Dokument: Evaluation of the therapeutic potential of nanoencapsulated curcumin towards inflammatory bowel disease: In vitro and in vivo approaches
| Titel: | Evaluation of the therapeutic potential of nanoencapsulated curcumin towards inflammatory bowel disease: In vitro and in vivo approaches | |||||||
| Weiterer Titel: | Evaluierung des therapeutischen Potenzials von nanoverkapseltem Curcumin bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen: in vitro und in vivo Ansätze | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=30675 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20140916-103129-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Kolling, Julia [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | PD Dr. Unfried, Klaus [Gutachter] Prof. Dr. Hegemann, J. H. [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | PLGA encapsulated curcumin nanoparticles, inflammatory bowel diseases | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Inflammatory bowel diseases like ulcerative colitis and Crohn’s disease, characterised by chronic and relapsing gastrointestinal inflammation, are associated with significant morbidity
and mortality. There is an urgent call for improved therapies for these prevalent diseases. In the current work, PLGA encapsulated curcumin nanoparticles (nanocurcumin, NC) were prepared by emulsification-solvent-evaporation technique and characterised for size and stability. The therapeutic efficacy of NC to reduce inflammation and oxidative stress responses was tested using in vitro and in vivo models, in comparison to native curcumin as well as the PLGA carriers. In Caco-2 human intestinal epithelial cells, NC offered significant protection against H2O2-induced DNA stand breakage. It also reduced oxidative DNA adduct formation in the epithelial cells as induced upon co-incubation with phorbol-ester activated neutrophils. Importantly, NC did not trigger several pro-oxidative side effects. In contrast, at non-cytotoxic concentrations, curcumin was found to cause oxidative DNA damage in the Caco-2 cells as well as an increased mRNA expression of the oxidative stress markers gamma-glutamylcysteine synthetase and heme oxygenase-1. The therapeutic potential of NC and the native curcumin was also assessed in mice in a chemically induced colitis using dextran sulphate sodium (DSS) as well as in the genetically induced colitis model Winnie. Although neither curcumin nor NC was able to fully abrogate colitis, both were found to affect specific symptoms. In the DSS model curcumin significantly ameliorated histological colitis scores in most colon regions, including crypt abscess and inflammatory cell infiltration. The anti-inflammatory properties of curcumin were supported by reduced levels of Interleukin-1β. Also NC reduced intestinal histopathology in the most concerned distal colon part of DSS treated mice. However, at the same time NC, and even the curcumin-free PLGA vehicle, exhibited specific pro-inflammatory characteristics in the DSS mice, respectively detected by increased levels of keratinocyte chemoattractant (KC) and macrophage inflammatory protein-1α (MIP-1α). The Winnie mice featured a depletion of the secreted mucus layer, visualised by Pas/Alcain blue staining and an impaired Muc2 mRNA expression. Beneficial effects of NC in this colitis model were indicated by a diminished diarrhoea severity. Moreover, a lowered mRNA expression ratio of spliced to unspliced X-box binding protein 1 was measured, indicating that NC may reduce endoplasmic reticulum stress. However, also in this model some pro-inflammatory properties of NC were observed, shown by increased trends in distal colon tissue cytokine expression levels. In conclusion, NC showed stronger antioxidant properties than free curcumin in an in vitro model of intestinal epithelium, but its improved efficacy could not be demonstrated in two distinct murine models of colitis. Present studies underscore the importance of the concomitant investigation of the effects of a nanoformulated drug with the bulky drug as well as the drug-free nanocarrier to determine its true pharmaceutical potency.Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen, wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa, sind durch wiederkehrende gastrointestinale Entzündungen gekennzeichnet und mit einer hohen Morbidität und Mortalität verbunden. Für eine erfolgreiche, nachhaltige Behandlung ist die Entwicklung neuer, verbesserter Therapien unabdingbar. In dieser Arbeit wurden PLGA verkapselte Curcumin-Nanopartikel (Nanocurcumin, NC) mittels Emulgierung und anschließender Lösungsmittelverdampfung hergestellt. Nach Bestimmung der Partikelgröße und Stabilität wurde die therapeutische Wirksamkeit von NC bei Entzündung und oxidativem Stress mittels in vitro und in vivo Modellen untersucht und mit der Wirksamkeit von nativem Curcumin sowie den PLGA-Trägerpartikeln verglichen. In humanen intestinalen Epithelzellen Caco-2 schützte NC signifikant vor H2O2-induzierten DNA-Strangbrüchen. Außerdem verringerte es im Kokultur-System mit Phorbolester-aktivierten neutrophilen Granulozyten die Bildung von oxidativen DNA-Addukten in den Epithelzellen. NC zeigte hierbei keine prooxidativen Eigenschaften, die im Gegensatz dazu bei nicht-zytotoxische Konzentrationen von Curcumin induziert wurden, wie oxidative DNA-Schäden und eine erhöhten mRNA Expression der oxidativen Stress Marker Gamma-Glutamylcystein Synthetase und Hämoxygenase-1. Des Weiteren wurde das therapeutische Potenzial von NC sowie von freiem Curcumin in zwei Maus-Colitismodellen untersucht, dem DSS (Dextran Sulfate Sodium)-induzierten sowie dem genetisch-induzierten Winnie-Model. Obwohl weder Curcumin noch NC die Kolitis vollständig heilen konnten, hatten beide Einfluss auf spezifische Symptome. In dem DSS-Modell verringerte Curcumin in fast allen Kolonabschnitten signifikant die histopathologischen Veränderungen, einschließlich der Darmkrypten-Abszesse und der Einwanderung von Entzündungszellen. Bestätigt wurden diese anti-entzündlichen Eigenschaften von Curcumin ebenfalls durch die verringerte Interleukin-1β Expression. Auch NC verbesserte die Histopathologie in dem stark geschädigten distalen Kolon von DSS-behandelten Mäusen. Jedoch zeigten sowohl NC als auch Curcumin-freie-PLGA-Partikel in DSS-behandelten Mäusen pro-inflammatorische Eigenschaften, nachgewiesen durch eine erhöhte Expression an KC (keratinocyte chemoattractant) und MIP-1 α (macrophage inflammatory protein-1 α). In den Winnie Mäusen war die reduzierte Mukusschicht durch eine Pas/Alcain Blau-Färbung sowie eine veränderte Muc2 mRNA-Expression detektierbar. In diesem Kolitis-Modell verringerte NC die klinische Symptomatik. Außerdem reduzierte NC das mRNA-Expressionsverhältnis von gespleißtem und ungespleißtem XBP1 (x-Box binding protein 1), als Hinweis auf eine mögliche Verringerung des Endoplasmatischen Retikulum Stresses. Jedoch weisen auch in diesem Modell erhöhte Zytokinlevel im distalen Kolongewebe auf pro-inflammatorische Eigenschaften des NC hin. Zusammenfassend weist NC in dem in vitro Modell zwar im Vergleich zu Curcumin größere anti-oxidative Eigenschaften auf, diese verbesserte Wirksamkeit wurde aber in vivo nicht bestätigt. Des Weiteren unterstreicht die Studie die Notwendigkeit, die Effekte der Nano-Medikamente hinsichtlich ihrer therapeutischen Wirksamkeit immer im Zusammenhang mit dem herkömmlichen nativen Medikament sowie dem nicht-beladenen Trägermaterial zu untersuchen. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Institut für Umweltmedizinische Forschung (IUF) an der HHU | |||||||
| Dokument erstellt am: | 16.09.2014 | |||||||
| Dateien geändert am: | 16.09.2014 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 16.01.2014 | |||||||
| Datum der Promotion: | 02.06.2014 |
