Functional characterisation of Schistosoma japonicum acetylcholinesterase

BACKGROUND: Acetylcholinesterase (AChE) is an important metabolic enzyme of schistosomes present in the musculature and on the surface of the blood stage where it has been implicated in the modulation of glucose scavenging from mammalian host blood. As both a target for the antischistosomal drug metrifonate and as a potential vaccine candidate, AChE has been characterised in the schistosome species Schistosoma mansoni, S. haematobium and S. bovis, but not in S. japonicum. Recently, using a schistosome protein microarray, a predicted S. japonicum acetylcholinesterase precursor was significantly targeted by protective IgG1 immune responses in S. haematobium-exposed individuals that had acquired drug-induced resistance to schistosomiasis after praziquantel treatment.

RESULTS: We report the full-length cDNA sequence and describe phylogenetic and molecular structural analysis to facilitate understanding of the biological function of AChE (SjAChE) in S. japonicum. The protein has high sequence identity (88 %) with the AChEs in S. mansoni, S. haematobium and S. bovis and has 25 % sequence similarity with human AChE, suggestive of a highly specialised role for the enzyme in both parasite and host. We immunolocalized SjAChE and demonstrated its presence on the surface of adult worms and schistosomula, as well as its lower expression in parenchymal regions. The relatively abundance of AChE activity (90 %) present on the surface of adult S. japonicum when compared with that reported in other schistosomes suggests SjAChE may be a more effective drug or immunological target against this species. We also demonstrate that the classical inhibitor of AChE, BW285c51, inhibited AChE activity in tegumental extracts of paired worms, single males and single females by 59, 22 and 50 %, respectively, after 24 h incubation with 200 μM BW284c51.

CONCLUSIONS: These results build on previous studies in other schistosome species indicating major differences in the enzyme between parasite and mammalian host, and provide further support for the design of an anti-schistosome intervention targeting AChE.

Characterising granuloma regression and liver recovery in a murine model of schistosomiasis japonica

For hepatic schistosomiasis the egg-induced granulomatous response and the development of extensive fibrosis are the main pathologies. We used a Schistosoma japonicum-infected mouse model to characterise the multi-cellular pathways associated with the recovery from hepatic fibrosis following clearance of the infection with the anti-schistosomal drug, praziquantel. In the recovering liver splenomegaly, granuloma density and liver fibrosis were all reduced. Inflammatory cell infiltration into the liver was evident, and the numbers of neutrophils, eosinophils and macrophages were significantly decreased. Transcriptomic analysis revealed the up-regulation of fatty acid metabolism genes and the identification of Peroxisome proliferator activated receptor alpha as the upstream regulator of liver recovery. The aryl hydrocarbon receptor signalling pathway which regulates xenobiotic metabolism was also differentially up-regulated. These findings provide a better understanding of the mechanisms associated with the regression of hepatic schistosomiasis.

Leishmaniasis Mimicking Lymphoma and/or Liver Cirrhosis

A 76-year-old man was admitted to hospital with fever, weight loss, pancytopenia, hepatosplenomegaly and a double monoclonal component IgM-IgG-k, suggesting a diagnosis of myeloma. Bone marrow and liver biopsies disclosed the presence of Donovan bodies, and the titre of anti-Leishmania antibodies was extremely high. After treatment with liposomal amphotericin B, the titre of antibodies fell considerably, while monoclonal components, pancytopenia and clinical symptoms slowly disappeared. Polyclonal γ-globulins are made of innumerable monoclonal components, one of which can appear as a recognizable band and be misdiagnosed as myeloma when representing the high titre of an antibody directed towards a specific antigen.

Pharmacokinetic Profile of Liposome-Encapsulated Ropivacaine after Maxillary Infiltration Anaesthesia

The aim of this study was to determine the pharmacokinetic parameters of liposomal ropivacaine after dental anesthesia in 14 healthy volunteers. In this randomized, double-blind and crossover study, the volunteers received maxillary infiltration of liposome-encapsulated 0.5% ropivacaine and, 0.5% ropivacaine with 1:200,000 epinephrine in two different sessions. Blood samples were collected before and after (from 15 to 1440 min) the administration of either ropivacaine formulation. HPLC with UV detection was used to quantify plasma ropivacaine concentrations. The pharmacokinetic parameters AUC(0-24) (area under the plasma concentration x time curve from baseline to 24 h), AUC(0-infinity) (area under the plasma concentration-time curve from baseline to infinity), C-max (maximum drug concentration), CL (renal clearance), T-max (maximum drug concentration time), t(1/2) (elimination half-life) and Vd (volume of distribution) were analyzed using the Wilcoxon signed-rank test. No differences (p > 0.05) were observed between both formulations for any of the pharmacokinetic parameters evaluated and plasma ropivacaine concentrations, considering each period of time. Both formulations showed similar pharmacokinetic profiles, indicating that the liposomal formulation could be a safer option for use of this local anesthetic, due to the absence of a vasoconstrictor.

Étude de propriétés physico-chimiques des membranes lipidiques chargées d’acide palmitique/stérol et de stéarylamine/cholestérol

Les stérosomes, des vésicules artificielles composées d’amphiphiles monoalkylés et d’un grand pourcentage de stérols, sont prometteurs dans plusieurs domaines comme les industries pharmaceutiques et alimentaires. Il existe des stérosomes chargés négativement, positivement et neutres. Dans ce mémoire, nous avons approfondi nos connaissances sur les propriétés physico-chimiques des stérosomes chargés : acide palmitique (PA)/stérol et stéarylamine (SA)/cholestérol (Chol). Premièrement, afin de mesurer la diffusion latérale de PA dans les membranes PA/stérol (30/70 mol/mol) par RMN à gradients pulsés, nous avons tenté de former des bicouches liquide-ordonnées (lo) orientées magnétiquement avec ce mélange. En s'inspirant de l’idée que l’ajout de 1,2-dihexanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DHPC), un lipide à courtes chaînes, dans le système 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) mène à la formation de bicouches orientées, nous avons étudié la formulation PA perdeutéré/acide hexanoïque (HA)/Chol avec une proportion molaire de 25/18/57 à plusieurs températures; aucune formation de bicouches orientées n’a été observée. Ce résultat pourrait être expliqué par la solubilisation partielle de HA en milieu aqueux. Alors, une quantité insuffisante serait insérée dans la bicouche pour induire son orientation. La formulation PA perdeutéré/DHPC/Chol n’a pas conduit, elle non plus, à des bicouches orientées magnétiquement à des températures et concentrations lipidiques variées. En étudiant le mélange DMPC/DHPC/Chol (67/17/14), nous avons remarqué que la présence de Chol inhibait l'orientation magnétique des bicouches. Tandis que le mélange DMPC/DHPC/stigmastérol (SS) avec les proportions molaires 67/19/14 et 72/21/7 conduisait à des bicouches orientées avec leur normale (n) perpendiculaire au champ magnétique à 40 °C et 50 °C. Ces résultats suggèrent que le mélange PA/SS avec une proportion de lipide à courtes chaînes, HA et DHPC, pourrait mener à des bicouches orientées magnétiquement. Le mélange PA/Chol avec un lipide à courtes chaînes pourrait aussi être étudié en présence des lanthanides. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité de moduler la libération de matériel encapsulé dans des liposomes essentiellement composés de PA et d’un stérol. Il est connu que le mélange PA/Chol (30/70) à pH ≥ 7,5 forme des liposomes très peu perméables. Il est avantageux de pouvoir moduler la perméabilité pour avoir un contrôle sur le temps de libération de leur contenu, qui est un paramètre de grande importance pour les formulations liposomales de médicaments. D’abord, il a été montré que l’acide oléique (OA)/Chol (30/70) est capable de former des vésicules, ce qui n’avait jamais été prouvé auparavant. Par contre, les bicouches OA/Chol (30/70) ne sont pas plus perméables que les bicouches PA/Chol (30/70). L’ajout de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (POPC) dans le mélange PA/Chol n’augmente pas plus la perméabilité. En effet, les cinétiques de relargage de calcéine des vésicules PA/POPC/Chol (15/27.5/57.5), POPC/Chol (40/60) et POPC étaient très semblables à celle de PA/Chol (30/70). Il a été remarqué que les études littéraires se contredisent à propos de la perméabilité à la calcéine des bicouches de phosphatidylcholine (PC). L’explication de ces divergences est inconnue pour le moment. En remplaçant la moitié de la proportion molaire de Chol par le cholate de sodium (SC) dans le mélange PA/Chol (30/70), la membrane n’était pas plus apte à libérer son contenu. Il se pourrait que le SC se retrouvant dans la bicouche n’induit pas une diminution d’empilement. Il est aussi possible que le SC ne s'insère pas dans la membrane à cause de son hydrophilie considérable et il pourrait alors former seul des micelles. En remplaçant complètement le Chol par le sulfate de cholestérol (SChol), un stérol chargé négativement, et en préparant les vésicules à un bas pH, la formulation PA/SChol (30/70) mène à une très grande perméabilité à pH 7.5; le relargage est provoqué par un saut de pH. Nos travaux suggèrent qu'il serait possible de moduler la perméabilité des liposomes en les préparant avec le mélange PA/SChol/Chol en variant les proportions entre 30/63/7 à 30/70/0. Le diagramme pH-composition du mélange PA/SChol/Chol indique que ces proportions conduisent, à pH 7.4, à la coexistence de phases solide et lo en différentes proportions, ce qui pourrait moduler la perméabilité membranaire. Troisièmement, les résultats de perméabilité obtenus avec la calcéine et les difficultés survenues lors de l’extrusion des vésicules encapsulant cette sonde nous ont amené à nous demander si la calcéine interagit avec les bicouches chargées. L’impact de certains anions, dont la calcéine, a été examiné sur les bicouches chargées positivement SA/Chol (50/50). La calorimétrie différentielle à balayage (DSC, de l’anglais differential scanning calorimetry), indique qu’il n’y a aucune transition entre 25 et 90 °C pour les liposomes SA/Chol (50/50) à pH = 7.4. L’ajout de chlorure de sodim (375 mM) n’a pas mené à la formation d’agrégats et aucune transition n’a été observée sur le thermogramme. La formation d’agrégats macroscopiques instantanément après l’ajout d’hydrogénophosphate de sodium (125 mM), de sulfate de sodium (125 mM) et de calcéine (3 mM) a été observée. Une transition a été observée sur les thermogrammes en présence de ces sels. Les agrégats observés pourraient être associés à la transition de phase. L’effet des anions sur la température et l’enthalpie de transition suivent le même ordre que la série d’Hofmeister : sulfate > hydrogénophosphate > chlorure (pas de pic). La calcéine avait l’impact le plus prononcé sur l’agrégation; ceci illustre que la calcéine n’est pas une sonde fluorescente inerte avec le mélange SA/Chol. Elle pourrait être un chaotrope volumineux. De plus, les interactions SA-calcéine plus fortes, menant à l’agrégation des vésicules, que les interactions PC-calcéine pourraient s’expliquer par le fait que la SA est chargée positivement.

Manufacturing methods for liposome adjuvants

A wide range of studies have shown that liposomes can act as suitable adjuvants for a range of vaccine antigens. Properties such as their amphiphilic character and biphasic nature allow them to incorporate antigens within the lipid bilayer, on the surface, or encapsulated within the inner core. However, appropriate methods for the manufacture of liposomes are limited and this has resulted in issues with cost, supply, and wider scale application of these systems. Within this chapter we explore manufacturing processes that can be used for the production of liposomal adjuvants, and we outline new manufacturing methods can that offer fast, scalable, and cost-effective production of liposomal adjuvants.

Microfluidics based manufacture of liposomes simultaneously entrapping hydrophilic and lipophilic drugs

Despite the substantial body of research investigating the use of liposomes, niosomes and other bilayer vesicles for drug delivery, the translation of these systems into licensed products remains limited. Indeed, recent shortages in the supply of liposomal products demonstrate the need for new scalable production methods for liposomes. Therefore, the aim of our research has been to consider the application of microfluidics in the manufacture of liposomes containing either or both a water soluble and a lipid soluble drug to promote co-delivery of drugs. For the first time, we demonstrate the entrapment of a hydrophilic and a lipophilic drug (metformin and glipizide respectively) both individually, and in combination, using a scalable microfluidics manufacturing system. In terms of the operating parameters, the choice of solvents, lipid concentration and aqueous:solvent ratio all impact on liposome size with vesicle diameter ranging from ∼90 to 300 nm. In terms of drug loading, microfluidics production promoted high loading within ∼100 nm vesicles for both the water soluble drug (20–25% of initial amount added) and the bilayer embedded drug (40–42% of initial amount added) with co-loading of the drugs making no impact on entrapment efficacy. However, co-loading of glipizide and metformin within the same liposome formulation did impact on the drug release profiles; in both instances the presence of both drugs in the one formulation promoted faster (up to 2 fold) release compared to liposomes containing a single drug alone. Overall, these results demonstrate the application of microfluidics to prepare liposomal systems incorporating either or both an aqueous soluble drug and a bilayer loaded drug.

Étude de propriétés physico-chimiques des membranes lipidiques chargées d’acide palmitique/stérol et de stéarylamine/cholestérol

Les stérosomes, des vésicules artificielles composées d’amphiphiles monoalkylés et d’un grand pourcentage de stérols, sont prometteurs dans plusieurs domaines comme les industries pharmaceutiques et alimentaires. Il existe des stérosomes chargés négativement, positivement et neutres. Dans ce mémoire, nous avons approfondi nos connaissances sur les propriétés physico-chimiques des stérosomes chargés : acide palmitique (PA)/stérol et stéarylamine (SA)/cholestérol (Chol). Premièrement, afin de mesurer la diffusion latérale de PA dans les membranes PA/stérol (30/70 mol/mol) par RMN à gradients pulsés, nous avons tenté de former des bicouches liquide-ordonnées (lo) orientées magnétiquement avec ce mélange. En s'inspirant de l’idée que l’ajout de 1,2-dihexanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DHPC), un lipide à courtes chaînes, dans le système 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) mène à la formation de bicouches orientées, nous avons étudié la formulation PA perdeutéré/acide hexanoïque (HA)/Chol avec une proportion molaire de 25/18/57 à plusieurs températures; aucune formation de bicouches orientées n’a été observée. Ce résultat pourrait être expliqué par la solubilisation partielle de HA en milieu aqueux. Alors, une quantité insuffisante serait insérée dans la bicouche pour induire son orientation. La formulation PA perdeutéré/DHPC/Chol n’a pas conduit, elle non plus, à des bicouches orientées magnétiquement à des températures et concentrations lipidiques variées. En étudiant le mélange DMPC/DHPC/Chol (67/17/14), nous avons remarqué que la présence de Chol inhibait l'orientation magnétique des bicouches. Tandis que le mélange DMPC/DHPC/stigmastérol (SS) avec les proportions molaires 67/19/14 et 72/21/7 conduisait à des bicouches orientées avec leur normale (n) perpendiculaire au champ magnétique à 40 °C et 50 °C. Ces résultats suggèrent que le mélange PA/SS avec une proportion de lipide à courtes chaînes, HA et DHPC, pourrait mener à des bicouches orientées magnétiquement. Le mélange PA/Chol avec un lipide à courtes chaînes pourrait aussi être étudié en présence des lanthanides. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité de moduler la libération de matériel encapsulé dans des liposomes essentiellement composés de PA et d’un stérol. Il est connu que le mélange PA/Chol (30/70) à pH ≥ 7,5 forme des liposomes très peu perméables. Il est avantageux de pouvoir moduler la perméabilité pour avoir un contrôle sur le temps de libération de leur contenu, qui est un paramètre de grande importance pour les formulations liposomales de médicaments. D’abord, il a été montré que l’acide oléique (OA)/Chol (30/70) est capable de former des vésicules, ce qui n’avait jamais été prouvé auparavant. Par contre, les bicouches OA/Chol (30/70) ne sont pas plus perméables que les bicouches PA/Chol (30/70). L’ajout de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (POPC) dans le mélange PA/Chol n’augmente pas plus la perméabilité. En effet, les cinétiques de relargage de calcéine des vésicules PA/POPC/Chol (15/27.5/57.5), POPC/Chol (40/60) et POPC étaient très semblables à celle de PA/Chol (30/70). Il a été remarqué que les études littéraires se contredisent à propos de la perméabilité à la calcéine des bicouches de phosphatidylcholine (PC). L’explication de ces divergences est inconnue pour le moment. En remplaçant la moitié de la proportion molaire de Chol par le cholate de sodium (SC) dans le mélange PA/Chol (30/70), la membrane n’était pas plus apte à libérer son contenu. Il se pourrait que le SC se retrouvant dans la bicouche n’induit pas une diminution d’empilement. Il est aussi possible que le SC ne s'insère pas dans la membrane à cause de son hydrophilie considérable et il pourrait alors former seul des micelles. En remplaçant complètement le Chol par le sulfate de cholestérol (SChol), un stérol chargé négativement, et en préparant les vésicules à un bas pH, la formulation PA/SChol (30/70) mène à une très grande perméabilité à pH 7.5; le relargage est provoqué par un saut de pH. Nos travaux suggèrent qu'il serait possible de moduler la perméabilité des liposomes en les préparant avec le mélange PA/SChol/Chol en variant les proportions entre 30/63/7 à 30/70/0. Le diagramme pH-composition du mélange PA/SChol/Chol indique que ces proportions conduisent, à pH 7.4, à la coexistence de phases solide et lo en différentes proportions, ce qui pourrait moduler la perméabilité membranaire. Troisièmement, les résultats de perméabilité obtenus avec la calcéine et les difficultés survenues lors de l’extrusion des vésicules encapsulant cette sonde nous ont amené à nous demander si la calcéine interagit avec les bicouches chargées. L’impact de certains anions, dont la calcéine, a été examiné sur les bicouches chargées positivement SA/Chol (50/50). La calorimétrie différentielle à balayage (DSC, de l’anglais differential scanning calorimetry), indique qu’il n’y a aucune transition entre 25 et 90 °C pour les liposomes SA/Chol (50/50) à pH = 7.4. L’ajout de chlorure de sodim (375 mM) n’a pas mené à la formation d’agrégats et aucune transition n’a été observée sur le thermogramme. La formation d’agrégats macroscopiques instantanément après l’ajout d’hydrogénophosphate de sodium (125 mM), de sulfate de sodium (125 mM) et de calcéine (3 mM) a été observée. Une transition a été observée sur les thermogrammes en présence de ces sels. Les agrégats observés pourraient être associés à la transition de phase. L’effet des anions sur la température et l’enthalpie de transition suivent le même ordre que la série d’Hofmeister : sulfate > hydrogénophosphate > chlorure (pas de pic). La calcéine avait l’impact le plus prononcé sur l’agrégation; ceci illustre que la calcéine n’est pas une sonde fluorescente inerte avec le mélange SA/Chol. Elle pourrait être un chaotrope volumineux. De plus, les interactions SA-calcéine plus fortes, menant à l’agrégation des vésicules, que les interactions PC-calcéine pourraient s’expliquer par le fait que la SA est chargée positivement.