Analizzando Effetti benefici dei supplementi nutrizionali sulle funzioni intestinali epiteliali barriera durante Experimental Colitis
Summary
Gli attuali trattamenti di malattie infiammatorie croniche intestinali (IBD) hanno lo scopo di alleviare i sintomi della malattia, ma possono causare gravi effetti collaterali. Così, strategie alternative sono allo studio in modelli animali colite. Qui, viene spiegato come gli effetti benefici della dieta completa sui segni clinici IBD sono analizzati in un tale modello di colite.
Abstract
malattie infiammatorie croniche intestinali (IBD), tra cui il morbo di Crohn e la colite ulcerosa, sono patologie croniche recidivanti dell'intestino. Essi causano gravi problemi, come crampi addominali, diarrea con sangue, e perdita di peso, in individui affetti. Purtroppo, non vi è ancora alcuna cura, e trattamenti mirano solo per alleviare i sintomi. Gli attuali trattamenti comprendono farmaci anti-infiammatori e immunosoppressori che possono causare gravi effetti collaterali. Questo garantisce la ricerca di opzioni di trattamento alternativi, come integratori alimentari, che non causano effetti collaterali. Prima della loro applicazione negli studi clinici, questi composti devono essere rigorosamente testati per l'efficacia e la sicurezza nei modelli animali. Un modello sperimentale affidabile è il modello di destrano solfato di sodio (DSS) la colite nei topi, che riproduce molti dei segni clinici della colite ulcerosa negli esseri umani. Recentemente abbiamo applicato questo modello per testare gli effetti benefici di un integratore alimentare contenentevitamine C ed E, L-arginina, e gli acidi grassi polinsaturi ω3-(PUFA). Abbiamo analizzato diversi parametri di malattia e abbiamo trovato che questo supplemento è stato in grado di migliorare la formazione di edema, danni ai tessuti, l'infiltrazione dei leucociti, stress ossidativo, e la produzione di citochine pro-infiammatorie, che porta a un miglioramento complessivo dell'indice di attività della malattia. In questo articolo, si spiega in dettaglio la corretta applicazione di supplementi nutrizionali che utilizzano il modello di colite DSS in topi C57BL / 6, e come parametri di malattie come l'istologia, lo stress ossidativo e l'infiammazione sono valutati. Analizzando gli effetti benefici dei diversi integratori alimentari può poi eventualmente aprire nuove strade per lo sviluppo di strategie terapeutiche alternative che alleviano i sintomi IBD e / o che prolungano le fasi di remissione senza causare gravi effetti collaterali.
Introduction
La colite è una condizione infiammatoria del colon che può causare diarrea e dolore addominale. Colite può essere acuta, in risposta a infezione o allo stress, o può svilupparsi come una malattia cronica, come nella colite ulcerosa (UC), che appartiene al gruppo di malattie infiammatorie croniche intestinali (IBD). Anche se i segni clinici di UC sono stati ben descritti, la patogenesi è ancora poco conosciuta 1. E 'accettato tra gli esperti che UC è una malattia multifattoriale, con mutazioni genetiche e le risposte immunitarie aberranti che giocano un ruolo importante 2. Tuttavia, i fattori ambientali, come ad esempio lo stile di vita e l'alimentazione, contribuiscono allo sviluppo della malattia e la progressione 3.
Purtroppo, IBD non è curabile, ma ci sono molte opzioni di trattamento che hanno lo scopo di alleviare i sintomi clinici. Gli attuali trattamenti comprendono farmaci anti-infiammatori, come la sulfasalazina e corticosteroidi; immunosoppressori, come azathioPrine; anticorpi monoclonali che catturano pro-infiammatori citochine, come il fattore di necrosi tumorale-α (TNF-α), o molecole di adesione a blocchi, come integrine, per ridurre un eccessivo reclutamento dei leucociti; e inibitori che hanno come target le chinasi che attivano percorsi pro-infiammatorie, come Janus chinasi (JAK) 4. Non tutti i pazienti rispondono a tutti i trattamenti, in modo da strategie terapeutiche devono essere personalizzati 5. Inoltre, la maggior parte di questi farmaci terapeutici interferire con il metabolismo e risposte immunitarie, causando spesso gravi effetti collaterali. Per questo motivo, le opzioni di trattamento alternativi sono stati indagati.
Trattamenti alternativi includono probiotici e integratori alimentari, che sono state applicate in modelli animali e studi clinici con diversi livelli di successo 6,7. Abbiamo recentemente dimostrato che l'applicazione di diversi supplementi nutrizionali singoli, quali vitamine antiossidanti o acidi grassi ω3-poli-insaturi (PUFAS), è inferiore alla applicazione di una combinazione di tali integratori per alleviare colite e sintomi della malattia cardiovascolare 8,9. Questi studi sono stati effettuati su topi, così studi clinici devono essere effettuate in esseri umani per determinare se questi risultati saranno applicabili anche agli esseri umani. Prima di studi clinici sono iniziati, l'efficacia e la sicurezza di nuove opzioni di trattamento devono essere valutati in modelli animali.
Per IBD, il modello destrano solfato di sodio (DSS) è stato ampiamente utilizzato per studiare i meccanismi di sviluppo della malattia e gli effetti benefici dei farmaci e integratori alimentari 6,10. Nella maggior parte degli studi, solo una malattia acuta per un periodo di sette giorni è indotti; tuttavia, i segni clinici osservati in questi animali sono molto simili a quelli osservati nei pazienti con malattia infiammatoria intestinale (ad esempio, diarrea con sangue, perdita di peso, disfunzione epiteliale, e l'infiltrazione di cellule immunitarie) 10. DSS induce erosioni della mucosa,con conseguente disfunzione barriera e in un aumento della permeabilità epiteliale intestinale 11. L'esatto meccanismo resta sconosciuto. Tuttavia, uno studio suggerisce che DSS interagisce con acidi a catena media lunghezza grassi per formare nano-lipocomplexes che sono in grado di entrare nelle cellule epiteliali e indurre segnalazione infiammatoria Percorsi di 12. In questo articolo, si descrive in dettaglio come colite è indotta e analizzato nei topi, come integratori alimentari sono applicate dalla sonda gastrica per garantire un dosaggio costante in ogni animale, e in che modo vengono esaminati gli effetti di tali supplementi su vari sintomi colite.
Protocol
Representative Results
Discussion
Per poter utilizzare integratori alimentari negli studi clinici, i benefici e la sicurezza di tali supplementi devono essere attentamente valutati in vivo negli studi sugli animali. Nel caso di colite, diversi modelli animali appropriati che ricordano i segni clinici di IBD sono state stabilite, compresi i modelli chimici utilizzando DSS, TNBS, o acido acetico; modelli (KO), come IL10-KO out knock-; e la colite immuno-mediata dalle cellule utilizzando il trasferimento adottivo di cellule T 19-21. Il …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dal Consiglio messicano per la Scienza e la Tecnologia (Conacyt, 207.268 e 233.395 a Michael Schnoor). KFCO è un destinatario di una borsa di studio Conacyt (396.260) per ottenere una laurea magistrale.
Materials
| 0.3% of gelatin | Bioxon | 158 | |
| 10% formaldehyde | J.T. Baker | 2106-03 | |
| 96-well plate with flat bottom | Corning | 3368 | |
| Absolute ethanol | J.T. Baker | 9000-03 | |
| Absolute xylene | J.T. Baker | 9490-03 | |
| ABTS | Sigma Aldrich | H5882 | |
| Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | 9048-46-8 | |
| ColoScreen | Helena Laboratories | 5072 | |
| Corabion (Kindly provided by Merck, Naucalpan, Mexico) | Merck | ||
| Dextran Sulfate Sodium Salt | Affymetrix | 9011-18-1 | (M.W. 40,000-50,000) |
| Dihydroethidium | Life Technology | D11347 | |
| Eosin-Y | J.T. Baker | L087-03 | |
| Evans blue | Sigma-Aldrich | 314-13-6 | |
| Feeding needle | Cadence Science Inc. | 9921 | |
| Glass slide rack with handle | Electron Microscopy | 70312-16 | |
| Glass Slides | Corning | 2947 | |
| Harris hematoxylin | Sigma-Aldrich | H3136 | |
| Hexadecyltrimethyammonium (HTAB) | Sigma Aldrich | H6269 | |
| Histosette (Embedding cassette) | Simport | M498.2 | |
| Hydrochloric acid 1 M | J.T. Baker | 9535-62 | |
| Hydrogen peroxide | Sigma Aldrich | H3410 | |
| Ketamine | PiSA Agropecuaria | Q-7833-028 | |
| Liquid paraffin | Paraplast | 39501-006 | |
| Lithium carbonate | Sigma-Aldrich | 2362 | |
| N,N-dimethylformamide | J.T. Baker | 68-12-2 | |
| N-acetylcysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | |
| Plastic cubes | Electron Microscopy | 70181 | |
| Poly-L-Lysine Solution | Sigma-Aldrich | 25988-63-0 | |
| Prism 5 statistical software | GraphPad Software | Prism 5 | |
| Saline Solution 0.9% NaCl | CS PiSA | Q-7833-009 | |
| Sodium citrate | Sigma-Aldrich | W302600 | |
| Synthetic resin | Poly Mont | 7987 | |
| Taq DNA polymerase | Invitrogen | 11615-010 | |
| Tissue-tek. O.C.T Compound | Sakura Finetek | 4583 | |
| Tuberculine Syringe | BD Plastipak | 305945 | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | 9005-64-5 | |
| VECTASHIELD Antifade Mounting Medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | |
| Xylazine | PiSA Agropecuaria | Q-7833-099 |
References
- Souza, H. S., Fiocchi, C. Immunopathogenesis of IBD: current state of the art. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 13, 13-27 (2016).
- Xavier, R. J., Podolsky, D. K. Unravelling the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Nature. 448, 427-434 (2007).
- Neuman, M. G., Nanau, R. M. Inflammatory bowel disease: role of diet, microbiota, life style. Transl Res. 160, 29-44 (2011).
- Lowenberg, M., D’Haens, G. Next-Generation Therapeutics for IBD. Current Gastroenterol Rep. 17, 21 (2015).
- Bernstein, C. N. Does everyone with inflammatory bowel disease need to be treated with combination therapy. Curr Opin Gastroenterol. , (2016).
- Nanau, R. M., Neuman, M. G. Nutritional and probiotic supplementation in colitis models. Dig Dis Sci. 57, 2786-2810 (2012).
- Yamamoto, T. Nutrition and diet in inflammatory bowel disease. Curr Opin Gastroenterol. 29, 216-221 (2013).
- Vargas Robles, H., et al. Experimental Colitis Is Attenuated by Cardioprotective Diet Supplementation That Reduces Oxidative Stress, Inflammation, and Mucosal Damage. Ox Med Cell Longev. , 8473242 (2016).
- Vargas-Robles, H., Rios, A., Arellano-Mendoza, M., Escalante, B. A., Schnoor, M. Antioxidative diet supplementation reverses high-fat diet-induced increases of cardiovascular risk factors in mice. Ox Med Cell Longev. 2015, 467471 (2015).
- Perse, M., Cerar, A. Dextran sodium sulphate colitis mouse model: traps and tricks. J Biomed Biotechnol. 2012, 718617 (2012).
- Chassaing, B., Aitken, J. D., Malleshappa, M., Vijay-Kumar, M. Dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis in mice. Curr. Protoc. Immunol. 104, 25 (2014).
- Laroui, H., et al. Dextran sodium sulfate (DSS) induces colitis in mice by forming nano-lipocomplexes with medium-chain-length fatty acids in the colon. PLoS One. 7, 32084 (2009).
- Mennigen, R., et al. Probiotic mixture VSL#3 protects the epithelial barrier by maintaining tight junction protein expression and preventing apoptosis in a murine model of colitis. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 296, 1140-1149 (2009).
- Park, C. M., Reid, P. E., Walker, D. C., MacPherson, B. R. A simple, practical ‘swiss roll’ method of preparing tissues for paraffin or methacrylate embedding. J Microsc. 145, 115-120 (1987).
- Shen, W., Gaskins, H. R., McIntosh, M. K. Influence of dietary fat on intestinal microbes, inflammation, barrier function and metabolic outcomes. J Nutr Biochem. , (2013).
- Bruewer, M., et al. Interferon-gamma induces internalization of epithelial tight junction proteins via a macropinocytosis-like process. FASEB J. 19, 923-933 (2005).
- Fournier, B. M., Parkos, C. A. The role of neutrophils during intestinal inflammation. Muc Immunol. 5, 354-366 (2012).
- Yan, Y., et al. Temporal and spatial analysis of clinical and molecular parameters in dextran sodium sulfate induced colitis. PLoS One. 4, 6073 (2009).
- Maxwell, J. R., Viney, J. L. Overview of mouse models of inflammatory bowel disease and their use in drug discovery. Curr Prot Pharmacol, S.J. Enna. , (2009).
- Ostanin, D. V., et al. T cell transfer model of chronic colitis: concepts, considerations, and tricks of the trade. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 296, 135-146 (2009).
- Randhawa, P. K., Singh, K., Singh, N., Jaggi, A. S. A review on chemical-induced inflammatory bowel disease models in rodents. Kor J Physiol Pharmacol. 18, 279-288 (2014).
- Whittem, C. G., Williams, A. D., Williams, C. S. Murine Colitis modeling using Dextran Sulfate Sodium (DSS). JoVE. , (2010).
- Wirtz, S., Neufert, C., Weigmann, B., Neurath, M. F. Chemically induced mouse models of intestinal inflammation. Nat Prot. 2, 541-546 (2007).
- Naydenov, N. G., et al. Nonmuscle Myosin IIA Regulates Intestinal Epithelial Barrier in vivo and Plays a Protective Role During Experimental Colitis. Sci Rep. 6, 24161 (2016).
- Sumagin, R., Robin, A. Z., Nusrat, A., Parkos, C. A. Transmigrated neutrophils in the intestinal lumen engage ICAM-1 to regulate the epithelial barrier and neutrophil recruitment. Muc Immunol. 7, 905-915 (2014).
- Laukoetter, M. G., et al. JAM-A regulates permeability and inflammation in the intestine in vivo. J Exp Med. 204, 3067-3076 (2007).
- Viennois, E., Chen, F., Laroui, H., Baker, M. T., Merlin, D. Dextran sodium sulfate inhibits the activities of both polymerase and reverse transcriptase: lithium chloride purification, a rapid and efficient technique to purify RNA. BMC Res Notes. 6, 360 (2013).
