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.

Efeitos ginecológicos do "tamoxifeno": contributo da radiologia

O “Tamoxifeno” (TAM) é a terapêutica anti-estrogénica de escolha nas doentes com cancro da mama. Os efeitos proliferativos do TAM em idade pós-menopausa têm sido associados a hiperplasia, pólipos, carcinoma e sarcoma do endométrio. As doentes tratadas com TAM têm também maior incidência de leiomiomas, adenomiose e endometriose, assim como maior risco de quistos do ovário. O método de primeira linha na vigilância das mulheres sob TAM é a ecografia transvaginal (US-TV). O endométrio apresenta-se frequentemente espessado e com áreas quísticas, aspectos passíveis de melhor caracterização por histerossonografia e ressonância magnética. Nas imagens ponderadas em T2, um endométrio espessado e heterogéneo com captação de aspecto reticulado e a opacificação da interface endométrio-miométrio associam-se a lesões de pior prognóstico (pólipos, hiperplasia atípica e neoplasia). O conhecimento dos efeitos ginecológicos do TAM e da sua tradução radiológica promove o diagnóstico precoce e adequado encaminhamento destas doentes.

Enhanced flat adenoma detection rate with high definition colonoscopy plus i-scan for average-risk colorectal cancer screening

Background and aim: The usefulness of high definition colonoscopy plus i-scan (HD+i-SCAN) for average-risk colorectal cancer screening has not been fully assessed. The detection rate of adenomas and other measurements such as the number of adenomas per colonoscopy and the flat adenoma detection rate have been recognized as markers of colonoscopy quality. The aim of the present study was to compare the diagnostic performance of an HD+i-SCAN with that of standard resolution white-light colonoscope. Methods: This is a retrospective analysis of a prospectively collected screening colonoscopy database. A comparative analysis of the diagnostic yield of an HD+i-SCAN or standard resolution colonoscopy for average-risk colorectal screening was conducted. Results: During the period of study, 155/163 (95.1%) patients met the inclusion criteria. The mean age was 56.9 years. Sixty of 155 (39%) colonoscopies were performed using a HD+i-SCAN. Adenoma-detection-rates during the withdrawal of the standard resolution versus HD+i-SCAN colonoscopies were 29.5% and 30% (p = n.s.). Adenoma/colonoscopy values for standard resolution versus HD+i-SCAN colonoscopies were 0.46 (SD = 0.9) and 0.72 (SD = 1.3) (p = n.s.). A greater number of flat adenomas were detected in the HD+i-SCAN group (6/60 vs. 2/95) (p < .05). Likewise, serrated adenomas/polyps per colonoscopy were also higher in the HD+i-SCAN group. Conclusions: A HD+i-SCAN colonoscopy increases the flat adenoma detection rate and serrated adenomas/polyps per colonoscopy compared to a standard colonoscopy in average-risk screening population. HD+i-SCAN is a simple, available procedure that can be helpful, even for experienced providers. The performance of HD+i-SCAN and substantial prevalence of flat lesions in our average-risk screening cohort support its usefulness in improving the efficacy of screening colonoscopies.

Evaluation of Calretinin as a New Marker in the Diagnosis of Hirschsprung Disease

Background: Hirschsprung’s disease (HD) is a congenital intestinal motility disorder with absence of ganglion cells in the colonic wall. Diagnosis of the disease is mainly based on the identification of the lack of ganglion cells in the pathology sections of the colon which is very difficult and time consuming and also needs several serial cut sections. There are many proposed markers in this field in the literature but none of them has been satisfactory. Calretinin immunohistochemistry (IHC) has been introduced as a new diagnostic marker to overcome the problems in diagnosis of this disease about 5 years ago. However there are few studies regarding the benefits and pitfalls of this marker. Objectives: The aim of this study is to determine the diagnostic value of calretinin IHC in detecting aganglionosis (HD). Patients and Methods: 27 HD patients and 28 non-Hirschsprung’s disease (NHD) patients were collected in a prospective study and calretinin IHC was performed on 31 aganglionic and 51 normoganglionic full wall thickness sections of colectomies (some of the cases had more than 1 section). The IHC slides were evaluated by two pathologists and the diagnostic value was calculated in comparison with gold standard which is the presence or absence of ganglion cells in serial Hematoxylin and Eosin (HE) stained sections of the colectomies. Results: There was great concordance between the final diagnosis of both pathologists and gold standard (k > 0.9). Calretinin immunostaining showed 100% specificity and positive predictive value and more than 90% sensitivity and negative predictive value. High agreement was present between the two pathologists (k > 0.9). Conclusions: Calretinin IHC is a very convenient, useful and valuable method to demonstrate aganglionosis in HD patients. Loss of calretinin immunostaining in lamina propria and submucosa is characteristic of HD.

Déterminer le rôle de C1orf106, un gène associé aux maladies inflammatoires de l’intestin

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MIIs, [MIM 266600]) sont caractérisées par une inflammation chronique au niveau du tube gastro-intestinal. Les deux principales formes sont la maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU). Les MIIs résulteraient d’un défaut du système immunitaire et de l’épithélium intestinal. Ce dernier forme une barrière physique et biochimique qui sépare notre système immunitaire des microorganismes commensaux et pathogènes de la microflore intestinale. Un défaut dans la barrière épithéliale intestinale pourrait donc mener à une réponse immunitaire soutenue contre notre microflore intestinale. Les études d’association pangénomiques (GWAS) ont permis d’identifier 201 régions de susceptibilité aux MIIs. Parmi celles-ci, la région 1q32 associée à la MC (p<2x10-11) et à la CU (p<6x10-7) contient 4 gènes, dont C1orf106, un gène codant pour une protéine de fonction inconnue. Le re-séquençage de la région 1q32 a permis d’identifier une variante génétique rare de C1orf106 (MAF˂1%) associée aux MIIs (p=0,009), Y333F. Nous avons démontré que la substitution de la tyr333 par une phénylalanine semble avoir un effet sur la stabilité protéique de C1orf106 tel que démontré lors de l’inhibition de la synthèse protéique induite par le cycloheximide. Nous avons déterminé que C1orf106 est exprimé dans le côlon et l’intestin grêle. De plus, son expression est augmentée lors de la différenciation des cellules épithéliales Caco-2 en épithélium intestinal polarisé. Son profil d’expression correspond aux types cellulaires et tissulaires affectés dans les MIIs. De plus, C1orf106 est partiellement co-localisée avec le marqueur des jonctions serrées, ZO-1. Toutefois, son marquage reproduit parfaitement celui du marqueur des jonctions adhérentes, E-cadhérine. Les jonctions serrées et adhérentes sont localisées du côté apical de la jonction intercellulaire et sont toutes deux impliquées dans l’établissement de la barrière épithéliale. Nous avons donc testé l’impact de C1orf106 sur la perméabilité de l’épithélium intestinal. Nous avons observé une augmentation de la perméabilité épithéliale chez un épithélium intestinal formé par des cellules Caco-2 sous-exprimant C1orf106. Nos résultats suggèrent que C1orf106 pourrait être le gène causal de la région 1q32.

Déterminer le rôle de C1orf106, un gène associé aux maladies inflammatoires de l’intestin

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MIIs, [MIM 266600]) sont caractérisées par une inflammation chronique au niveau du tube gastro-intestinal. Les deux principales formes sont la maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU). Les MIIs résulteraient d’un défaut du système immunitaire et de l’épithélium intestinal. Ce dernier forme une barrière physique et biochimique qui sépare notre système immunitaire des microorganismes commensaux et pathogènes de la microflore intestinale. Un défaut dans la barrière épithéliale intestinale pourrait donc mener à une réponse immunitaire soutenue contre notre microflore intestinale. Les études d’association pangénomiques (GWAS) ont permis d’identifier 201 régions de susceptibilité aux MIIs. Parmi celles-ci, la région 1q32 associée à la MC (p<2x10-11) et à la CU (p<6x10-7) contient 4 gènes, dont C1orf106, un gène codant pour une protéine de fonction inconnue. Le re-séquençage de la région 1q32 a permis d’identifier une variante génétique rare de C1orf106 (MAF˂1%) associée aux MIIs (p=0,009), Y333F. Nous avons démontré que la substitution de la tyr333 par une phénylalanine semble avoir un effet sur la stabilité protéique de C1orf106 tel que démontré lors de l’inhibition de la synthèse protéique induite par le cycloheximide. Nous avons déterminé que C1orf106 est exprimé dans le côlon et l’intestin grêle. De plus, son expression est augmentée lors de la différenciation des cellules épithéliales Caco-2 en épithélium intestinal polarisé. Son profil d’expression correspond aux types cellulaires et tissulaires affectés dans les MIIs. De plus, C1orf106 est partiellement co-localisée avec le marqueur des jonctions serrées, ZO-1. Toutefois, son marquage reproduit parfaitement celui du marqueur des jonctions adhérentes, E-cadhérine. Les jonctions serrées et adhérentes sont localisées du côté apical de la jonction intercellulaire et sont toutes deux impliquées dans l’établissement de la barrière épithéliale. Nous avons donc testé l’impact de C1orf106 sur la perméabilité de l’épithélium intestinal. Nous avons observé une augmentation de la perméabilité épithéliale chez un épithélium intestinal formé par des cellules Caco-2 sous-exprimant C1orf106. Nos résultats suggèrent que C1orf106 pourrait être le gène causal de la région 1q32.

Fiber, a component for health gastrointestinal endocrine system

Dietary fiber was classified according to its solubility in an attempt to relate physiological effects to chemical types of fiber. Soluble fibers (B-glucans, gums, wheat dextrin, psyllium, pectin, inulin) were considered to have benefits on serum lipids, while insoluble fibers (cellulose, lignin, pectins, hemicelluloses) were linked with laxation benefits. More important characteristics of fiber in terms of physiological benefits are viscosity and fermentability. Viscous fibers (pectins, B-glucans, gums, psyllium) are those that have gel-forming properties in the intestinal tract, and fermentable fibers (wheat dextrin, pectins, B-glucans, gum, inulin) are those that can be metabolized by colonic bacteria. Objective: To summarize the beneficial effects of dietary fiber, as nutraceuticals, in order to maintain a healthy gastrointestinal system. Methods: Our study is a systematic review. Electronic databases, including PubMed, Medline, with supplement of relevant websites, were searched. We included randomized and non-randomized clinical trials, epidemiological studies (cohort and case-control). We excluded case series, case reports, in vitro and animal studies. Results: The WHO, the U.S. Food and Drug Administration (FDA), the Heart Foundation and the Romanian Dietary Guidelines recommends that adults should aim to consume approximately 25–30 g fiber daily. Dietary fiber is found in the indigestible parts of cereals, fruits and vegetables. There are countries where people don’t eat enough food fibers, these people need to take some kind of fiber supplement. Evidence has been found that dietary fiber from whole foods or supplements may (1) reduce the risk of cardiovascular disease by improving serum lipids and reducing serum total and low-density lipoprotein (LDL) cholesterol concentrations, (2) decreases the glycaemic index of foods, which leads to an improvement in glycemic response, positive impact on diabetes, (3) protect against development of obesity by increasing satiety hormone leptin concentrations, (4) reduced risk of developing colorectal cancer by normalizes bowel movements, improve the integrity of the epithelial layer of the intestines, increase the resistance against pathogenic colonization, have favorable effects on the gut microbiome, wich is the second genomes of the microorganisms, (5) have a positive impact on the endocrine system by gastrointestinal polypeptide hormonal regulation of digestion, (6) have prebiotic effect by short-chain fatty acids (SCFA) production; butyrate acid is the preferred energy source for colonic epithelial cells, promotes normal cell differentiation and proliferation, and also help regulate sodium and water absorption, and can enhance absorption of calcium and other minerals. Although all prebiotics are fiber, not all fiber is prebiotic. This generally refers to the ability of a fiber to increase the growth of bifidobacteria and lactobacilli, which are beneficial to human health, and (7) play a role in improving immune function via production of SCFAs by increases T helper cells, macrophages, neutrophils, and increased cytotoxic activity of natural killer cells. Conclusion: Fiber consumption is associated with high nutritional value and antioxidant status of the diet, enhancing the effects on human health. Fibers with prebiotic properties can also be recommended as part of fiber intake. Due to the variability of fiber’s effects in the body, it is important to consume fiber from a variety of sources. Increasing fiber consumption for health promotion and disease prevention is a critical public health goal.

Diverticulosis y relación con el consumo de fibra en pacientes del Hospital Universitario de la Samaritana

Introducción: La diverticulosis es la condición más frecuentemente encontrada en la colonoscopia, condición asintomática, con un alto costo para el sistema de salud. Diversos factores han demostrado estar en relación con la aparición de la enfermedad. En nuestra población, esta información se desconoce; el objetivo del estudio es la caracterización de la población con diverticulosis y su relación con la frecuencia de la ingesta de fibra. Materiales y Métodos: Estudio observacional prospectivo de corte transversal con componente analítico. Realizado a todas las personas que asistieron al HUS a realización de colonoscopia entre Noviembre de 2015 y Abril de 2016. Se recolectaron datos de la frecuencia de fibra ingerida a través de entrevistas basadas. Resultados: Se estudiaron 278 personas, 55.7% mujeres. La prevalencia de diverticulosis fue de 21.58%, siendo más frecuente en mujeres ( 66,7%), 31% entre los 71-80 años, 2,16% tenían antecedente familiar de diverticulosis; principal sitio de afectación fue colon sigmoide en las mujeres y el colon descendente en los hombres. En las personas con diverticulosis el consumo de harina de trigo fue mayor (91,67% vs 86,7%), mientras el consumo de frutas fue mayor en las personas que no presentaron diverticulosis (83,49% vs 78,33%). Conclusiones: La prevalencia de diverticulosis es similar a lo reportado en la literatura. Así mismo se encontró un mayor consumo de fibra en la población sin divertículos lo que hace pensar que a pesar de que esta condición es multifactorial , el consumo de mayores cantidades de fibra puede prevenir la aparición de la misma

Development of a porcine lactation model for the evaluation of mammary transfer of exogenous molecules - A contribution from the conception project

Around 5 million women give birth each year in Europe and, while breastfeeding, the majority of them may need to take medications, either occasionally or continuously. Unfortunately, there is often scarce evidence of trustworthy information about how a specific molecule might affect the physiology of lactation. This is the reason that brought a European public-private partnership to fund the development of a reliable platform to provide women and health-care professionals a helpful instrument to reduce uncertainty about the effects of medication used during breastfeeding. On April 1st 2019, the ConcePTION project (Grant Agreement n°821520) started to develop such envisaged platform. The 3rd Work Package was in charge of the validation of in vitro, in vivo and in silico lactation models. Between the numerous species currently used in preclinical studies, pigs’ similarities with humans’ anatomy, physiology and genomics make them extremely useful as translational models, when proper veterinary expertise is applied. The ASA team from the University of Bologna, went first to characterize the translational lactation model using the swine species, chosen upon literature review. The aim of this work was to lay the foundations of a porcine lactation model that could be suitable for application within pharmaceutical tests, to study drug transfer through milk prior approval and commercialization. The obtained results highlighted both strengths and critical points of the study design, allowing a significant improvement in the knowledge of pharmacokinetic physiology in lactating mammals. Lastly, this project allowed the assessment of microbial changes in gut resident bacteria of newborns through an innovative in vitro colonic model. Indeed, even if there were no evident adverse effects determined by drug residues in milk, possible alterations in the delicate microbial ecology of newborns’ gastrointestinal tract was considered pivotal, giving its possible impact on the individual health and growth.

Gut microbiota perturbation induced by emerging dietary habits: an in vitro colon model to predict their effects by a microbiomic and metabolomic approach

Over the past 30 years, unhealthy diets and lifestyles have increased the incidence of noncommunicable diseases and are culprits of diffusion on world’s population of syndromes as obesity or other metabolic disorders, reaching pandemic proportions. In order to comply with such scenario, the food industry has tackled these challenges with different approaches, as the reformulation of foods, fortification of foods, substitution of ingredients and supplements with healthier ingredients, reduced animal protein, reduced fats and improved fibres applications. Although the technological quality of these emerging food products is known, the impact they have on the gut microbiota of consumers remains unclear. In the present PhD thesis, the recipient work was conducted to study different foods with the substitution of the industrial and market components to that of novel green oriented and sustainable ingredients. So far, this thesis included eight representative case studies of the most common substitutions/additions/fortifications in dairy, meat, and vegetable products. The products studied were: (i) a set of breads fortified with polyphenol-rich olive fiber, to replace synthetic antioxidant and preservatives, (ii) a set of Gluten-free breads fortified with algae powder, to fortify the protein content of standard GF products, (iii) different formulations of salami where nitrates were replaced by ascorbic acid and vegetal extract antioxidants and nitrate-reducers starter cultures, (iv) chocolate fiber plus D-Limonene food supplement, as a novel prebiotic formula, (v) hemp seed bran and its alkalase hydrolysate, to introduce as a supplement, (vi) milk with and without lactose, to evaluate the different impact on human colonic microbiota of healthy or lactose-intolerants, (vii) lactose-free whey fermented and/or with probiotics added, to be introduced as an alternative beverage, exploring its impact on human colonic microbiota from healthy or lactose-intolerants, and (viii) antibiotics, to assess whether maternal amoxicillin affects the colon microbiota of piglets.

Selection of candidate probiotic strains from human microbial niches, for the development of tailored foods designed for specific consumers

My PhD project was intended, throughout the selection of probiotics from human milk and healthy vaginal environment, for the development of tailored fermented foods. According to this aim, several activities were carried out. The first one, concerning the isolation of Lactobacillus and Bifidobacterium strains from human milk to find new probiotic candidates to be included in food products showed promising results. Probiotics have been also proposed to improve female genital health and microbial strains isolated and connected with healthy vaginal ecosystem could be used to prevent or treat vaginal dysbiosis. In this context vaginal lactobacilli previously characterized for their technological features and antagonistic activity against several female uro-genital pathogens were investigated for their metabolic aptitude and additional probiotic features, showing interesting results hypothesizing their inclusion in foods. In addition, in order to preserve vaginal strains viability during food processing/digestion it was also evaluated the potential of microencapsulation by spray-drying. In this framework the results obtained were highly promising from the perspective of using encapsulated powders in food formulations. Another activity connected with the main idea to develop a food strategy for the administration of these vaginal strains was carried out. Lactobacillus crispatus BC4, was supplemented in a Squacquerone cheese, and its digestive fate was evaluated adopting SHIME® system. The results showed that during colonic fermentation, L. crispatus BC4 was metabolically active. Additionally, although probiotic delivery to humans has traditionally been associated with fermented dairy foods, recently the demand for non-dairy-alternatives as potential probiotics carrier is increasing. In this framework, my latest activity was connected with the development of fermented soy milks with encapsulated and non-encapsulated L. crispatus BC4 and L. gasseri BC9. The same fermented soy milks were also investigated for their nutritional qualities and after in vitro digestion for their specific functionality on post-menopausal fecal microbiota and protein bioaccessibility.

Pathogenetic mechanisms of gastrointestinal symptoms in a mouse model of Fabry disease: insights on the microbiota-gut-brain axis

Fabry disease (FD), X-linked metabolic disorder caused by a deficiency in α-galactosidase A activity, leads to the accumulation of glycosphingolipids, mainly Gb3 and lyso-Gb3, in several organs. Gastrointestinal (GI) symptoms are among the earliest and most common, strongly impacting patients’ quality of life. However, the origin of these symptoms and the exact mechanisms of pathogenesis are still poorly understood, thus the pressing need to improve their knowledge. Here we aimed to evaluate whether a FD murine model (α-galactosidase A Knock-Out) captures the functional GI issues experienced by patients. In particular, the potential mechanisms involved in the development and maintenance of GI symptoms were explored by looking at the microbiota-gut-brain axis involvement. Moreover, we sought to examine the effects of lyso-Gb3 on colonic contractility and the intestinal epithelium and the enteric nervous system, which together play important roles in regulating intestinal ion transport and fluid and electrolyte homeostasis. Fabry mice revealed visceral hypersensitivity and a diarrhea-like phenotype accompanied by anxious-like behavior and reduced locomotor activity. They reported also an imbalance of SCFAs and an early compositional and functional dysbiosis of the gut microbiota, which partly persisted with advancing age. Moreover, overexpression of TRPV1 was found in affected mice, and partial alteration of TRPV4 and TRPA1 as well, identifying them as possible therapeutic targets. The Ussing chamber results after treatment with lyso-Gb3 showed an increase in Isc (likely mediated by HCO3- ions movement) which affects neuron-mediated secretion, especially capsaicin- and partly veratridine-mediated. This first characterization of gut-brain axis dysfunction in FD mouse provides functional validation of the model, suggesting new targets and possible therapeutic approaches. Furthermore, lyso-Gb3 is confirmed to be not only a marker for the diagnosis and follow-up of FD but also a possible player in the alteration of the FD colonic ion transport process.

Colic surgery in the equine patient: novel biomarkers, postoperative management, microbiotal influence and epidemiological analysis on the italian territory

The aim of this work was to investigate novel diagnostic and prognostic tools, postoperative treatments and epidemiologic factors impacting the outcome of surgical cases of colic. To make a more accurate diagnosis and establish a prognosis, several biomarkers have been investigated in colic patients. In this study we evaluated peritoneal PCT and blood ADMA and SDMA in SIRS positive and negative colic patients to be used as prognostic biomarkers. Our results highlighted the limits of these biomarkers in detection and the lack of specificity. In fact PCT was not detectable and even if ADMA and SDMA significantly increased in colic horses, they are not diagnostic nor prognostic markers for SIRS. Fluid therapy has been described to be crucial for the outcome of colic patients, nevertheless no guidelines have been established. Overhydration was the common practice in post surgical management. We compared cases with an extended fluid therapy protocol and cases with a restricted protocol. Results showed that survival rate and postoperative complications were similar between the groups, despite costs being significantly lower in the restricted group. The possible correlation between intestinal microbiota and colics has gained interest. In this study, cecal and colonic content from horses undergoing laparotomy were collected, and the microbiota analized. Results showed some differences in microbiota between discharged and non discharged patients, and between strangulating and non strangulating types of colic, that might suggest some influence of hind gut microbiota on the disease. A multicentric study involving three veterinary teaching hospitals on the italian territory was conducted investigating factors affecting postoperative survival and complications in colics. Results showed that the influence of age, PCV, TPP, blood lactate, reflux, type of disease, type of lesion, presence of anastomosis, duration of surgery and surgeons, were in line with literature. Amount of crystalloids used could affected the outcome.