Polysaccharide-based Polyion Complex Micelles as New Delivery Systems for Hydrophilic Cationic Drugs

Les micelles polyioniques ont émergé comme des systèmes prometteurs de relargage de médicaments hydrophiles ioniques. Le but de cette étude était le développement des micelles polyioniques à base de dextrane pour la relargage de médicaments hydrophiles cationiques utilisant une nouvelle famille de copolymères bloc carboxymethyldextran-poly(éthylène glycol) (CMD-PEG). Quatre copolymères CMD-PEG ont été préparés dont deux copolymères identiques en termes de longueurs des blocs de CMD et de PEG mais différent en termes de densité de charges du bloc CMD; et deux autres copolymères dans lesquels les blocs chargés sont les mêmes mais dont les blocs de PEG sont différents. Les propriétés d’encapsulation des micelles CMD-PEG ont été évaluées avec différentes molécules cationiques: le diminazène (DIM), un médicament cationique modèle, le chlorhydrate de minocycline (MH), un analogue semi-synthétique de la tétracycline avec des propriétés neuro-protectives prometteuses et différents antibiotiques aminoglycosidiques. La cytotoxicité des copolymères CMD-PEG a été évaluée sur différentes lignées cellulaires en utilisant le test MTT et le test du Bleu Alamar. La formation de micelles des copolymères de CMD-PEG a été caractérisée par différentes techniques telles que la spectroscopie RMN 1H, la diffusion de la lumière dynamique (DLS) et la titration calorimétrique isotherme (ITC). Le taux de relargage des médicaments et l’activité pharmacologique des micelles contenant des médicaments ont aussi été évalués. Les copolymères CMD-PEG n'ont induit aucune cytotoxicité dans les hépatocytes humains et dans les cellules microgliales murines (N9) après 24 h incubation pour des concentrations allant jusqu’à 15 mg/mL. Les interactions électrostatiques entre les copolymères de CMD-PEG et les différentes drogues cationiques ont amorcé la formation de micelles polyioniques avec un coeur composé du complexe CMD-médicaments cationiques et une couronne composée de PEG. Les propriétés des micelles DIM/CMDPEG ont été fortement dépendantes du degré de carboxyméthylation du bloc CMD. Les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation du bloc CMD ≥ 60 %, ont incorporé jusqu'à 64 % en poids de DIM et ont résisté à la désintégration induite par les sels et ceci jusqu'à 400 mM NaCl. Par contre, les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation ~ 30% avaient une plus faible teneur en médicament (~ 40 % en poids de DIM) et se désagrégeaient à des concentrations en sel inférieures (∼ 100 mM NaCl). Le copolymère de CMD-PEG qui a montré les propriétés micellaires les plus satisfaisantes a été sélectionné comme système de livraison potentiel de chlorhydrate de minocycline (MH) et d’antibiotiques aminoglycosidiques. Les micelles CMD-PEG encapsulantes de MH ou d’aminoglycosides ont une petite taille (< 200 nm de diamètre), une forte capacité de chargement (≥ 50% en poids de médicaments) et une plus longue période de relargage de médicament. Ces micelles furent stables en solution aqueuse pendant un mois; après lyophilisation et en présence d'albumine sérique bovine. De plus, les micelles ont protégé MH contre sa dégradation en solutions aqueuses. Les micelles encapsulant les drogues ont maintenu les activités pharmacologiques de ces dernières. En outre, les micelles MH réduisent l’inflammation induite par les lipopolysaccharides dans les cellules microgliales murines (N9). Les micelles aminoglycosides ont été quant à elles capable de tuer une culture bactérienne test. Toutefois les micelles aminoglycosides/CMDPEG furent instables dans les conditions physiologiques. Les propriétés des micelles ont été considérablement améliorées par des modifications hydrophobiques de CMD-PEG. Ainsi, les micelles aminoglycosides/dodecyl-CMD-PEG ont montré une taille plus petite et une meilleure stabilité aux conditions physiologiques. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude montrent que CMD-PEG copolymères sont des systèmes prometteurs de relargage de médicaments cationiques.

Les cytokines inflammatoires modulent la prolifération et la différenciation in vitro des cellules souches/progénitrices de la moelle épinière.

La moelle épinière (MÉ) est essentielle pour relier les informations motrices et sensorielles entre le cerveau et la périphérie. Malheureusement, elle peut facilement être endommagée suite à un traumatisme médullaire (TM) ou des pathologies comme la sclérose en plaques. Chez les vertébrés inférieurs, tels les amphibiens, la MÉ lésée se régénère via ses cellules souches endogènes, alors que celle des mammifères démontre une très faible habileté régénératrice post-traumatique. Des travaux récents ont démontré que la MÉ des mammifères contient des cellules souches neurales latentes correspondant aux cellules épendymaires du canal central. D’autres études ont prouvé qu’à la suite d’un TM, les cellules souches épendymaires (cSÉ) prolifèrent, migrent vers le site de la lésion et se différencient principalement en cellules gliales. Promouvoir la régénération de la MÉ endommagée via la modulation des cellules souches endogènes devient donc une voie thérapeutique intéressante. Isolant des cellules souches/progénitrices de la MÉ via la culture de neurosphères (NS), nos études in vitro, en présence de cytokines inflammatoires ou de milieu conditionné auxmacrophages, suggèrent que la réponse inflammatoire influence fortement la prolifération et la différentiation des cSÉ. Dans l’objectif de définir le programme génétique relié à l’activation des cSÉ de la MÉ, nous avons débuté l’élaboration d’un protocole d’isolement des cSÉ à l’aide d’un modèle de souris transgénique.

Mécanismes moléculaires régulant la pathologie dendritique dans la rétine adulte lésée in vivo

Les dendrites sont essentielles pour la réception et l’intégration des stimuli afférents dans les neurones. De plus en plus d’évidences d’une détérioration dendritique sont associées à une axonopathie dans les maladies neurodégénératives. Le glaucome dont la physiopathologie est caractérisée par une détérioration progressive et irréversible des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) est la première cause de cécité irréversible dans le monde. Son évolution est associée à un amincissement graduel des axones et à l’atrophie des somas des CGRs. La majorité des études de neuroprotection des neuropathies rétiniennes visent la survie et la protection des somas et des axones. Des études récentes ont démontré des changements dendritiques associés à cette pathologie, toutefois les mécanismes moléculaires les régulant sont méconnus. L’hypothèse principale de ma thèse stipule qu’une lésion axonale entraîne des altérations précoces des structures dendritiques. L’identification de voies de signalisation régulant ces changements permettrait d’élaborer des stratégies de neuroprotection et de rétablir la fonction de ces neurones. Dans la première étude, nous avons examiné l’effet précoce d’une lésion axonale aigüe sur la morphologie dendritique des CGRs in vivo. En utilisant des souris transgéniques exprimant la protéine fluorescente jaune (YFP) soumises à une axotomie, nous avons démontré un rétrécissement de l’arbre dendritique des CGRs et une diminution sélective de l’activité de mTOR avant le début de la mort des CGRs lésées. Aussi nous avons démontré une augmentation de l’expression de la protéine Regulated in development and DNA damage response 2 (REDD2), un régulateur négatif en amont de la protéine mTOR en réponse à la lésion du nerf optique in vivo. Nous avons démontré que la réactivation de mTOR par l’inhibition de l’expression de REDD2 préserve les arbres dendritiques des CGRs adultes. En effet, l’injection de petits ARN d’interférence contre la REDD2 (siREDD2) stimule l’activité de mTOR dans les CGRs lésées et augmente significativement la longueur et la surface dendritique totale. De plus, la rapamycine, un inhibiteur de mTOR, inhibe complètement l’effet du siREDD2 sur la croissance et l’élaboration des dendrites. L’analyse électrophysiologique des CGRs démontre une augmentation de l’excitabilité des CGRs lésées qui est restaurée en présence du siREDD2. Par ailleurs, des données récentes ont mis en évidence l’implication de la neuro-inflammation dans le glaucome, caractérisée par une augmentation de cytokines pro-inflammatoires dont principalement le facteur de nécrose tumorale (TNFα). Ainsi dans la deuxième étude nous avons examiné l’effet du TNF exogène sur la morphologie de l’arbre dendritique des CGRs et commencé l’étude des mécanismes moléculaires sous-jacents à ces changements. Nos résultats démontrent que l’injection de TNF recombinante dans le vitrée induit une rétraction dendritique précoce qui corrèle à une réduction de phospho-S6 suggérant l’implication de mTOR dans ces CGRs lésées. Ainsi, les études présentées dans cette thèse mettent en évidence un nouveau rôle de mTOR dans la stabilité et le maintien des dendrites de neurones rétiniennes adultes. Ces études ont aussi démontré l’effet précoce de stress direct ou indirect, c’est-à-dire l’axotomie et le TNFα respectivement sur la pathologie dendritique et sur leur effet sur la fonction neuronale.

Immune cell trafficking across the barriers of the central nervous system in multiple sclerosis and stroke

Each year about 650,000 Europeans die from stroke and a similar number lives with the sequelae of multiple sclerosis (MS). Stroke and MS differ in their etiology. Although cause and likewise clinical presentation set the two diseases apart, they share common downstream mechanisms that lead to damage and recovery. Demyelination and axonal injury are characteristics of MS but are also observed in stroke. Conversely, hallmarks of stroke, such as vascular impairment and neurodegeneration, are found in MS. However, the most conspicuous common feature is the marked neuroinflammatory response, marked by glia cell activation and immune cell influx. In MS and stroke the blood-brain barrier is disrupted allowing bone marrow-derived macrophages to invade the brain in support of the resident microglia. In addition, there is a massive invasion of auto-reactive T-cells into the brain of patients with MS. Though less pronounced a similar phenomenon is also found in ischemic lesions. Not surprisingly, the two diseases also resemble each other at the level of gene expression and the biosynthesis of other proinflammatory mediators. While MS has traditionally been considered to be an autoimmune neuroinflammatory disorder, the role of inflammation for cerebral ischemia has only been recognized later. In the case of MS the long track record as neuroinflammatory disease has paid off with respect to treatment options. There are now about a dozen of approved drugs for the treatment of MS that specifically target neuroinflammation by modulating the immune system. Interestingly, experimental work demonstrated that drugs that are in routine use to mitigate neuroinflammation in MS may also work in stroke models. Examples include Fingolimod, glatiramer acetate, and antibodies blocking the leukocyte integrin VLA-4. Moreover, therapeutic strategies that were discovered in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the animal model of MS, turned out to be also effective in experimental stroke models. This suggests that previous achievements in MS research may be relevant for stroke. Interestingly, the converse is equally true. Concepts on the neurovascular unit that were developed in a stroke context turned out to be applicable to neuroinflammatory research in MS. Examples include work on the important role of the vascular basement membrane and the BBB for the invasion of immune cells into the brain. Furthermore, tissue plasminogen activator (tPA), the only established drug treatment in acute stroke, modulates the pathogenesis of MS. Endogenous tPA is released from endothelium and astroglia and acts on the BBB, microglia and other neuroinflammatory cells. Thus, the vascular perspective of stroke research provides important input into the mechanisms on how endothelial cells and the BBB regulate inflammation in MS, particularly the invasion of immune cells into the CNS. In the current review we will first discuss pathogenesis of both diseases and current treatment regimens and will provide a detailed overview on pathways of immune cell migration across the barriers of the CNS and the role of activated astrocytes in this process. This article is part of a Special Issue entitled: Neuro inflammation: A common denominator for stroke, multiple sclerosis and Alzheimer's disease, guest edited by Helga de Vries and Markus Swaninger.

Neuro-angiostrongylosis in wild Black and Grey-headed flying foxes (Pteropus spp)

Objective To identify nematodes seen in histological sections of brains of flying foxes (fruit bats) and describe the associated clinical disease and pathology. Proceedures Gross and histological examination of brains from 86 free-living flying foxes with neurological disease was done as part of an ongoing surveillance program for Australian bat lyssavirus. Worms were recovered, or if seen in histological sections, extracted by maceration of half the brain and identified by microscopic examination. Histological archives were also reviewed. Results There was histological evidence of angiostrongylosis in 16 of 86 recently submitted flying foxes with neurological disease and in one archival case from 1992. In 10 flying foxes, worms were definitively identified as Angiostrongylus cantonensis fifth-stage larvae. A worm fragment and third stage larvae were identified as Angiostrongylus sp, presumably A cantonensis, in a further three cases. The clinical picture was dominated by paresis, particularly of the hind-limbs, and depression, with flying foxes surviving up to 22 days in the care of wildlife volunteers. Brains containing fifth-stage larvae showed a moderate to severe eosinophilic and granulomatous meningoencephalitis (n = 14), whereas there was virtually no inflammation of the brains of bats which died when infected with only smaller, third-stage larvae (n = 3). There was no histological evidence of pulmonary involvement. Conclusion This is the first report of the recovery and identification of A cantonensis from free-living Australian wildlife. While anglostrongylosis is a common cause of paresis in flying foxes, the initial clinical course cannot be differentiated from Australian bat lyssavirus infection, and wildlife carers should be urged not to attempt to rehabilitate flying foxes with neurological disease.

Caractérisation neuro-immunitaire d'un modèle d'encéphalomyélite auto-immune expérimentale spontanée

La sclérose en plaques est une maladie neuroinflammatoire idiopathique caractérisée par la formation de lésions focales de démyélinisation, qui apparaissent suite à l’infiltration périvasculaire de cellules immunitaires et à l’augmentation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique. L’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE) est le modèle animal de cette maladie. Cependant, ce modèle présente des différences importantes avec la sclérose en plaques. L’objectif de ce projet de maîtrise était d’approfondir la caractérisation d’un nouveau modèle transgénique d’encéphalomyélite auto-immune expérimentale spontanée, le modèle TCR1640, afin de valider celui-ci pour l’étude des phénomènes physiopathologiques qui surviennent à différents stades de la sclérose en plaques, ainsi que pour le développement de nouveaux traitements de la maladie. La souris TCR1640 porte un récepteur des cellules T (TCR) transgénique autoréactif, qui reconnaît un peptide de la myéline et déclenche une réaction auto-immune contre la myéline endogène au sein du système nerveux central (SNC). Des observations faites in situ et in vitro ont permis d’identifier des changements qui surviennent de façon très précoce dans l’unité neurovasculaire chez les animaux TCR1640 présymptomatiques, et qui sont liés à la présence d’un profil immunitaire périphérique proinflammatoire. Lors des phases actives de l’EAE spontanée, les animaux TCR1640 au stade chronique présentent une inflammation accrue du système nerveux central associée à une infiltration leucocytaire massive, par rapport aux animaux au stade aigu de la maladie. Une étude in vivo a également permis de moduler la maladie développée par des animaux ayant subi une immunisation passive avec des cellules T auxiliaires en provenance de souris TCR1640. Enfin, l’implication de nouvelles molécules d’adhésion cellulaire dans le développement et le maintien de l’EAE spontanée a été suggérée par des observations in vitro. L’ensemble de ces résultats suggère que le modèle TCR1640 présente plusieurs avantages pour l’étude de la physiopathologie de maladies neuroinflammatoires telles que la sclérose en plaques, et servira d’outil afin de valider de nouvelles stratégies thérapeutiques.

PAR(2) and Temporomandibular Joint Inflammation in the Rat

The proteinase-activated receptor 2 (PAR(2)) is a putative therapeutic target for arthritis. We hypothesized that the early pro-inflammatory effects secondary to its activation in the temporomandibular joint (TMJ) are mediated by neurogenic mechanisms. Immunofluorescence analysis revealed a high degree of neurons expressing PAR(2) in retrogradely labeled trigeminal ganglion neurons. Furthermore, PAR(2) immunoreactivity was observed in the lining layer of the TMJ, co-localizing with the neuronal marker PGP9.5 and substance-P-containing peripheral sensory nerve fibers. The intra-articular injection of PAR(2) agonists into the TMJ triggered a dose-dependent increase in plasma extravasation, neutrophil influx, and induction of mechanical allodynia. The pharmacological blockade of natural killer 1 (NK(1)) receptors abolished PAR(2)-induced plasma extravasation and inhibited neutrophil influx and mechanical allodynia. We conclude that PAR(2) activation is proinflammatory in the TMJ, through a neurogenic mechanism involving NK(1) receptors. This suggests that PAR(2) is an important component of innate neuro-immune response in the rat TMJ.

PAR(2) and Temporomandibular Joint Inflammation in the Rat

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

Matrix metalloproteinases: multifunctional effectors of inflammation in multiple sclerosis and bacterial meningitis

Matrix metalloproteinases (MMPs) are a family of Zn2+-dependent endopeptidases targeting extracellular matrix (ECM) compounds as well as a number of other proteins. Their proteolytic activity acts as an effector mechanism of tissue remodeling in physiologic and pathologic conditions, and as modulator of inflammation. In the context of neuro-inflammatory diseases, MMPs have been implicated in processes such as (a) blood-brain barrier (BBB) and blood-nerve barrier opening, (b) invasion of neural tissue by blood-derived immune cells, (c) shedding of cytokines and cytokine receptors, and (d) direct cellular damage in diseases of the peripheral and central nervous system. This review focuses on the role of MMPs in multiple sclerosis (MS) and bacterial meningitis (BM), two neuro-inflammatory diseases where current therapeutic approaches are insufficient to prevent severe disability in the majority of patients. Inhibition of enzymatic activity may prevent MMP-mediated neuronal damage due to an overactive or deviated immune response in both diseases. Downregulation of MMP release may be the molecular basis for the beneficial effect of IFN-beta and steroids in MS. Instead, synthetic MMP inhibitors offer the possibility to shut off enzymatic activity of already activated MMPs. In animal models of MS and BM, they efficiently attenuated clinical disease symptoms and prevented brain damage due to excessive metalloproteinase activity. However, the required target profile for the therapeutic use of this novel group of compounds in human disease is not yet sufficiently defined and may be different depending on the type and stage of disease. Currently available MMP inhibitors show little target-specificity within the MMP family and may lead to side-effects due to interference with physiological functions of MMPs. Results from human MS and BM indicate that only a restricted number of MMPs specific for each disease is up-regulated. MMP inhibitors with selective target profiles offer the possibility of a more efficient therapy of MS and BM and may enter clinical trials in the near future.

Obesity And Inflammation And The Effect On The Hematopoietic System.

Bone marrow is organized in specialized microenvironments known as 'marrow niches'. These are important for the maintenance of stem cells and their hematopoietic progenitors whose homeostasis also depends on other cell types present in the tissue. Extrinsic factors, such as infection and inflammatory states, may affect this system by causing cytokine dysregulation (imbalance in cytokine production) and changes in cell proliferation and self-renewal rates, and may also induce changes in the metabolism and cell cycle. Known to relate to chronic inflammation, obesity is responsible for systemic changes that are best studied in the cardiovascular system. Little is known regarding the changes in the hematopoietic system induced by the inflammatory state carried by obesity or the cell and molecular mechanisms involved. The understanding of the biological behavior of hematopoietic stem cells under obesity-induced chronic inflammation could help elucidate the pathophysiological mechanisms involved in other inflammatory processes, such as neoplastic diseases and bone marrow failure syndromes.

Fractalkine (cx3cl1) Is Involved In The Early Activation Of Hypothalamic Inflammation In Experimental Obesity.

Hypothalamic inflammation is a common feature of experimental obesity. Dietary fats are important triggers of this process, inducing the activation of toll-like receptor-4 (TLR4) signaling and endoplasmic reticulum stress. Microglia cells, which are the cellular components of the innate immune system in the brain, are expected to play a role in the early activation of diet-induced hypothalamic inflammation. Here, we use bone marrow transplants to generate mice chimeras that express a functional TLR4 in the entire body except in bone marrow-derived cells or only in bone marrow-derived cells. We show that a functional TLR4 in bone marrow-derived cells is required for the complete expression of the diet-induced obese phenotype and for the perpetuation of inflammation in the hypothalamus. In an obesity-prone mouse strain, the chemokine CX3CL1 (fractalkine) is rapidly induced in the neurons of the hypothalamus after the introduction of a high-fat diet. The inhibition of hypothalamic fractalkine reduces diet-induced hypothalamic inflammation and the recruitment of bone marrow-derived monocytic cells to the hypothalamus; in addition, this inhibition reduces obesity and protects against diet-induced glucose intolerance. Thus, fractalkine is an important player in the early induction of diet-induced hypothalamic inflammation, and its inhibition impairs the induction of the obese and glucose intolerance phenotypes.

Hypothalamic Inflammation And The Central Nervous System Control Of Energy Homeostasis.

The control of energy homeostasis relies on robust neuronal circuits that regulate food intake and energy expenditure. Although the physiology of these circuits is well understood, the molecular and cellular response of this program to chronic diseases is still largely unclear. Hypothalamic inflammation has emerged as a major driver of energy homeostasis dysfunction in both obesity and anorexia. Importantly, this inflammation disrupts the action of metabolic signals promoting anabolism or supporting catabolism. In this review, we address the evidence that favors hypothalamic inflammation as a factor that resets energy homeostasis in pathological states.

Chronic Continuous Exenatide Infusion Does Not Cause Pancreatic Inflammation And Ductal Hyperplasia In Non-human Primates.

In this study, we aimed to evaluate the effects of exenatide (EXE) treatment on exocrine pancreas of nonhuman primates. To this end, 52 baboons (Papio hamadryas) underwent partial pancreatectomy, followed by continuous infusion of EXE or saline (SAL) for 14 weeks. Histological analysis, immunohistochemistry, Computer Assisted Stereology Toolbox morphometry, and immunofluorescence staining were performed at baseline and after treatment. The EXE treatment did not induce pancreatitis, parenchymal or periductal inflammatory cell accumulation, ductal hyperplasia, or dysplastic lesions/pancreatic intraepithelial neoplasia. At study end, Ki-67-positive (proliferating) acinar cell number did not change, compared with baseline, in either group. Ki-67-positive ductal cells increased after EXE treatment (P = 0.04). However, the change in Ki-67-positive ductal cell number did not differ significantly between the EXE and SAL groups (P = 0.13). M-30-positive (apoptotic) acinar and ductal cell number did not change after SAL or EXE treatment. No changes in ductal density and volume were observed after EXE or SAL. Interestingly, by triple-immunofluorescence staining, we detected c-kit (a marker of cell transdifferentiation) positive ductal cells co-expressing insulin in ducts only in the EXE group at study end, suggesting that EXE may promote the differentiation of ductal cells toward a β-cell phenotype. In conclusion, 14 weeks of EXE treatment did not exert any negative effect on exocrine pancreas, by inducing either pancreatic inflammation or hyperplasia/dysplasia in nonhuman primates.

Obesity And Asthma: Beyond T(h)2 Inflammation.

Obesity is a major risk factor for asthma. Likewise, obesity is known to increase disease severity in asthmatic subjects and also to impair the efficacy of first-line treatment medications for asthma, worsening asthma control in obese patients. This concept is in agreement with the current understanding that some asthma phenotypes are not accompanied by detectable inflammation, and may not be ameliorated by classical anti-inflammatory therapy. There are growing evidences suggesting that the obesity-related asthma phenotype does not necessarily involve the classical T(H)2-dependent inflammatory process. Hormones involved in glucose homeostasis and in the pathogeneses of obesity likely directly or indirectly link obesity and asthma through inflammatory and non-inflammatory pathways. Furthermore, the endocrine regulation of the airway-related pre-ganglionic nerves likely contributes to airway hyperreactivity (AHR) in obese states. In this review, we focused our efforts on understanding the mechanism underlying obesity-related asthma by exploring the T(H)2-independent mechanisms leading to this disease.

Discite em crianças: estudo de oito casos

The authors report the study of eight children with diskitis diagnosed through clinical, neurogical and orthopedic evaluation. The evidence of self limiting inflammation or infection of the intervertebral disk space and of soft tissue were avaliable by image studies. Findings with routine roentgenograms, computed tomography and magnetic resonance imaging are discussed.