Nouvelles approches thérapeutiques pour réduire les réponses au stress associées aux dysfonctions cérébrovasculaires et réparatrices en situation diabétique par des principes actifs vectorisés

New therapeutic approaches to reduce the stress responses related to cerebrovascular dysfunction and regenerative wound healing in diabetes condition by the use of vector encapsulated active compounds

• Auteur / Autrice : Sai Sandhya Narra
• Direction : Christian Lefebvre d'hellencourt, Ravanan Palaniyandi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et Biochimie
• Date : Soutenance le 06/04/2022
• Etablissement(s) : La Réunion en cotutelle avec Central University of Tamil Nadu (Inde)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Diabète athérothrombose et thérapies Réunion Océan Indien (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Gasque
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muthukalingan Krishnan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sonia-Athina Karabina, Archana Bhaw-Luximon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

Curcumine

Maladies cérébrovasculaires

Biomolécules actives

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

Composés actifs

Réponses au stress

Dysfonctionnement cérébrovasculaire

Cicatrisation régénérative

Nanoparticles

Active compounds

Stress responses

Cerebrovascular dysfunction

Regenerative wound healing

Résumé

Le diabète est un problème majeur de santé publique. Il est caractérisé par une hyperglycémie, une résistance à l’insuline et est associé à des complications macro et micro vasculaires. En situation de diabètes, la concentration de méthylglyoxal (MGO) est augmentée. Le MGO est un précurseur des produits avancés de glycation (AGE) et il induit un stress oxydatif, une inflammation et un stress du réticulum endoplasmique. Ces stress jouent un rôle important dans les dysfonctions endothéliales et de la barrière hématoencéphalique ainsi que dans le retard de réparation des lésions. L’objectif de ma thèse a été d’améliorer la délivrance de curcumine, une molécule d’origine végétale. La curcumine a plusieurs effets bénéfiques tel que des activités anti oxydantes et anti inflammatoires, mais ces effets sont limités par son hydrophobicité. Des nanovecteurs tel que des protéines de hautes densités (HDL) ou des micelles peuvent améliorer la délivrance de la curcumine. L’effet de la curcumine, vectorisée par des HDL ou par des micelles, a été évaluée dans deux modèles différents : la protection de cellules endothéliales en présence de MGO in vitro et in vivo, la régénération de la nageoire caudale chez le poisson zèbre. Des nanoparticules de rHDL associées avec la curcumine (Cur-rHDLs) ont été préparées par ultracentrifugation après avoir mélangé brièvement les HDL avec la curcumine. Une analyse par LC-MS/MS a permis de quantifier la curcumine associée aux HDL. Les cellules endothéliales cérébrales Bend3 ont été prétraitées 1 heure en présence de rHDL, de curcumine ou de Cur-rHDLs puis incubées en présence de MGO. Sur des cellules traitées par du MGO, la Cur-rHDLs a montré un effet protecteur en réduisant la cytotoxicité, la production d’espèces radicalaires d’oxygène, le stress du réticulum endoplasmique et la condensation de la chromatine. Elle améliore également l’intégrité des cellules endothéliales compromise par le MGO. La Cur-rHDLs a un effet synergique en comparaison des effets de la curcumine ou des rHDLs seuls. Des micelles de polysaccharide d’algues (des carraghénanes) associées avec de la curcumine (Cur-micelles) ont été préparées en copolymérisant des oligocarraghénanes (carraghénanes digérées) avec du polycaprolactone. La curcumine a été associée aux micelles par la méthode d’évaporation de l’acétone. Les Cur-micelles ont été caractérisées par des analyses de spectroscopie de résonance magnétique nucléaire et de diffusion dynamique de la lumière. Dans ce modèle, les Cur-micelles augmentent le recrutement des macrophages et des neutrophiles au site de la lésion ainsi que la taille de la surface de la nageoire régénérée. Les Cur-micelles ont également un effet synergique en comparaison des effets de la curcumine ou des micelles seules. Ces travaux montrent les effets bénéfiques des Cur-rHDLs sur des cellules endothéliales en présence de MGO et des Cur-micelles sur la régénérescence de la nageoire caudale des poissons zèbres. Ils permettent une meilleure compréhension de ces approches et ouvrent de nouvelles perspectives de recherche pour le développement de thérapies dans le cadre de complications vasculaires associées au diabète.

Diabetes is a major health issue worldwide. It is characterized by hyperglycemia, insulin resistance and is associated with many microvascular and macrovascular complications. In diabetic conditions, methylglyoxal (MGO) levels are increased. MGO is a major precursor of advanced glycation end products (AGE) formation and it induces cellular oxidative stress, inflammation and endoplasmic reticulum (ER) stress. These cellular stresses play a crucial role in endothelial and blood brain barrier (BBB) dysfunctions and also delay the wound healing. My thesis objective was to improve the drug delivery of a plant derived compound (Curcumin). Curcumin has several beneficial properties such as antioxidant and anti-inflammatory properties but its effects are limited due to its hydrophobic nature. Nanovectors such as High Density Lipoprotein (HDL) or micelles may help to improve the delivery of curcumin. Curcumin vectorized by HDL or micelles were evaluated in two different models: in vitro brain endothelial cell protection from methylglyoxal and in vivo tail regeneration in Zebra fish. Curcumin loaded rHDL nanoparticles (Cur-rHDLs) were prepared by mixing HDL and curcumin briefly followed by ultracentrifugation. Amount of curcumin loaded was quantified by LC-MS/MS analysis. Brain endothelial cells (Bend3), were pre-treated with rHDL, curcumin and Cur-rHDLs for 1h before co-incubating with MGO. Cur-rHDLs showed a protective effect by reducing the cytotoxicity, reactive oxygen species (ROS) production, ER stress, and chromatin condensation induced by MGO. It also improved the endothelial cell integrity impaired by MGO. Cur-rHDLs showed a synergistic effect compared to curcumin or rHDL alone. Curcumin loaded carrageenan polysaccharide micelles (Cur-micelles) were prepared by using oligocarrageenan (digested carrageenan) copolymerized with polycaprolactone. Curcumin was loaded by acetone volatilization method. Cur-micelles were characterized by nuclear magnetic resonance analysis and dynamic light scattering analysis. On the Zebrafish tail amputation model, Cur-micelles increased macrophages and neutrophils recruitment to the site of tail injuryand had a positive impact on the tail regeneration by increasing the tail regenerative area. Curmicelles also showed a synergistic effect compared to curcumin or micelles alone. These studies show the potential beneficial effects of Cur-rHDLs and Cur-micelles on MGO stimulated endothelial cells and on zebrafish tail regeneration, respectively. They open new research perspectives to further investigate and understand the mechanisms that can be used to develop therapeutics for diabetic vascular complications.