Determination of intestinal permeability in healthy horses using the contrast medium iohexol

Tämä lisensiaatin tutkielma koostuu kolmesta osasta; kirjallisuuskatsauksesta, kokeellisesta osasta ja liitteistä. Iohexol on ionisoitumaton, trijodattu ja vesiliukoinen röntgenvarjoaine. Iohexolia on hyödynnetty lääketieteessä useita vuosia. Iohexolia on käytetty muun muassa angio- ja myelografiassa, lisäksi iohexolia on hyödynnetty arvioitaessa munuaiskerästen suodattumisnopeutta sekä suoliston läpäisevyyden muutoksia. Hevosen tulehduksellisessa suolistosairaudessa (Inflammatory bowel disease, IBD) suoliston rakenne ja sen läpäisevyys muuttuu; tyypillistä on tulehdussolujen kertyminen suoliston seinämään ja myös sidekudosmuodostusta saattaa esiintyä. Suolisto muutoksia saatetaan havaita sekä ohut- että paksusuolessa. IBD aiheuttaa hevoselle laihtumista, johtuen ravintoaineiden puutteellisesta imeytymisestä ja proteiinien menetyksestä suoleen suoliston häiriötilan yhteydessä. Tällä hetkellä IBD:n diagnostiikka perustuu tyypillisiin oireisiin, kliiniseen tutkimukseen, verinäytteisiin, glukoosin imeytymistestiin ja peräsuolesta otettuun koepalaan. IBD:n diagnostiikka on kuitenkin erittäin haastavaa ja tutkimusmenetelmiin liittyy lukuisia ongelmia, jotka vähentävät niiden luotettavuutta IBD:n diagnostiikassa. Tutkimuksemme tarkoituksena on kehittää hevosen IBD:n diagnostiikkaa entistä helpompaan, luotettavampaan ja turvallisempaan suuntaan. Tämän alustavan tutkimuksen tavoitteet olivat: (1) tutkia voidaanko iohexol havaita hevosen seerumissa oraalisen annostelun jälkeen ja (2) muodostaa iohexolin pitoisuuskuvaaja ajan funktiona terveillä hevosilla. Materiaalimme koostui kymmenestä terveestä hevosesta, joilla ei ollut havaittu laihtumista tai ripulia. Ennen iohexolin annostelua hevosille suoritettiin kliininen tutkimus ja verinäytteet otettiin maha-suolikanavan sairauden poissulkemiseksi. Hevosille suoritettiin myös mahalaukun tähystys. 16 tunnin paaston jälkeen 1 ml/kg Iohexolia annosteltiin 10 % -liuoksena nenämahaletkulla suoraan mahaan ja verinäytteet otettiin 0, 30, 60, 120, 180, 240, 300 ja 360 minuuttia annostelun jälkeen. Iohexolin pitoisuus määritettiin käyttämällä korkean erotuskyvyn nestekromatografiaa. Iohexolin pitoisuuksista tietyillä ajanhetkillä muodostettiin kuvaaja. Hevosilla ei havaittu maha-suolikanavan sairauksia. Kaikki hevoset olivat hyvässä kuntoluokassa ja mahalaukun tähystyksessä ei havaittu merkittäviä muutoksia. Verinäytteiden tulokset olivat viiterajoissa. Kaikki hevoset sietivät iohexolia hyvin ja haittavaikutuksia ei havaittu. Iohexol oli havaittavissa seerumissa 60 minuutin kuluttua annostelusta. Kuvaajassa voitiin havaita kaksi huippua. Statistiset menetelmät tukivat löydöksiä. Iohexol testi oli yksinkertainen suorittaa ja siihen ei liittynyt haittavaikutuksia. Annos 1ml/kg oli havaittavissa seerumissa. Iohexolin pitoisuuskuvaaja muodosti kaksi huippua, ja tämänkaltainen ilmiö on kuvattu kirjallisuudessa aikaisemmin useiden lääkkeiden tapauksessa. Hevosella ilmiö liittyy todennäköisesti maha-suolikanavan rakenteellisiin ja fysiologisiin eroavaisuuksiin ja lisätutkimuksia ilmiön varmistamiseksi tarvitaan. Iohexol näyttää olevan potentiaalinen merkkiaine suoliston läpäisevyyden arviointiin ja lisätutkimuksia IBD:tä sairastavien hevosten seerumin iohexolin pitoisuuksista verrattuna terveiden hevosten seerumin iohexolin pitoisuuksiin on suunnitteilla.

Intestinal permeability tests in coeliac disease

Intestinal permeability tests have been used to screen for a wide range of small intestinal diseases, including coeliac disease and enteric infections. Several probe molecules have been used to investigate intestinal permeability including monosaccharides, disaccharides, 51Cr-EDTA and polyethyleneglycol. While many factors may affect intestinal permeability tests, the use of two probe molecules, for example, lactulose and mannitol, and the expression of the result as a ratio minimises the effects of these extraneous factors. Rendering the test solution hyperosmolar was also found to increase the sensitivity of the test in detecting coeliac disease. Intestinal permeability is characteristically elevated in untreated coeliac disease, with a sensitivity of up to 96% for the dual sugar techniques. The reason for this is a consistent increase in the absorption of lactulose (via the paracellular route) due to increased "leakiness" of the intestine and a reduction in the absorption of mannitol (via the transcellular route) due to a reduction in surface area as a result of villous atrophy. The intestinal permeability test allows subjects to be selected for jejunal biopsy in whom the clinical features are compatible with coeliac disease and in timing a follow-up biopsy. It has been postulated that raised intestinal permeability may be involved in the pathogenesis of coeliac disease. Recently, serum measurements of the probe molecules may have a valuable role, particularly in paediatric patients. Sucrose permeability has also been proposed as an accurate marker of adult coeliac disease and shows promise as a noninvasive test.

Zidovudine-poly (L-lactic acid) solid dispersions with improved intestinal permeability prepared by supercritical antisolvent process

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

Intestinal permeability parameters in obese patients are correlated with metabolic syndrome risk factors

Background & aims: Altered intestinal permeability has been shown to be associated with metabolic alterations in animal models of obesity, but not in humans. The aim of this study was to assess intestinal permeability in obese women and verify if there is any association with anthropometric measurements, body composition or biochemical variables. Methods: Twenty lean and twenty obese females participated in the study. Anthropometric measurements, body composition and blood pressure were assessed and biochemical analyses were performed. Administration of lactulose and mannitol followed by their quantification in urine was used to assess the intestinal permeability of volunteers. Results: The obese group showed lower HDL (p < 0.05), higher fasting glucose, insulin, HOMA index and lactulose excretion than the lean group (p < 0.05), suggesting increased paracellular permeability. Lactulose excretion showed positive correlation (p < 0.05) with waist and abdominal circumference. Blood insulin and the HOMA index also increased with the increase in mannitol and lactulose excretion and in the L/M ratio (p < 0.05). L/M ratio presented a negative correlation with HDL concentration (p < 0.05). Conclusions: We demonstrated that intestinal permeability parameters in obese women are positively correlated with anthropometric measurements and metabolic variables. Therapeutic interventions focused on intestine health and the modulation of intestinal permeability should be explored in the context of obesity. (C) 2012 Elsevier Ltd and European Society for Clinical Nutrition and Metabolism. All rights reserved.

High paracellular nutrient absorption in intact bats is associated with high paracellular permeability in perfused intestinal segments

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

Interactions among secretory immunoglobulin A, CD71, and transglutaminase-2 affect permeability of intestinal epithelial cells to gliadin peptides

BACKGROUND & AIMS: The transferrin receptor (CD71) is up-regulated in duodenal biopsy samples from patients with active celiac disease and promotes retrotransport of secretory immunolglobulin A (SIgA)-gliadin complexes. We studied intestinal epithelial cell lines that overexpress CD71 to determine how interactions between SIgA and CD71 promote transepithelial transport of gliadin peptides. METHODS: We analyzed duodenal biopsy specimens from 8 adults and 1 child with active celiac disease. Caco-2 and HT29-19A epithelial cell lines were transfected with fluorescence-labeled small interfering RNAs against CD71. Interactions among IgA, CD71, and transglutaminase 2 (Tgase2) were analyzed by flow cytometry, immunoprecipitation, and confocal microscopy. Transcytosis of SIgACD71 complexes and intestinal permeability to the gliadin 3H-p3149 peptide were analyzed in polarized monolayers of Caco-2 cells. RESULTS: Using fluorescence resonance energy transfer and in situ proximity ligation assays, we observed physical interactions between SIgA and CD71 or CD71 and Tgase2 at the apical surface of enterocytes in biopsy samples and monolayers of Caco-2 cells. CD71 and Tgase2 were co-precipitated with SIgA, bound to the surface of Caco-2 cells. SIgACD71 complexes were internalized and localized in early endosomes and recycling compartments but not in lysosomes. In the presence of celiac IgA or SIgA against p3149, transport of intact 3H-p3149 increased significantly across Caco-2 monolayers; this transport was inhibited by soluble CD71 or Tgase2 inhibitors. CONCLUSIONS: Upon binding to apical CD71, SIgA (with or without gliadin peptides) enters a recycling pathway and avoids lysosomal degradation; this process allows apicalbasal transcytosis of bound peptides. This mechanism is facilitated by Tgase2 and might be involved in the pathogenesis of celiac disease.

Bactericidal/permeability-increasing protein attenuates systemic inflammation and acute lung injury in porcine lower limb ischemia-reperfusion injury.

OBJECTIVE: To investigate the role of recombinant bactericidal/permeability-increasing protein (rBPI21) in the attenuation of the sepsis syndrome and acute lung injury associated with lower limb ischemia-reperfusion (I/R) injury. SUMMARY BACKGROUND DATA: Gut-derived endotoxin has been implicated in the conversion of the sterile inflammatory response to a lethal sepsis syndrome after lower torso I/R injury. rBPI21 is a novel antiendotoxin therapy with proven benefit in sepsis. METHODS: Anesthetized ventilated swine underwent midline laparotomy and bilateral external iliac artery occlusion for 2 hours followed by 2.5 hours of reperfusion. Two groups (n = 6 per group) were randomized to receive, by intravenous infusion over 30 minutes, at the start of reperfusion, either thaumatin, a control-protein preparation, at 2 mg/kg body weight, or rBPI21 at 2 mg/kg body weight. A control group (n = 6) underwent laparotomy without further treatment and was administered thaumatin at 2 mg/kg body weight after 2 hours of anesthesia. Blood from a carotid artery cannula was taken every half-hour for arterial blood gas analysis. Plasma was separated and stored at -70 degrees C for later determination of plasma tumor necrosis factor (TNF)-alpha, interleukin (IL)-6 by bioassay, and IL-8 by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), as a markers of systemic inflammation. Plasma endotoxin concentration was measured using ELISA. Lung tissue wet-to-dry weight ratio and myeloperoxidase concentration were used as markers of edema and neutrophil sequestration, respectively. Bronchoalveolar lavage protein concentration was measured by the bicinclinoic acid method as a measure of capillary-alveolar protein leak. The alveolar-arterial gradient was measured; a large gradient indicated impaired oxygen transport and hence lung injury. RESULTS: Bilateral hind limb I/R injury increased significantly intestinal mucosal acidosis, intestinal permeability, portal endotoxemia, plasma IL-6 concentrations, circulating phagocytic cell priming and pulmonary leukosequestration, edema, capillary-alveolar protein leak, and impaired gas exchange. Conversely, pigs treated with rBPI21 2 mg/kg at the onset of reperfusion had significantly reduced intestinal mucosal acidosis, portal endotoxin concentrations, and circulating phagocytic cell priming and had significantly less pulmonary edema, leukosequestration, and respiratory failure. CONCLUSIONS: Endotoxin transmigration across a hyperpermeable gut barrier, phagocytic cell priming, and cytokinemia are key events of I/R injury, sepsis, and pulmonary dysfunction. This study shows that rBPI21 ameliorates these adverse effects and may provide a novel therapeutic approach for prevention of I/R-associated sepsis syndrome.

Glucose and citrate reduce the permeability changes caused by indomethacin in humans

Nonsteroidal anti-inflammatory drug (NSAID)-induced increased intestinal permeability appears to be a prerequisite for NSAID enteropathy. It has been suggested that early metabolic events leading to the permeability changes may involve inhibition of glycolysis and the tricarboxylic acid cycle, in which case the coadministration of glucose and citrate (the substrates for these metabolic pathways) with indomethacin may afford some protection. The present study, using a combined intestinal absorption-permeability test including 3-O-methyl-D-glucose, D-xylose, L-rhamnose, and [51Cr]ethylene-diaminetetraacetic acid (EDTA) as test probes and the differential urine excretion ratio of [51Cr]-EDTA/L-rhamnose, showed that indomethacin (50 + 75 mg) increased intestinal permeability. A formulation of indomethacin containing 15 mg glucose and 15 mg citrate to each milligram of indomethacin did not increase intestinal permeability significantly above baseline values. When given alone with indomethacin, neither glucose nor citrate (45 mg to each milligram of indomethacin) had any protective effects. Pharmokinetic studies showed that the effects of glucose and citrate cannot be explained on the basis of altered drug absorption. These results suggest a new approach to reducing the small intestinal side effects of NSAIDs.

Studies on IL-18 in HIV infection : effects of the cytokine on intestinal integrity, and platelets as a new source of the cytokine

L'interleukine IL-18 (IL-18), un membre de la famille de l’IL-1, est une cytokine pro-inflammatoire multifonctionnelle. Elle est produite par les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales, les kératinocytes et le cortex surrénal dans le corps humain. Cette cytokine est d'abord produite comme une protéine précurseure inactive, qui est par la suite clivée en une forme mature par la caspase-1 activée. La caspase, en elle-même, existe comme précurseur inactif dans les cellules humaines et requiert l'assemblage d'inflammasomes pour son activation. L'IL-18 pour joue un rôle clé dans la médiation des conditions inflammatoires. Notre laboratoire et d'autres ont montré que l'infection par le VIH est accompagnée d'une augmentation des taux circulants d'IL-18 avec une diminution des niveaux de son antagoniste, l'interleukine-18 binding protein (IL-18BP). Dans cette thèse, nous démontrons pour que l'IL-18 est également produite et sécrétée par les plaquettes humaines lors de leur activation. Les plaquettes contiennent des composants de l'inflammasome. Ils assemblent et activent la caspase-1, qui ensuite traite le précurseur de l'IL-18 dans sa forme mature au cours du processus d'activation des plaquettes. La cytokine est synthétisée de novo lors de l'activation des plaquettes. Contrairement à l'IL-18, les plaquettes expriment constitutivement l’IL-18BP, et la libèrent de manière constitutive, ainsi que lors de l'activation. L'IL-18 et l'IL-18BP sont colocalisés avec CD63, un marqueur pour les granules α des plaquettes. L'IL-18 libéré des plaquettes constitue la source principale de cette cytokine dans la circulation humaine chez les individus sains. Nous avons identifié des concentrations faibles de cette cytokine dans les lysats de plaquettes chez les individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. D'autre part, les concentrations ont été augmentées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes chez les individus infectés. Des résultats similaires ont été obtenus avec l'IL-18BP dans les lysats de plaquettes d'individus sains et infectés par le VIH. Cependant, des quantités plus faibles de cet antagoniste ont été trouvées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes d'individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. Nos résultats ont des implications importantes pour les maladies inflammatoires chroniques dans laquelle une activité accrue de l'IL-18 joue un rôle pathogène. Le VIH est également accompagné par une inflammation intestinale et une diminution de l'intégrité intestinale, mesurée par la réparation de la muqueuse, la régénération et la perméabilité. Cependant, on en sait peu sur la relation entre le niveau élevé de l'IL-18 associé à l'infection au VIH et la perméabilité intestinale: ceci n'a jamais été étudié. Dans cette thèse, nous démontrons le rôle du virus et sa protéine Tat à augmenter la production d'IL-18 chez deux lignées de cellules épithéliales intestinales (HT29 et Caco2) ainsi qu'une diminution de l'IL-18BP. L'IL-18 induit une hyperperméabilité de la barrière épithéliale en perturbant à la fois les jonctions serrées et adhérentes, et ce, en modulant l'expression et la distribution de l'occludine, de claudine-2 et de la bêta-caténine. Une désorganisation de l'actine F a également été observée dans les cellules lors de l'incubation avec l'IL-18. Les mêmes observations ont été faites avec la protéine Tat du VIH-1. Après une incubation prolongée, l'IL-18 a causé la mort des cellules intestinales et induit l'apoptose par l'activation de la caspase-1 et la caspase-3. Fait intéressant, les taux plasmatiques de lipopolysaccharides chez trois catégories différentes de patients au VIH (ART-naïf, ART-traitée et contrôleurs élite) sont en corrélation avec les niveaux plasmatiques de l'IL-18. Enfin, nous avons étudié la voie de signalisation à travers laquelle l'IL-18 induit une perméabilité intestinale accrue. En bref, nos études identifient les plaquettes comme une source importante d'IL-18, et leur activation lors d'une infection à VIH contribue à des concentrations accrues de cette cytokine. Le virus entraine également l'augmentation de la production de cytokines par les cellules épithéliales intestinales. L'activité biologique accrue de ces cytokines contribue à la pathogenèse du sida en augmentant la perméabilité intestinale et en causant la mort des cellules intestinales. L'IL-18 pourrait servir de cible moléculaire pour retarder la progression du sida et réduire l'inflammation chronique dans un stade précoce d'une infection à VIH.