Comparative activities of milk components in reversing chronic colitis

Inflammatory bowel disease (IBD) is a poorly understood chronic immune disorder for which there is no medical cure. Milk and colostrum are rich sources of bioactives with immunomodulatory properties. Here we compared the therapeutic effects of oral delivery of bovine milk-derived iron-saturated lactoferrin (Fe-bLF), angiogenin, osteopontin (OPN), colostrum whey protein, Modulen IBD (Nestle Healthsciences, Rhodes, Australia), and cis-9,trans-11 conjugated linoleic acid (CLA)-enriched milk fat in a mouse model of dextran sulfate-induced colitis. The CLA-enriched milk fat significantly increased mouse body weights after 24d of treatment, reduced epithelium damage, and downregulated the expression of proinflammatory cytokines and nitrous oxide. Modulen IBD most effectively decreased the clinical score at d 12, and Modulen IBD and OPN most effectively lowered the inflammatory score. Myeloperoxidase activity that denotes neutrophil infiltration was significantly lower in mice fed Modulen IBD, OPN, angiogenin, and Fe-bLF. A significant decrease in the numbers of T cells, natural killer cells, dendritic cells, and a significant decrease in cytokine expression were observed in mice fed the treatment diets compared with dextran sulfate administered mice. The Fe-bLF, CLA-enriched milk fat, and Modulen IBD inhibited intestinal angiogenesis. In summary, each of the milk components attenuated IBD in mice, but with differing effectiveness against specific disease parameters.

Dietary fiber and bacterial SCFA enhance oral tolerance and protect against food allergy through diverse cellular pathways

The incidence of food allergies in western countries has increased dramatically in recent decades. Tolerance to food antigens relies on mucosal CD103(+) dendritic cells (DCs), which promote differentiation of regulatory T (Treg) cells. We show that high-fiber feeding in mice improved oral tolerance and protected from food allergy. High-fiber feeding reshaped gut microbial ecology and increased the release of short-chain fatty acids (SCFAs), particularly acetate and butyrate. High-fiber feeding enhanced oral tolerance and protected against food allergy by enhancing retinal dehydrogenase activity in CD103(+) DC. This protection depended on vitamin A in the diet. This feeding regimen also boosted IgA production and enhanced T follicular helper and mucosal germinal center responses. Mice lacking GPR43 or GPR109A, receptors for SCFAs, showed exacerbated food allergy and fewer CD103(+) DCs. Dietary elements, including fiber and vitamin A, therefore regulate numerous protective pathways in the gastrointestinal tract, necessary for immune non-responsiveness to food antigens.

Étude du niveau de B Lymphocyte Stimulator (BLyS) et de son impact sur les lymphocytes B en relation avec l’infection et la résistance au virus d’immunodéficience humaine (VIH) chez des travailleuses du sexe au Bénin

L’infection au VIH s’accompagne souvent de dérégulations du compartiment des lymphocytes B qui nuisent à la génération de réponses efficaces. En effet, détectées tôt après l’infection, ces dérégulations perdurent, ne sont pas totalement restaurées par la thérapie, et mènent souvent à des manifestations auto-immunes et lymphomes. Une étude longitudinale de notre groupe, effectuée avec des cellules mononucléées du sang circulant provenant de patients VIH+ avec différents types de progression clinique, a démontré qu’un niveau élevé de BLyS chez des individus VIH+ progresseurs était associé à une dérégulation des fréquences de populations de cellules B avec augmentation de cellules innées de la zone marginale (MZ) présentant des caractéristiques d’immaturité et d’activation. Au contraire, chez des individus VIH+ non-progresseurs avirémiques ou contrôleurs d’élite, les niveaux de BLyS étaient dans la normale et ce sont les fréquences de cellules B MZ plus matures qui étaient diminuées. La résistance au VIH pourrait aussi impliquer le contrôle de BLyS et son impact sur les cellules B. De ce fait, nous avons préalablement recruté une cohorte de travailleuses du sexe (TS) à Cotonou (Bénin) dans laquelle nous avons identifié des femmes qui demeurent séronégatives malgré une exposition soutenue au virus. Nous avons mesuré les niveaux de BLyS dans le sang et dans les lavages cervico-vaginaux (CVL) de TS VIH- et les avons comparés à ceux mesurés chez des TS VIH+ et un groupe contrôle de non-TS VIH- . Nous avons trouvé que les niveaux de BLyS dans le sang et le CVL des TS VIH- étaient inférieurs à ceux des TS VIH+ et des non-TS VIH-. Le niveau d’expression de BLyS à la surface des lymphocytes T, monocytes et cellules dendritiques de TS VIH- était augmenté, mais à un niveau moindre que les TS VIH+. Chez les TS VIH+, les hauts niveaux de BLyS étaient concomitants avec une dérégulation du compartiment B caractérisée par une hyperglobulinémie, une augmentation de la fréquence de populations avec un profil immature/inné et une plus grande proportion de plasmablastes IgG vs IgA. Au contraire, les niveaux inférieurs de BLyS dans le sang des TS VIH- coïncident avec un compartiment B préservé, révélant que les lymphocytes B MZ peuvent être impliqués dans l’immunité naturelle au VIH. Ces résultats démontrent l’importance du contrôle des niveaux de BLyS et du maintien de l’intégrité du compartiment B dans la résistance au VIH.

Effet de Streptococcus Suis sur la capacité de présentation antigénique de cellules dendritiques

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et humain, causant méningites et septicémies. Des études suggèrent que S. suis dispose de facteurs de virulence, notamment sa capsule polysaccharidique (CPS), qui lui permettent de moduler les fonctions des cellules dendritiques (DCs), situées à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Les difficultés à développer un vaccin efficace suggèrent aussi une altération de la voie T dépendante. L’objectif général du projet était d’évaluer l’effet de S. suis sur l’activation des cellules T CD4+ ainsi que sur la capacité de présentation antigénique des DCs. Nous avons étudié dans un modèle murin in vivo la réponse T CD4+ mémoire lors d’infections primaire et secondaire. Une faible réponse mémoire centrale a été obtenue, suggérant que la réponse adaptative générée contre S. suis est limitée. Étant donné l’importance du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe II dans la présentation antigénique, nous avons évalué in vitro et in vivo l’expression de ces molécules chez les DCs. Une modulation de l’expression du MHC-II par S. suis a été observée. L’analyse de la transcription de gènes impliqués dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du MHC-II nous permet de suggérer que S. suis régule à la baisse la synthèse de nouvelles molécules et favorise leur dégradation lysosomale. Cette stratégie, dans laquelle la CPS ne jouerait qu’un rôle partiel, permettrait à S. suis d’échapper à la réponse adaptative T dépendante. Les résultats de cette étude fourniront de nouvelles perspectives dans la compréhension de la réponse adaptative lors de l’infection par S. suis.

In silico adjuvant design and validation

Adjuvants are substances that boost the protective immune response to vaccine antigens. The majority of known adjuvants have been identified through the use of empirical approaches. Our aim was to identify novel adjuvants with well-defined cellular and molecular mechanisms by combining a knowledge of immunoregulatory mechanisms with an in silico approach. CD4 + CD25 + FoxP3 + regulatory T cells (Tregs) inhibit the protective immune responses to vaccines by suppressing the activation of antigen presenting cells such as dendritic cells (DCs). In this chapter, we describe the identification and functional validation of small molecule antagonists to CCR4, a chemokine receptor expressed on Tregs. The CCR4 binds the chemokines CCL22 and CCL17 that are produced in large amounts by activated innate cells including DCs. In silico identified small molecule CCR4 antagonists inhibited the migration of Tregs both in vitro and in vivo and when combined with vaccine antigens, significantly enhanced protective immune responses in experimental models.

Oral vaccination with heat inactivated Mycobacterium bovis activates the complement system to protect against tuberculosis

Tuberculosis (TB) remains a pandemic affecting billions of people worldwide, thus stressing the need for new vaccines. Defining the correlates of vaccine protection is essential to achieve this goal. In this study, we used the wild boar model for mycobacterial infection and TB to characterize the protective mechanisms elicited by a new heat inactivated Mycobacterium bovis vaccine (IV). Oral vaccination with the IV resulted in significantly lower culture and lesion scores, particularly in the thorax, suggesting that the IV might provide a novel vaccine for TB control with special impact on the prevention of pulmonary disease, which is one of the limitations of current vaccines. Oral vaccination with the IV induced an adaptive antibody response and activation of the innate immune response including the complement component C3 and inflammasome. Mycobacterial DNA/RNA was not involved in inflammasome activation but increased C3 production by a still unknown mechanism. The results also suggested a protective mechanism mediated by the activation of IFN-γ producing CD8+ T cells by MHC I antigen presenting dendritic cells (DCs) in response to vaccination with the IV, without a clear role for Th1 CD4+ T cells. These results support a role for DCs in triggering the immune response to the IV through a mechanism similar to the phagocyte response to PAMPs with a central role for C3 in protection against mycobacterial infection. Higher C3 levels may allow increased opsonophagocytosis and effective bacterial clearance, while interfering with CR3-mediated opsonic and nonopsonic phagocytosis of mycobacteria, a process that could be enhanced by specific antibodies against mycobacterial proteins induced by vaccination with the IV. These results suggest that the IV acts through novel mechanisms to protect against TB in wild boar.

Étude du niveau de B Lymphocyte Stimulator (BLyS) et de son impact sur les lymphocytes B en relation avec l’infection et la résistance au virus d’immunodéficience humaine (VIH) chez des travailleuses du sexe au Bénin

L’infection au VIH s’accompagne souvent de dérégulations du compartiment des lymphocytes B qui nuisent à la génération de réponses efficaces. En effet, détectées tôt après l’infection, ces dérégulations perdurent, ne sont pas totalement restaurées par la thérapie, et mènent souvent à des manifestations auto-immunes et lymphomes. Une étude longitudinale de notre groupe, effectuée avec des cellules mononucléées du sang circulant provenant de patients VIH+ avec différents types de progression clinique, a démontré qu’un niveau élevé de BLyS chez des individus VIH+ progresseurs était associé à une dérégulation des fréquences de populations de cellules B avec augmentation de cellules innées de la zone marginale (MZ) présentant des caractéristiques d’immaturité et d’activation. Au contraire, chez des individus VIH+ non-progresseurs avirémiques ou contrôleurs d’élite, les niveaux de BLyS étaient dans la normale et ce sont les fréquences de cellules B MZ plus matures qui étaient diminuées. La résistance au VIH pourrait aussi impliquer le contrôle de BLyS et son impact sur les cellules B. De ce fait, nous avons préalablement recruté une cohorte de travailleuses du sexe (TS) à Cotonou (Bénin) dans laquelle nous avons identifié des femmes qui demeurent séronégatives malgré une exposition soutenue au virus. Nous avons mesuré les niveaux de BLyS dans le sang et dans les lavages cervico-vaginaux (CVL) de TS VIH- et les avons comparés à ceux mesurés chez des TS VIH+ et un groupe contrôle de non-TS VIH- . Nous avons trouvé que les niveaux de BLyS dans le sang et le CVL des TS VIH- étaient inférieurs à ceux des TS VIH+ et des non-TS VIH-. Le niveau d’expression de BLyS à la surface des lymphocytes T, monocytes et cellules dendritiques de TS VIH- était augmenté, mais à un niveau moindre que les TS VIH+. Chez les TS VIH+, les hauts niveaux de BLyS étaient concomitants avec une dérégulation du compartiment B caractérisée par une hyperglobulinémie, une augmentation de la fréquence de populations avec un profil immature/inné et une plus grande proportion de plasmablastes IgG vs IgA. Au contraire, les niveaux inférieurs de BLyS dans le sang des TS VIH- coïncident avec un compartiment B préservé, révélant que les lymphocytes B MZ peuvent être impliqués dans l’immunité naturelle au VIH. Ces résultats démontrent l’importance du contrôle des niveaux de BLyS et du maintien de l’intégrité du compartiment B dans la résistance au VIH.

Effet de Streptococcus Suis sur la capacité de présentation antigénique de cellules dendritiques

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et humain, causant méningites et septicémies. Des études suggèrent que S. suis dispose de facteurs de virulence, notamment sa capsule polysaccharidique (CPS), qui lui permettent de moduler les fonctions des cellules dendritiques (DCs), situées à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Les difficultés à développer un vaccin efficace suggèrent aussi une altération de la voie T dépendante. L’objectif général du projet était d’évaluer l’effet de S. suis sur l’activation des cellules T CD4+ ainsi que sur la capacité de présentation antigénique des DCs. Nous avons étudié dans un modèle murin in vivo la réponse T CD4+ mémoire lors d’infections primaire et secondaire. Une faible réponse mémoire centrale a été obtenue, suggérant que la réponse adaptative générée contre S. suis est limitée. Étant donné l’importance du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe II dans la présentation antigénique, nous avons évalué in vitro et in vivo l’expression de ces molécules chez les DCs. Une modulation de l’expression du MHC-II par S. suis a été observée. L’analyse de la transcription de gènes impliqués dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du MHC-II nous permet de suggérer que S. suis régule à la baisse la synthèse de nouvelles molécules et favorise leur dégradation lysosomale. Cette stratégie, dans laquelle la CPS ne jouerait qu’un rôle partiel, permettrait à S. suis d’échapper à la réponse adaptative T dépendante. Les résultats de cette étude fourniront de nouvelles perspectives dans la compréhension de la réponse adaptative lors de l’infection par S. suis.

Tratamiento del rechazo mediado por anticuerpos en pacientes trasplantados renales revisión sistemática

Antecedentes: El trasplante renal es la mejor alternativa terapéutica para la enfermedad renal crónica terminal. Los medicamentos inmunosupresores previenen el rechazo. El rechazo mediado por anticuerpos es frecuente y disminuye la función y duración del injerto. Objetivo: Evaluar sistemáticamente la evidencia disponible relacionada con la eficacia y seguridad del tratamiento para el rechazo mediado por anticuerpos en pacientes trasplantados renales. Metodologia: Revisión sistemática en bases de datos MEDLINE, EMBASE, Scopus y Biblioteca virtual de la salud. Literatura gris google scholar, google academico, www.clinicaltrialsregister.eu, and https://clinicaltrials.gov/. Búsqueda manual referencias artículos pre-seleccionados así como de revisiones previamente publicadas. Se siguieron las recomendacioes guia PRISMA para la identificacion de artículos potenciales, tamizaje y selección teniendo en cuenta los criterios de inclusion. Extracción datos de acuerdo a las variables, revisión calidad de los artículos elegidos utilizando evaluación riesgo de segos de Cochrane. Resultados: Se seleccionaron 9 ensayos clínicos publicados entre 1980 y 2016, incluyeron 222 pacientes (113 brazo de intervención y 109 en el control), seguimiento promedio 16 meses. Intervenciones evaluadas plasmaféresis, inmunoadsorción y rituximab. Hubo una amplia heterogeneidad en la definición de criterios de inclusión, criterios diagnósticos de rechazo y medidas de evaluación de eficacia de las intervenciones. Tres estudios encontraron diferencias estadísticamente significativas entre los grupos de tratamiento. Conclusiones: La evidencia sobre la eficacia de los tratamientos del rechazo mediado por anticuerpos en injertos renales es de baja calidad. Son necesarios ensayos clínicos controlados para poder definir el tratamiento óptimo de estos pacientes.

Ultrastructural characterization of CD133(+) stem cells bound to superparamagnetic nanoparticles: possible biotechnological applications

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Biophysical response of living cells to boron nitride nanoparticles: Uptake mechanism and bio-mechanical characterization

Boron nitride nanomaterials have attracted significant interest due to their superior chemical and physical properties. Despite these novel properties, investigation on the interaction between boron nitride nanoparticle (BN NP) and living systems has been limited. In this study, BN NP (100–250 nm) is assessed as a promising biomaterial for medical applications. The toxicity of BN NP is evaluated by assessing the cells behaviours both biologically (MTT assay, ROS detection etc.) and physically (atomic force microscopy). The uptake mechanism of BN NP is studied by analysing the alternations in cellular morphology based on cell imaging techniques. The results demonstrate in vitro cytocompatibility of BN NP with immense potential for use as an effective nanoparticle for various bio-medical applications.

Platinum dendritic nanoparticles with magnetic behavior

Magnetic nanoparticles have attracted increasing attention for biomedical applications in magnetic resonance imaging, high frequency magnetic field hyperthermia therapies, and magnetic-field-gradient-targeted drug delivery. In this study, three-dimensional (3D) platinum nanostructures with large surface area that features magnetic behavior have been demonstrated. The well-developed 3D nanodendrites consist of plentiful interconnected nano-arms ∼4 nm in size. The magnetic behavior of the 3D dendritic Pt nanoparticles is contributed by the localization of surface electrons due to strongly bonded oxygen/Pluronic F127 and the local magnetic moment induced by oxygen vacancies on the neighboring Pt and O atoms. The magnetization of the nanoparticles exhibits a mixed paramagnetic and ferromagnetic state, originating from the core and surface, respectively. The 3D nanodendrite structure is suitable for surface modification and high amounts of drug loading if the transition temperature was enhanced to room temperature properly.

Size-mediated cytotoxicity of nanocrystalline titanium dioxide, pure and zinc-doped hydroxyapatite nanoparticles in human hepatoma cells

Nanoparticles are highly used in biological applications including nanomedicine. In this present study, the interaction of HepG2 hepatocellular carcinoma cells (HCC) with hydroxyapatite (HAp), zinc-doped hydroxyapatite, and titanium dioxide (TiO2) nanoparticles were investigated. Hydroxyapatite, zinc-doped hydroxyapatite and titanium dioxide nanoparticles were prepared by wet precipitation method. They were subjected to isochronal annealing at different temperatures. Particle morphology and size distribution were characterized by X-ray diffraction and transmission electron microscope. The nanoparticles were co-cultured with HepG2 cells. MTT assay was employed to evaluate the proliferation of tumor cells. The DNA damaging effect of HAp, Zn-doped HAp, and TiO2 nanoparticles in human hepatoma cells (HepG2) were evaluated using DNA fragmentation studies. The results showed that in HepG2 cells, the anti-tumor activity strongly depend on the size of nanoparticles in HCC cells. Cell cycle arrest analysis for HAp, zinc-doped HAp, and TiO2 nanoparticles revealed the influence of HAp, zinc-doped HAp, and titanium dioxide nanoparticles on the apoptosis of HepG2 cells. The results imply that the novel nano nature effect plays an important role in the biomedicinal application of nanoparticles.

Theranostic applications of fluorescent liquid crystalline nanoparticles

Lipid liquid crystalline nanoparticles can find application as nanocarriers in several fields of the daily life but, very likely, the pharmaceutical arena is the most relevant. Indeed, several problems encountered in drugs administration (e.g. critical sideeffects from antitumor drugs) require alternative, less invasive, but simultaneously efficient therapeutic routes to be explored. Novel fields of personalized nanomedicine are developing in this direction. One of the most interesting is theranostic, which calls for the design of platforms capable of combining therapeutic and diagnostic functionalities. In this optic, we explored the potential of monoolein-based cubosomes and hexosomes as nanocarriers for theranostic purposes. Our work focussed on the design of lipid nanoparticles able to deliver antineoplastic drugs and imaging probes for fluorescent optical in vitro and in vivo imaging. We developed cubosome formulations loaded with antineoplastic drugs and useful for the fluorescence imaging of cells. Such formulations were also actively targeted to cancer cells and coupled with a NIR-emitting fluorophore, which was the promise for in vivo applications. We also investigated hexosomes with encouraging results encapsulating in their lipid matrix a BODIPY derivative with solvatochromic properties, helpful for the understanding of the dye localization. Importantly, we reported (manuscript submitted) the first proof-of-principle for in vivo fluorescence optical imaging application using monoolein-based cubosomes in a healthy mouse animal model. Finally, since relatively little is known about the interaction of cubosomes with biological systems, their effects on lipid droplets, mitochondria and lipid profile of HeLa cells were deeply studied. This thesis is divided in two main parts. The introduction section reports on the essential background of the research field, and it is followed by the publications (published or submitted) resulting from these three years of work.

Synthesis and evaluation of polymer nanoparticles for delivery in RPE cells

Ocular pathologies are among the most debilitating medical conditions affecting all segments of the population. Traditional treatment options are often ineffective, and gene therapy has the potential to become an alternative approach for the treatment of several pathologies. Methacrylate polymers have been described as highly biocompatible and are successfully used in medical applications. Due to their cationic nature, these polymers can be used to form polyplexes with DNA for its delivery. This work aims to study the potential of PDMAEMA (poly(2-(N,N’-dimethylamino)ethyl methacrylate)) as a non viral gene delivery system to the retina. The first part of this work aimed to study the potential for gene delivery of a previously synthesized PDMAEMA polymer of high molecular weight (354kDa). In the second part, we synthesized by RAFT a PDMAEMA with a lower molecular weight (103.3kDa) and similarly, evaluated its ability to act as a gene delivery vehicle. PDMAEMA/DNA polyplexes were prepared at 5, 7.5, 10, 12.5 and 20 nitrogen/phosphorous (N/P) ratio for the 354kDa PDMAEMA and at 5 and 7.5 for the 103.3kDa PDMAEMA. Dynamic light scattering and zeta potential measurements confirmed the nanosize and positive charge of polyplexes for all ratios and for both polymers. Both high and low Mw PDMAEMA were able to efficiently complex and protect DNA from DNase I degradation. Their cytotoxicity was evaluated using a non-retinal cell line (HEK293) and a retinal pigment epithelium (RPE) cell line (D407). We have found that cytotoxicity of the free polymer is concentration and time dependent, as expected, and negligible for all the concentrations of the PDMAEMA-DNA polyplexes. Furthermore, for the concentrations to be used in vivo, the 354kDa PDMAEMA showed no signs of inflammation upon injection in the intravitreal space of C57BL/6 mice. The transfection efficiency, as evaluated by fluorescence microscopy and flow cytometry, showed that the D407 retinal cells were transfected by polyplexes of both high and low Mw PDMAEMA, but with varied efficiency, which was dependent on the N/P ratio. Althogether, these results suggest that PDMAEMA is a feasible candidate for non-viral gene delivery to the retina, and this work constitutes the basis of further studies to elucidate the bottleneck in transfection and further optimization of the material.