibrosis. Los corazones parecían tener una mejor organización del haz muscular y menos focos de inflamación que los tratamientos de control o prednisolona. Los ratones con DNP también parecían más sociales y activos que los ratones que recibieron otros tratamientos, lo que sugiere que puede existir alguna modificación positiva del comportamiento.

En los estudios de seguimiento desde el destete hasta los 6 meses o desde los 3 meses hasta los 6 meses, se perdieron los efectos protectores. Esto sugiere que en la traducción a humanos, la farmacología puede tener un efecto óptimo en las primeras etapas, pero quizás no en adultos (datos no mostrados). Es posible que con una intervención temprana, el tratamiento con DNP pueda tener un efecto significativo para la protección muscular durante el período pediátrico de alto crecimiento, lo que podría corresponder a proporcionar beneficios significativos para los años de maduración. La clave del éxito de este enfoque es la capacidad de comenzar el tratamiento, quizás de 4 a 5 años de edad, lo que generalmente no es la práctica actual con los esteroides. Como se mencionó anteriormente, DNP induce BDNF en el cerebro, pero BDNF también es una mioquina fuera del cerebro. Esto puede proporcionar algunos beneficios a los músculos, incluidos el cardíaco, y también puede mejorar los problemas cognitivos asociados con la DMD simultáneamente.

15. Diabetes, síndrome metabólico y enfermedades del hígado graso.

Dada la cantidad de medicamentos en la caja de herramientas para la diabetes en relación con lo que está disponible para enfermedades neurodegenerativas verdaderamente insidiosas, esta última es probablemente una mejor aplicación inicialmente para la introducción de desacopladores mitocondriales en la clínica. Sin embargo, está bastante claro que existe una aplicación para las enfermedades metabólicas. Es un hallazgo común que cuando el gasto energético aumenta incluso a niveles muy bajos, el flujo de glucosa en todo el cuerpo mejora al eliminar los lípidos intrahepáticos e intramusculares. Este hallazgo tiene aplicaciones en la gran cantidad de comorbilidades y mortalidades asociadas con el fenotipo sobrenutritivo. Se demostró en humanos que incluso una pérdida de peso moderada de unas 8 libras puede tener un profundo efecto en la mejora de los objetivos metabólicos. La dieta, incluida la restricción calórica y el ejercicio (idealmente combinados), es una prudente primera línea de tratamiento.

Centrándose en el lado de la ecuación de energía, otro enfoque posible es utilizar la farmacología de DNP, o formas modificadas de DNP, en dosis bajas para aumentar el gasto de energía. Aunque nuestra comprensión de la diabetes, la resistencia a la insulina y las enfermedades del hígado graso en la década de 1930 mejoró enormemente durante los siguientes 80 años, sin embargo, incluso en ese momento se informó que para los pacientes que tenían diabetes y tomaron DNP durante largos períodos de tiempo, hubo una significativa mejora en la reducción del AUC durante una prueba de tolerancia a la glucosa oral (OGTT). También se informó que no hubo mejoría en un OGTT para las personas obesas que tomaban DNP por períodos cortos.

Esto tiene sentido porque lleva tiempo eliminar los lípidos musculares intrahepáticos e intraesqueléticos, de estos dos tejidos clave sensibles a la insulina necesarios para restaurar la sensibilidad a la insulina. Este enfoque es completamente diferente de los efectos inmediatos de una inyección de insulina para disminuir los niveles de glucosa en la sangre, pero tiene un efecto a largo plazo mucho más profundo de eliminar potencialmente las inyecciones de insulina por completo o eliminar la cartera de medicamentos antidiabéticos que se toman sin insulina por pacientes diabéticos dependientes. Parece sorprendente hoy, por qué en la década de 1930, el régimen debía dosificar hasta 3 lbs/semana, ya que en teoría una dosis mucho más baja de 50 mg/día resultaría en una pérdida de peso de 0.5 lbs por semana, correspondiente a unas dramáticas 26 libras por año solo. Sin embargo, la excesiva pérdida de peso puede no ser necesaria para mejorar significativamente muchos de los efectos perjudiciales del fenotipo sobrenutritivo. Por ejemplo, en un estudio realizado en una colonia de ratones de tipo salvaje, se proporcionó una dosis muy baja de DNP de ~ 100 μg/ kg/día (el equivalente en humanos de 0.5 mg/día) básicamente durante toda su vida útil, lo que dio como resultado una glucosa circulante, insulina y triglicéridos mas bajos, y mayor esperanza de vida en relación con placebo (agua). Los ratones también tuvieron menos producción de ROS, proteínas oxidadas más bajas y menor daño en el ADN en el cerebro, el hígado y los tejidos cardíacos. Nuevamente, esto habla de las posibles propiedades antienvejecimiento de los desacopladores a baja dosis durante largos períodos de tiempo.

Samuel, VT, Liu, ZX, Qu, X., Elder, BD, Bilz, S., Befroy, D., Romanelli, AJ y GI Shulman (2004), proporcionaron a las ratas una dieta alta en grasas durante 3 días por preferencia para inducir una resistencia a la insulina hepática sin acumulación significativa de lípidos en el músculo esquelético. Simultáneamente, las ratas también recibieron 3 días de 16 mg/kg de DNP al día por vía sistémica, lo que tuvo un efecto sorprendente en la prevención de la acumulación de grasa hepática frente a los placebos. El estudio de pinza hiperinsulinémica-euglucémica mostró que el tratamiento con DNP tenía una preservación significativa de la supresión mediada por insulina de la producción de glucosa endógena. Esto es importante ya que la gluconeogénesis manifiesta es un sello distintivo en la mayoría de los diabéticos tipo 2 ante la glucogenólisis relativamente plana.

Perry, RJ, Kim, T., Zhang, XM, Lee, HY, Pesta, D., Popov, VB, Zhang, D., Rahimi, Y., Jurczak, MJ, Cline, GW et. Alabama. (2013), realizaron una versión modificada de DNP con un conector de metil-éter fuera del grupo hidroxilo (DNPME) que permitiría que la molécula quedara marcada por los p450 en el hígado y potencialmente secuestrada al hígado. La idea general era mejorar el índice de seguridad mediante la entrega local de DNPME al hígado. Luego, los p450 metabolizarían el DNPME de vuelta a la forma activa del DNP, aumentarían el gasto de energía en el entorno hepático local, eliminarían los lípidos y restablecerían la sensibilidad a la insulina hepática. A las ratas se les proporcionó una dieta alta en grasas con sacarosa en el agua de bebida para inducir la esteatosis y luego se les proporcionaron dosis diarias de DNPME durante 5 días. Los resultados mostraron concentraciones más bajas de glucosa en plasma en ayunas, de triglicéridos y de insulina en comparación con los animales no tratados, sin un cambio en el peso corporal o el consumo de alimentos. Con el suministro específico desde el intestino con el primer paso a través del hígado desde la vena porta, se mejoró el índice de seguridad. Las ratas tratadas también mostraron una mejora en la resistencia a la insulina del músculo esquelético, por lo que puede haber habido una fuga de DNP del hígado y/o la limpieza del hígado también tuvo un efecto en cascada al reducir los lípidos del músculo esquelético. El suministro específico de hígado de DNP supone una carga para un órgano del 20% de la masa humana total, pero puede servir como tratamiento para la l a esteatohepatitis no alcohólica (NASH). La mayoría de los individuos sobrenutricionales, tanto en el hígado como en los músculos esqueléticos muestran resistencia a la insulina, ya que se supera el umbral del tejido adiposo mediante el cual la función fisiológica normal secuestra los lípidos. En un seguimiento, a la idea de entrega específica del hígado, Perry, RJ, Zhang, D., Zhang, XM, Boyer, JL y GI Shulman (2015) desarrollaron una encapsulación de DNP en nanopartículas como una formulación de liberación lenta. Entonces, en lugar de usar el 20% de la masa corporal para eliminar los lípidos solo del hígado, se proporcionaría DNP de forma sistémica, similar al DNP proporcionado a la colonia de ratones a través del agua potable, que utilizó 100% de la masa corporal para mejorar todo flujo corporal.

21. Pensamientos finales

El ejercicio moderado induce la elevación de BDNF en el cerebro, así como mejora el tono muscular, disminuye los lípidos en los tejidos clave para la sensibilidad a la insulina, reduce la frecuencia del corazón en reposo, la presión arterial y mejora el estado físico general. Al igual que los beneficios del ejercicio, la restricción calórica o el ayuno pueden tener un efecto positivo en el aumento de la bioenergética mitocondrial y el estrés mitocondrial mediante la regulación positiva de CREB, BDNF, autofagia, PGC-1A y sirtuina 3 mientras se reduce la señalización de mTOR (apoptosis) en el hipocampo y otras regiones del cerebro.

El impacto del ayuno aplicado a los pacientes parece mejorar una serie de puntos finales relacionados con la neurodegeneración, el envejecimiento y la epilepsia, incluso la tolerancia a los efectos secundarios de la quimioterapia. Por lo tanto, si esto es posible, las flechas apuntan hacia las mitocondrias como punto central y objetivo racional como punto de intervención en una gran cantidad de enfermedades. Aunque la dieta y el ejercicio siempre deben ser la primera línea de defensa, el DNP parece imitar en parte los efectos neuroprotectores y neurorestauradores del ejercicio y el ayuno al aumentar el BDNF, disminuir el estrés celular y aumentar la resistencia celular mediante aumentos leves en la bioenergética mitocondrial. Se sabe que la producción de BDNF a través de CREB es inducida por aumentos del segundo mensajero, cAMP y Ca 2+. Los cultivos primarios de células de hipocampo de rata tratados con 20 μM de DNP aumentan la producción de AMPc. Se desconoce el mecanismo de acción para el aumento, pero es probable que se deba a la activación de adenilato ciclasa (AC) que sintetiza ATP en cAMP en el citosol cuando el DNP reduce el potencial de membrana mitocondrial.

Esto provoca un menor influjo de Ca 2+ en la matriz al cerrar el uniportador, pero simultáneamente un aumento en el Ca 2+ citosólico. Hay nueve AC transmembrana de mamíferos (tmAC) y una isoforma soluble (sAC), que está asociada con la mitocondria, el crecimiento de neuritas y se activa directamente por calcio independientemente de calmodulina. Las isoformas I, III y VIII AC son estimuladas por Ca 2+/calmodulina, mientras que V y VI son inhibidas por Ca 2+. Es posible que el aumento de cAMP también se deba a una inactivación de las fosfodiesterasas (PDE) que también degrada los nucleótidos cíclicos. Los inhibidores de la PDE se han buscado para mejorar la cognición, reducir los episodios de esquizofrenia, depresión y mejorar la estabilidad mental con el aumento de cAMP, que el tratamiento con DNP también puede abordar.

Los beneficios colectivos de los aumentos impulsados ​​por DNP de cAMP, CREB y BDNF pueden ser enormes para la salud mental. El tratamiento de animales que representan una miríada de enfermedades neurodegenerativas humanas con DNP parece pro-neuroprotector para enfermedades de etiología conocida y desconocida, e indicaciones de todas las edades (pediatría, adultos y ancianos).

No es un "elixir mágico", sino que se basa en el hecho científico de que:

1) Todas las células humanas tienen mitocondrias, excepto los glóbulos rojos maduros.
2) Tienen una relación simbiótica dentro de la célula que rige la supervivencia celular y las funciones que afectan muchas vías.
3) De estudios experimentales en tantos laboratorios de todo el mundo que han compilado datos positivos y significativos que muestran su mérito en modelos animales de la enfermedad de Huntington, la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer, la esclerosis múltiple, el síndrome de Rett, la epilepsia, pérdida de audición, pérdida de visión (neuritis óptica), lesión cerebral traumática y distrofia muscular de Duchenne. Otros han probado DNP en modelos de accidente cerebrovascular, lesión del nervio ciático, TBI, inhibición de Aβ 1-42 de la formación de placa y diversas enfermedades metabólicas. Este espectro corresponde a enfermedades del desarrollo (Rett), neuromusculares (DMD), metabólicas (NASH, diabetes, resistencia a la insulina), neurodegeneración (AD, PD, HD, etc.), autoinmunes (MS, ON, etc.) y traumatismos (audición, accidente cerebrovascular, daño nervioso, TBI).

En conjunto, el DNP puede ser un tratamiento para un término global emergente llamado "metabesidad" que se refiere a todas las comorbilidades asociadas con el fenotipo sobrenutritivo, como una mayor incidencia de resistencia a la insulina, obesidad, diabetes tipo 2, apnea del sueño, depresión, inflamación, enfermedad cardiovascular, hipertensión, enfermedad del hígado graso no alcohólico, pero incluye envejecimiento acelerado, neurodegeneración y cáncer. Se están realizando estudios para explorar una aplicación cada vez mayor de farmacología de desacoplamiento mitocondrial de baja dosis. Hay otras enfermedades insidiosas como Pompe, síndrome de Wolfram, ataxia de Friedreich, producción de cardiolipina, etc., que están asociadas con la disfunción mitocondrial de la homeostasis de Ca 2+, ATP y ROS, que no tienen cura, por lo que es importante saber si DNP o versiones modificadas de DNP pueden tener mérito en estas enfermedades también.

Dado que el DNP se probó en muchos laboratorios, en busca de indicaciones completamente diversas, habla de la idea de que modular la fisiología mitocondrial con desacopladores puede enlistar la resistencia celular que es global para muchas enfermedades. Por lo tanto, cuando se trata de reflexionar sobre si una enfermedad en particular tiene un componente mitocondrial y si el DNP podría tener mérito o no, es imperativo que solo se haga una prueba.

Relacionado con la enfermedad metabólica, tal vez sea hora de un cambio de paradigma de los elevados objetivos de la pérdida de peso a un programa de bienestar. La fusión de los datos de la década de 1930 que sugirieron un tratamiento crónico prolongado puede reducir el AUC durante una prueba de tolerancia a la glucosa oral (OGTT) en personas obesas (pero no por períodos cortos), con la idea de que dosis muy bajas durante largos períodos de tiempo pueden tener un efecto sorprendente en muchos puntos finales, podrían ser un cambio de paradigma. El impacto metabólico de aumentar el gasto de energía en un pequeño grado para repartir la grasa de los tejidos sensibles a la insulina (hígado y músculo), podría, de hecho, surgir como un método de tratamiento para el fenotipo sobrenutritivo intratable. Dado que las dosis de DNP neutrales en peso aumentan significativamente el BDNF, que también tiene propiedades antidiabéticas en los órganos periféricos, puede haber un efecto sinérgico de eliminar los lípidos al aumentar el BDNF.

Este enfoque es significativamente más seguro que el enfoque en la década de 1930, ya que las dosis serían al menos de 10 a 60 más bajas. Otro enfoque posible es usar un profármaco de DNP con tiempo de residencia extendido. La posible ventaja con esta estrategia frente a DNPME o cualquier entrega específica de órgano es que DNP circula sistémicamente para utilizar la masa de todo el cuerpo, lo que requiere dosis aún más bajas. La sensibilidad a la insulina en todo el cuerpo debería mejorar al tiempo que aumenta el índice de seguridad con absorción lenta y menor C max. El tiempo será la variable principal en cuanto a cuándo se restablecería la sensibilidad a la insulina, sin embargo, tomó mucho tiempo crear el problema con la sobrenutrición, por lo tanto, requerirá tiempo para resolverse de manera segura. El impacto podría ser profundo en el síndrome metabólico con dosis dentro del rango hormético bajo y quizás al mismo tiempo aumentar la cognición o prevenir el deterioro cognitivo en las poblaciones que envejecen.

DNP no es conocido por sus propiedades adictivas inherentes como las de un narcótico o anfetamina, excepto por el atractivo de adelgazar rápidamente. Por lo tanto, la preocupación sobre si el DNP hoy sería abusado o no para la neuroprotección como en la década de 1930 para la obesidad está amortiguado por los datos de que las dosis bajas tienen un gran impacto en los modelos animales enumerados aquí y hay un efecto hormético en que "menos es más" para un impacto óptimo en la progresión de la enfermedad. La ventana de dosis que hemos visto con todos los estudios en animales ha estado entre ~ 0.5–5 mg/kg en ratones, lo que se correlaciona con un rango de entre ~ 2–22 mg/día en seres humanos. Si esto se traduce en el escenario humano, incluida la respuesta hormética, entonces no tendría sentido empujar la dosis, por ejemplo, a 22 mg que corresponde a 5 mg/kg en el modelo de ratón, cuando se demostró claramente que 0.5 mg/kg o menos en la APP/PS1 fue óptimo, lo que en humanos son 2 mg/día o menos. En raras ocasiones, una curva de dosis eficaz en ratones se traduce perfectamente bien en humanos, pero dado que las mitocondrias están extremadamente bien conservadas evolutivamente de ratón a humanos, y el efecto no es genómico (no depende de la conservación de una proteína o receptor de ratón a humano), entonces la predicción de la traducción es excelente en relación con otras plataformas.

Sin embargo, encontrar la dosis óptima probablemente se convertirá en el aspecto más costoso del desarrollo clínico, ya que es una práctica normal que cuando una dosis no alcanza su punto final crítico, la dosis aumenta más. En este caso, sin embargo, puede ser beneficioso reducir la dosis. Dado que solo bajo tratamiento crónico la farmacología completa estará a bordo con el aumento de BDNF, nosotros (Mitochon Pharma) hemos hecho un mandato general para realizar pruebas in vivo con la administración oral una vez al día. Si clasificamos las indicaciones ordenadas de insidiosas a menos insidiosas, la diabetes estaría más abajo en la lista, aunque haya una aplicación probable. Sin embargo, podemos aprender de los posibles estudios clínicos de enfermedades como el síndrome de Wolfram, el síndrome de Rett, la ataxia de Friedreich o la enfermedad de Huntington que están asociadas con diabetes o resistencia a la insulina, si hay una mejora en estos síntomas secundarios o terciarios. El punto final primario, por supuesto, sería bloquear la neurodegeneración, pero también se podrían monitorear las mejoras en el flujo metabólico. En particular, puede haber una aplicación en múltiples frentes con enfermedades como el síndrome de Wolfram. El Síndrome de Wolfram es una condición de estrés ER Ca 2+ que comienza con diabetes juvenil y progresa a pérdida de visión, pérdida auditiva y pérdida muscular voluntaria e involuntaria sin pérdida de cognición hasta la muerte entre los 20-30 años. La mutación no se detecta en la etapa de diabetes, pero generalmente se diagnostica durante la pérdida de visión. Aquí quizás, el DNP puede tener una aplicación ya que estudios previos han protegido contra la pérdida de visión en el modelo de neuritis óptica, la pérdida de audición en el modelo de trauma por ruido, la disminución de la sobrecarga de calcio en modelos de TBI y la neuroprotección en una serie de modelos. La sensibilidad a la insulina también podría mejorarse, pero es menos preocupante. Similar en el tratamiento crónico de los pacientes de Huntington, las mejoras metabólicas serían un punto final terciario, pero podrían ser monitoreadas y probablemente mejoradas con bajas dosis previstas durante un largo período de tiempo. El objetivo primario más allá de la seguridad y la tolerabilidad sería mejorar la función motora (Total Motor Score), la función cognitiva (UHDRS), el estado clínico global (CGI) y la preservación del volumen cerebral mediante IRM.

El progreso que se ha logrado en la ciencia de la bioenergética mitocondrial ha sido tremendamente importante para comprender el papel central en la célula que este orgánulo gobierna en tantas vías. La aceleración de la investigación mitocondrial en las últimas dos décadas y un enfoque emergente en la legión de enfermedades es notable. Con más de 80 años desde que DNP ha estado en un estudio clínico, también existe una gran oportunidad para aprender hoy qué ventajas puede proporcionar la farmacología reposicionada para enfermedades verdaderamente insidiosas utilizando prácticas clínicas modernas. Este enfoque es una ruta mucho más adecuada que los obstáculos muy altos del reemplazo de genes como primera línea de ataque. Es posible despertar mecanismos compensatorios celulares redundantes mediante la modulación de toda la fisiología de las mitocondrias hacia la supervivencia de la célula, con una penetración cerebral simple, dosificación oral simple de DNP para atenuar la progresión de la enfermedad para un gran número de indicaciones, envejecimiento lento y potencial en el futuro para tratar profilácticamente a los pacientes para prevenir por completo la gran cantidad de enfermedades relacionadas con la edad. Puede parecer poco ortodoxo, pero cae dentro de la fisiología/farmacología del mecanismo de acción para ser plausiblemente cierto.
Expresiones de gratitud

Conflictos de interés

John G. Geisler es fundador y accionista de Mitochon Pharmaceuticals, Inc. MP201 (profármaco de DNP) tiene solicitudes de patentes estadounidenses pendientes, así como DNP/MP101. La FDA ha otorgado la designación a Mitochon Pharmaceuticals por DNP/MP101 para la enfermedad de Huntington.