Análise toxicológica in vitro e in vivo de uma fucana antitrombótica da alga marrom Spatoglossum schdöederi

Fucan is a term used to denominate a family of sulfated polysaccharides rich in L-fucose. They are extracted mainly from the extracellular matrix of brown algae and echinoderms. The brown alga Spatoglossum schröederi (Dictyotaceae) has three heterofucans named A, B and C. Our research group have been extracted non anticoagulant heterofucan from S. schröederi which possess antithrombotic activity in vivo. However, their toxicity in vitro and in vivo has not yet been determined. For the results in toxicity in vitro, we observed that the fucan A at 20, 500 and 1000 μg/plate showed no mutagenic activity in Kado test (Microsuspension), when the bacterial strains TA97a, TA98, TA100 and TA102, with and without S9 were used. The comet assay showed that fucan A (from 20 to 1000 μg/mL) did not cause any genotoxic effect on CHO cells. There was no damage to the DNA of these cells, as evidenced by the tail length and tail moment, which were similar to that found for the negative control. The fucan A from S. schröederi was administered at 20 μg/g of rat (dose which it showed high antithrombotic activity) during two months. After that, the animals were killed and examined. The data showed that fucan A did not cause any change in biochemistry and hematological parameters, as well as, in the morphology and size of the rat s organs analyzed. In conclusion, this study indicates that fucan is a compound with potential pharmacological that has no toxicity

Nanotubos de carbono de parede simples funcionalizados com polietilenoglicol: avaliação de parâmetros in vivo e in vitro

Os nanomateriais apresentam uma escala na qual ao menos uma das dimensões varia entre 1 e 100 nm e possuem propriedades químicas, físicas ou biológicas dependentes da nanoestrutura e que lhes confere características funcionais de interesse para fins comerciais ou aplicações na área médica. Dentre os nanomateriais mais estudados e utilizados, destacam-se os de carbono, que incluem os fulerenos e os nanotubos de carbono (NT). Uma potencial utilização dos nanomateriais de carbono é na área biomédica, já que estes podem interagir com os sistemas biológicos em nível molecular e supramolecular com alto grau de especificidade. Em contrapartida, é importante considerar que os nanotubos de carbono podem exercer efeitos tóxicos, tendo como possível mecanismo o estresse oxidativo. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi investigar a ação dos nanotubos de carbono de parede única funcionalizados com polietilenoglicol (SWNT-PEG) em Danio rerio “zebrafish” (Teleostei, Cyprinidae). Avaliaram-se parâmetros bioquímicos, histológicos, comportamentais e de biodistribuição para entender como esse material se comporta in vitro e in vivo. Foi observado que o tipo de funcionalização é determinante para a ação desse material em meio biológico. No experimento in vitro o SWNT-PEG não mostrou efeito pró-oxidante nas avaliações de peroxidação lipídica, capacidade antioxidante total, conteúdo de GSH e atividade de GCL. Na exposição intraperitoneal em zebrafish constatou-se a agregação e geração de processo inflamatório, o que sugere que a cadeia de PEG utilizada para a funcionalização dos NT possui um tamanho inadequado e/ou uma funcionalização ineficiente para manter a estabilidade do material em meio biológico e evitar uma resposta inflamatória por parte do organismo exposto. Possivelmente devido a esta característica do nanomaterial, nas análises de biodistribuição, através de espectroscopia Raman, não se observou distribuição de SWNT-PEG no sistema nervoso central de zebrafish. No entanto, através da análise histológica foi observado processo inflamatório no tecido nervoso central, bem como alterações comportamentais avaliadas na tarefa de campo aberto.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Études in vivo et in vitro sur le potentiel néphroprotecteur de plantes médicinales anti-diabétiques de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie-James

Notre équipe a identifié le thé Labrador [Rhododendron groenlandicum L. (Ericaceae)] comme une plante potentiellement antidiabétique de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James orientale. Dans la présente étude, nous avons évalué les effets néphroprotecteurs potentiels de la plante. De la microalbuminurie et de la fibrose rénale ont été développées chez des souris alimentées avec une diète grasse (DG). Le R. groenlandicum améliore d’une façon non-significative la microalbuminurie, avec des valeurs de l’aire sous la courbe (ACR) diminuant de 0.69 à 0.53. La valeur de la fibrose rénale qui était, à l’origine, de 4.85 unités arbitraires (UA) dans des souris alimentées à la DG, a chuté à 3.27 UA après avoir reçu un traitement de R. groenlandicum. Le R. groenlandicum a réduit la stéatose rénale de presque la moitié alors que l’expression du facteur de modification Bcl-2 (Bmf) a chuté de 13.96 UA à 9.43 UA. Dans leur ensemble les résultats suggèrent que le traitement avec R. groenlandicum peut améliorer la fonction rénale altérée par DG. Dans l’étude subséquente, notre équipe a identifié 17 espèces de la forêt boréale, de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James orientale, qui ont présenté des activités biologiques prometteuses in vitro et in vivo dans le contexte du DT2. Nous avons maintenant examiné ces 17 extraits afin d’identifier lesquels possèdent un potentiel cytoprotecteur rénale en utilisant des cellules Madin Darby Canine Kidney (MDCK) mises à l’épreuve dans un médium hypertonique. Nous concluons que plusieurs plantes antidiabétiques Cris exercent une activité de protection rénale qui pourrait être pertinente dans le contexte de la néphropathie diabétique (ND) qui affecte une proportion importante des Cris. La G. hispidula et la A. balsamea sont parmi les plantes les plus puissantes dans ce contexte et elles semblent protectrices principalement en inhibant la caspase 9 dans la voie de signalisation apoptotique mitochondriale. Finalement, nous avons utilisé une approche de fractionnement guidée par un test biologique pour identifier les fractions actives et les composés de A. balsamea avec un potentiel de protection rénale in vitro dans des cellules MDCK mises au défi avec un médium hypertonique. La fraction d’hexane (Hex) possède le potentiel le plus élevé parmi toutes les fractions de solvant contre les dommages cellulaires induits par le stress hypertonique. Dans des études précédentes, trois composés purs ont été identifiés à partir de la fraction Hex, à savoir, l’acide abiétique, l’acide déhydroabiétique et le squalène. L’acide abiétique se distinguait par son effet puissant dans le maintien de la viabilité des cellules MDCK (AnnV-/PI-) à un niveau relativement élevé (augmentation de 25.48% relative au stress hypertonique, P<0.0001), ainsi qu’une réduction significative (diminution de 20.20% par rapport au stress hypertonique, P<0.0001) de l’apoptose de stade précoce (AnnV+/PI-). L’acide abiétique peut donc servir à normaliser les préparations traditionnelles d’A. balsamea et à trouver des applications potentielles dans le traitement de la néphropathie diabétique. Les trois études ont été intrinsèquement liées les unes aux autres, par conséquent, nous avons réussi à identifier R. groenlandicum ainsi que A. balsamea comme nouvelles plantes prometteuses contre la néphropathie diabétique. Nous croyons que ces résultats profiteront à la communauté crie pour la gestion des complications diabétiques, en particulier la néphropathie diabétique. En parallèle, nos données pourraient faire avancer l'essai clinique de certaines plantes médicinales de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James orientale du Canada.

In vitro and in vivo delivery of the secretagogue diadenosine tetraphosphate from conventional and silicone hydrogel soft contact lenses

Purpose To evaluate the possible use of soft contact lenses (CL) to improve the secretagogue role of diadenosine tetraphosphate (Ap4A) promoting tear secretion. Methods Two conventional hydrogel CL (Omafilcon A and Ocufilcon D) and two silicone hydrogel (SiH) CL (Comfilcon A and Balafilcon A) were used. Ap4A was loaded into the lenses by soaking in a 1 mM Ap4A solution during 12 h. In vitro experiments were performed by placing the lenses in multi-wells during 2 h containing 1 ml of ultrapure water. 100 μl aliquots were taken at time zero and every minute for the first 10 min, and then every 15 min. In vivo experiments were performed in New Zealand rabbits and both the dinucleotide release from SiH and tear secretion were measured by means of Schirmer strips and high-pressure liquid chromatography (HPLC) analysis. Results Ap4A in vitro release experiments in hydrogel CL presented a release time 50 (RT50) of 3.9 ± 0.2 min and 3.1 ± 0.1 min for the non-ionic and the ionic CL, respectively. SiH CL released also Ap4A with RT50 values of 5.1 ± 0.1 min for the non-ionic and 2.7 ± 0.1 min for the ionic CL. In vivo experiments with SiH CL showed RT50 values of 9.3 ± 0.2 min and 8.5 ± 0.2 min for the non-ionic and the ionic respectively. The non-ionic lens Ap4A release was able to induce tear secretion above baseline tear levels for almost 360 min. Conclusion The delivery of Ap4A is slower and the effect lasts longer with non-ionic lenses than ionic lenses.

Phosphate uptake and phosphate transporter expression during immune cell proliferation in in vitro and ex vivo leukemic murine models

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Medicina e Ciências Biomédicas, Universidade do Algarve, 2015

Screening natural resources for mineralogenic and osteogenic bioactivities using in vitro and in vivo fish systems

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

Detecting KaiC Phosphorylation Rhythms of the Cyanobacterial Circadian Oscillator In Vitro and In Vivo

The central oscillator of the cyanobacterial circadian clock is unique in the biochemical simplicity of its components and the robustness of the oscillation. The oscillator is composed of three cyanobacterial proteins: KaiA, KaiB, and KaiC. If very pure preparations of these three proteins are mixed in a test tube in the right proportions and with ATP and MgCl2, the phosphorylation states of KaiC will oscillate with a circadian period, and these states can be analyzed simply by SDS-PAGE. The purity of the proteins is critical for obtaining robust oscillation. Contaminating proteases will destroy oscillation by degradation of Kai proteins, and ATPases will attenuate robustness by consumption of ATP. Here, we provide a detailed protocol to obtain pure recombinant proteins from Escherichia coli to construct a robust cyanobacterial circadian oscillator in vitro. In addition, we present a protocol that facilitates analysis of phosphorylation states of KaiC and other phosphorylated proteins from in vivo samples.

Effect of Prunella vulgaris L extract on hyperprolactinemia in vitro and in vivo

Purpose: To investigate the anti-hyperprolactinemic activity of Prunella vulgaris L. extract (PVE) in vivo and in vitro. Methods: Rats were given intraperitoneal (i. p.) metoclopramide (MCP, 150 mg/kg daily) for 10 days to prepare hyperprolactinemia (hyperPRL) model. Bromocriptine was used as positive control drug. High (5.6 g/kg), medium (2.8 g/kg) and low (1.4 g/kg) doses of PVE were administered to hyperPRL rats. The effect of PVE on serum prolactin (PRL), estradiol (E2), progesterone (PGN), follicle stimulating hormone (FSH) and luteinizing hormone (LH) levels were investigated in the rats. MMQ cells derived from rat pituitary adenoma cells and GH3 cells from rat pituitary lactotropictumoral cells were used for in vitro experiments. The effect of PVE on PRL secretion were studied in MMQ cells and GH3 cells respectively. Results: Compared with the control group (446.21 ± 32.43 pg/mL), high (219.23 ± 10.62 pg/mL) and medium (245.47 ± 13.52 pg/mL) reduced PRL level of hyperPRL rats significantly (p 0.05). In MMQ cells, treatment with 5 mg/mL PVE or 10 mg/mL PVE) significantly suppressed PRL secretion and synthesis at 24h compared with controls (p < 0.01). Consistent with D2- action, PVE did not affect PRL in rat pituitary lactotropic tumor-derived GH3 cells that lack the D2 receptor expression, compared with controls. Conclusion: PVE showed anti-hyperPRL activity and can potentially be used for the treatment of hyperprolactinemi, but further studies are required to ascertain this

In vitro-in vivo Pharmacokinetic correlation model for quality assurance of antiretroviral drugs

Introduction: The In vitro-in vivo pharmacokinetic correlation models (IVIVC) are a fundamental part of the drug discovery and development process. The ability to accurately predict the in vivo pharmacokinetic profile of a drug based on in vitro observations can have several applications during a successful development process. Objective: To develop a comprehensive model to predict the in vivo absorption of antiretroviral drugs based on permeability studies, in vitro and in vivo solubility and demonstrate its correlation with the pharmacokinetic profile in humans. Methods: Analytical tools to test the biopharmaceutical properties of stavudine, lamivudine y zidovudine were developed. The kinetics of dissolution, permeability in caco-2 cells and pharmacokinetics of absorption in rabbits and healthy volunteers were evaluated. Results: The cumulative areas under the curve (AUC) obtained in the permeability study with Caco-2 cells, the dissolution study and the pharmacokinetics in rabbits correlated with the cumulative AUC values in humans. These results demonstrated a direct relation between in vitro data and absorption, both in humans and in the in vivo model. Conclusions: The analytical methods and procedures applied to the development of an IVIVC model showed a strong correlation among themselves. These IVIVC models are proposed as alternative and cost/effective methods to evaluate the biopharmaceutical properties that determine the bioavailability of a drug and their application includes the development process, quality assurance, bioequivalence studies and pharmacosurveillance.

Toxicidade in vitro e in vivo de quantum dots de carbono recobertos com boronato

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Animal, 2016.

Multifunctional Nanoparticles in Cancer: in vitro Characterization, in vivo Distribution

A novel biocompatible and biodegradable polymer, termed poly(Glycerol malate co-dodecanedioate) (PGMD), was prepared by thermal condensation method and used for fabrication of nanoparticles (NPs). PGMD NPs were prepared using the single oil emulsion technique and loaded with an imaging/hyperthermia agent (IR820) and a chemotherapeutic agent (doxorubicin, DOX). The size of the void PGMD NPs, IR820-PGMD NPs and DOX-IR820-PGMD NPs were approximately 90 nm, 110 nm, and 125 nm respectively. An acidic environment (pH=5.0) induced higher DOX and IR820 release compared to pH=7.4. DOX release was also enhanced by exposure to laser, which increased the temperature to 42°C. Cytotoxicity of DOX-IR820-PGMD NPs was comparable in MES-SA but was higher in Dx5 cells compared to free DOX plus IR820 (pIn vivomouse studies showed that NP formulation significantly improved the plasma half-life of IR820 after tail vein injection. Significant lower IR820 content was observed in kidney in DOX-IR820-PGMD NP treatment as compared to free IR820 treatment in our biodistribution studies (p

Challenges with in vitro and in vivo experimental models of urinary bladder cancer for novel drug discovery

Urinary bladder cancer (UBC) is the second most frequent malignancy of the urinary system and the ninth most common cancer worldwide, affecting individuals over the age of 65. Several investigations have embarked on advancing knowledge of the mechanisms underlying urothelial carcinogenesis, understanding the mechanisms of antineoplastic drugs resistance and discovering new antineoplastic drugs. In vitro and in vivo models are crucial for providing additional insights into the mechanisms of urothelial carcinogenesis. With these models, various molecular pathways involved in urothelial carcinogenesis have been discovered, allowing therapeutic manipulation.

Virulence of Cryptococcus sp. biofilms in vitro and in vivo using Galleria mellonella as an alternative model.

2016