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Papel de las especies reactivas de oxígeno producidas por NADPH-Oxidasa en el proceso neuroinflamatorio inducido por daño excitotóxico

Grecia Sánchez Evangelista (2021)

La excitotoxicidad es un fenómeno que ocurre en respuesta a la sobre activación de receptores glutamatérgicos. Este fenómeno se ha descrito en enfermedades neurodegenerativas y en afectaciones agudas como las lesiones cerebrales traumáticas y los accidentes cerebrovasculares. La señalización glutamatérgica durante la excitotoxicidad promueve la pérdida de la homeostasis del Ca2+, que cataliza, entre otros eventos, la sobreproducción de especies reactivas del oxígeno (ROS) provenientes de la mitocondria y de complejos enzimáticos como las NADPH oxidasas (NOX). Las NOX constituyen una familia formada por 7 homólogos que se encuentran ampliamente distribuidas en diferentes regiones del sistema nervioso central SNC. Dos de estos homólogos, NOX2 y NOX4, se activan en células gliales en respuesta al daño en el (SNC). Se sabe que la actividad de las NOX en células gliales participa en la excitotoxicidad, contribuyendo al mantenimiento del estrés oxidante por un largo periodo de tiempo como en el caso de las enfermedades neurodegenerativas. Recientemente se ha descrito que las células gliales expresan receptores glutamatérgicos ionotrópicos y metabotrópicos que pueden participar en la excitotoxicidad. Por otra parte, también se sabe que la actividad de las NOX son piezas fundamentales de la la neuroinflamación. Poco se sabe acerca de la respuesta inflamatoria mediada por la activación de receptores glutamatérgicos gliales, por lo que el presente trabajo se centra en describir el papel de la microglia y la astroglia en la excitotoxicidad, así como la contribución de los receptores glutamatérgicos gliales en el desarrollo de la neuroinflamación inducida por daño excitotóxico.

Excitotoxicity occurs in response to the overactivation of glutamate receptors. Excitotoxicity is involved in neurodegenerative diseases and in acute brain diseases, such as brain injury and stroke. Glutamatergic signaling during excitotoxicity initiates with the loss of Ca2+ homeostasis that promotes, among other events, the overproduction of reactive oxygen species (ROS) from mitochondria and some enzyme complexes such as NADPH oxidases (NOX). NOX constitute a family of seven homologues widely distributed in the nervous system. Two of these isoforms, NOX2 and NOX4, are activated in glial cells in response to damage to the CNS, contributing to the inflammatory response. It has been suggested that glial NOX activity participates in excitotoxicity by contributing to the maintenance of oxidative stress in several models of neural damage such as neurodegenerative diseases. Recently, it has been found that glial cells express ionotropic and metabotropic glutamate receptors. The present study focuses on describing the role of glutamate in microglia and astroglia during excitotoxicity, as well as the contribution of glial glutamatergic receptors in the development of neuroinflammation induced by excitotoxicity.

Master thesis

Estrés oxidativo Muerte celular Inflamación Biología experimental BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Relación entre polimorfismos en el gen ESR1 y el origen ancestral amerindio con síndrome metabólico y riesgo a enfermedad coronaria cardíaca

Jose Angel Cahua Pablo (2015)

El síndrome metabólico (SM) es una combinación de desórdenes metabólicos que están asociado con un incremento en la susceptibilidad a diabetes tipo 2 (DT2) y enfermedad cardiovascular (ECV). Diversos estudios han demostrado que polimorfismos en el gen del ESR1 y la ancestría genética en poblaciones mestizas participan en procesos y alteraciones metabólicas, incluyendo ECV, resistencia a la insulina, DT2 y el metabolismo de lipoproteínas.

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) de México

Doctoral thesis

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS MÉDICAS BIOLOGÍA HUMANA

Las funciones proinflamatorias de KChIP3 en el hipocampo y su asociación con el deterioro cognitivo en la enfermedad de Alzheimer y en el envejecimiento

ELADIO CORTES FLORES (2022)

RESUMEN

El envejecimiento es el declive molecular, celular y fisiológico dependiente del tiempo que afecta en menor o mayor grado a los organismos, que en su mayoría se reproducen sexualmente; el cual, se correlaciona con la susceptibilidad a desarrollar enfermedades degenerativas como artritis y la enfermedad de Alzheimer, metabólicas como la diabetes tipo 2 y cáncer. Estas enfermedades asociadas a la edad comparten marcadores en común, que inician y se desarrollan durante el progreso del envejecimiento. En los últimos 20 años, las investigaciones tanto aplicadas como básicas se han enfocado en dilucidar los mecanismos moleculares, celulares y fisiológicos del envejecimiento y enfermedades crónico-degenerativas como la EA en modelos de experimentales y en humanos. Sin embargo, las enfermedades crónico-degenerativas asociadas a la edad en las últimas décadas han aumentado a nivel global, esto, debido a que la esperanza de vida del ser humano ha aumentado gracias a los avances científicos y médicos actuales. Estimaciones por el Programa de las Naciones Unidas para el Envejecimiento y los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU, proyectan que el número de personas mayores (65+ años) en el mundo aumentará de 420 millones en el año 2000 a casi mil millones hacia el 2030. Los cuales, este crecimiento en la población mayor se verá más marcado en los países desarrollados que en los países en crecimiento. En consecuencia, la probabilidad de padecer una enfermedad crónico-degenerativa derivada de una edad longeva es mayor. Por lo tanto, el envejecimiento se ha convertido en el factor de riesgo más alto para desarrollar enfermedades crónico-degenerativas.

La enfermedad de Alzheimer (EA) es una enfermedad multifactorial, siendo un grave problema social, sanitario y económico, que afecta a más de 20 millones de personas en el mundo. En los últimos años se ha asociado a la inflamación como una señal importante en la muerte neuronal, en la funcionabilidad del sistema nervioso e inmunológico y el declive sistémico derivado de la edad y en la EA. La inflamación es una respuesta molecular, celular y fisiológico para reparar un daño o destruir algún agente patógenomediada a través de las células de la microglía y astroglía en el sistema nervioso central.

En los últimos años se han encontrado proteínas que podrían ser reguladores importantes en el desarrollo del envejecimiento y en la enfermedad de Alzheimer, una de ellas es KChIP3. La proteína KChIP3 posee distintas funciones: interactúa con presenilinas; es un regulador transcripcional que reconoce elementos DRE presentes en la región promotora de sus genes blanco; e interactúa con canales de potasio dependientes de voltaje de tipo 1.

Datos no publicados de nuestro laboratorio demuestran que el silenciamiento de KChIP3 en ratones de 4 meses reduce marcadores inflamatorios como IKK, p-IKK, Pro-IL-1BETA e IL-1BETA y aumenta los niveles de la neurotrófina BDNF en hipocampo y corteza. Estos datos concuerdan con que el ratón KCHIP3-/- tenga una mejora en la memoria que los ratones silvestres (WT). KChIP3 compromete el aprendizaje y la memoria ya que ratones KCHIP3-/- de 6 meses tratados con LPS por 7 días mantienen su memoria a corto y largo plazo similares que el control silvestre con vehículo. El mecanismo por el cual estos ratones siguen manteniendo la cognición bajo LPS se lo atribuimos a altos niveles de CREB, BDNF, c. Fos y c-JUN. Interesantemente marcadores inflamatorios como pIKK,

Pro-IL.1ß e IL-1ß están a niveles muy reducidos (Manuscrito en preparación Licenciatura 2019: Eladio Cortes Flores). Consiguiente con esto, en el siguiente estudio determinamos si la proteína KChIP3 funge como una molécula proinflamatoria en la Enfermedad de Alzheimer comprometiendo la capacidad cognitiva. Para esto, deletamos genéticamente del gen de KChIP3 en un modelo murino de la enfermedad de Alzheimer (modelo de amiloidosis acelerada llamado 5XFAD), en el cual se reestablecen proteínas que intervienen en la funcionabilidad y transmisión sináptica y esto correlaciona con la reducción de marcas de la patología de la enfermedad como péptidos amiloides, placas seniles, marcadores inflamatorios y una recuperación en la capacidad cognitiva Finalmente, demostramos que los ratones carentes de KChIP3 a la edad de 18-20 meses de edad, mantienen la capacidad cognitiva intacta y se asemeja a la de un ratón WT de 2 meses de edad, e inesperadamente la ausencia de KChIP3 reduce el peso corporal y la sobrevivencia murina. Estos datos en conjunto indican la participación de KChIP3 en el deterioro cognitivo asociado a la neuroinflamación durante la EA y el envejecimiento; sin embargo, el mecanismo que subyace este efecto de KChiP3 aún se desconoce tanto en el cerebro como en la periferia.

Master thesis

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS MÉDICAS

Análisis químico y evaluación de la actividad citotóxica de extractos de la cianobacteria del género Dolichospermum en diversas líneas celulares de cáncer

BENJAMÍN ALEJANDRO ROBLES BAÑUELOS (2022)

Resumen

Desde hace varias décadas, los tumores malignos se han posicionado en los primeros sitios de incidencia y mortalidad a nivel mundial, lo que representa un gran desafío para las economías y los sistemas de salud. Dentro de estas neoplasias, el glioblastoma multiforme (GBM) representa el tumor cerebral primario más letal y agresivo, con una mediana de supervivencia menor a 15 meses. Este tumor presenta respuestas generalmente deficientes a todas las modalidades terapéuticas. En ese sentido, se ha propuesto una amplia gama de enfoques experimentales en los últimos años para abordar los desafíos asociados con su desarrollo y progresión. Desafortunadamente, estos enfoques han resultado en avances marginales, lo que ha impulsado a los científicos a la búsqueda de nuevos compuestos biológicamente activos que representen estrategias innovadoras para el desarrollo de agentes terapéuticos utilizados en el tratamiento de esta enfermedad. Las cianobacterias han sido identificadas como uno de los grupos de organismos más prometedores a partir de los cuales se pueden aislar nuevos productos naturales estructuralmente diversos y biológicamente activos. En este trabajo, evaluamos la actividad citotóxica de extractos de la cianobacteria Dolichospermum sp. en células tumorales y cultivos primarios cerebrales, y determinamos su perfil químico. Nuestros resultados muestran que los extractos de diclorometano (DCM) y metanol (MeOH) ejercieron moderada actividad citotóxica en las líneas celulares de glioma RG2 y C6, con valores CI50 que oscilan entre 106.70 y 154.82 μg/mL, mientras que se encontró una CI50 >200 μg/mL en cultivos primarios de neuronas. Además, las células RG2 y C6 expuestas a los extractos de DCM y MeOH exhibieron características morfológicas típicas de células apoptóticas y una disminución en el número de esferoides formados (RG2). Por su parte, el análisis químico reveló que el extracto de DCM está enriquecido con un compuesto que muy probablemente corresponde a la feofitina A. Estos hallazgos sugieren que algunos metabolitos secundarios presentes en estos extractos pueden representar una estrategia para el desarrollo de fármacos quimioterapéuticos utilizados para el tratamiento de GBM debido a su potencial como agentes anticancerígenos y bajos efectos neurotóxicos.

Abstract

For several decades, malignant tumors have positioned themselves in the first places of incidence and mortality worldwide, representing a great challenge for economies and health systems. Within these neoplasms, glioblastoma multiforme (GBM) represents the most lethal and aggressive primary brain tumor with a median survival of fewer than 15 months, presenting generally poor responses to all therapeutic modalities. In that sense, a wide range of experimental approaches have been proposed in recent years to address the challenges associated with its development and progression. Unfortunately, these approaches have resulted in marginal advances, prompting scientists to search for new biologically active compounds that represent innovative strategies for the development of therapeutic agents used in the treatment of this disease. Cyanobacteria have been identified as one of the most promising groups of organisms from which new structurally diverse and biologically active natural products can be isolated. Here, we evaluated the cytotoxic activity of extracts of the cyanobacterium Dolichospermum sp. in cancer cells and primary brain cultures. Also, we determined the chemical profile of these extracts. Our results show that dichloromethane (DCM) and methanol (MeOH) extracts exerted moderate cytotoxic activity on RG2 and C6 glioma cell lines with IC50 values ranging 106.70 to 154.82 μg/mL, whereas an IC50 >200 μg/mL was found for primary cultures of neurons. Furthermore, RG2 and C6 cells exposed to DCM and MeOH extracts exhibited morphological characteristics typical from apoptotic cells and a decrease in the number of spheroids formed under culture conditions (RG2). On the other hand, chemical analysis revealed that the DCM extract is enriched with a compound that most likely corresponds to pheophytin A. These findings suggest that some secondary metabolites present in these extracts may represent a strategy for the development of new chemotherapeutic drugs useful for the treatment of GBM tumors due to their potential activity as anticancer agents and low neurotoxic effects.

Master thesis

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS MÉDICAS

Cáncer de mama: Un problema de salud pública en México

Eduardo Castañeda Saucedo Napoleon Navarro Tito (2012)

Hablar de cáncer no es fácil, en primer lugar, porque para mucha gente, el simple hecho de escuchar esta palabra provoca una sensación de miedo, angustia o incomodidad, porque lo asocian con imágenes impactantes de personas sin cabello, ojerosas, con rostro demacrado, e inevitablemente con la muerte. En segundo lugar, no es fácil hablar de cáncer porque el término se refiere, más que a una sola enfermedad, a un grupo de enfermedades que se caracterizan por una transformación de células normales de nuestro organismo, en células que se comportan de manera anormal, que formal acúmulos de células denominados tumores, y que luego, si no son detectadas y erradicadas a tiempo, pueden viajar a través del torrente sanguíneo para instalarse en otros órganos del cuerpo, formando ahí nuevos tumores, conduciendo finalmente a la muerte del paciente.

Article

Cáncer de mama Problema de salud MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS MÉDICAS SALUD PÚBLICA

Diseño y síntesis de tiazolidindionas liberadoras de óxido nítrico como agentes multifuncionales para la diabetes y sus complicaciones vasculares

LEILANI ABRIL PASTOR SALGADO (2022)

Resumen

La diabetes tipo 2 (DT2) es una enfermedad crónica degenerativa donde el cuerpo es incapaz de regular los niveles de glucosa y se debe una resistencia a la insulina o a una deficiencia relativa de insulina llevando a los pacientes a una condición llamada hiperglucemia. La mortalidad de la DT2 se debe a las complicaciones microvasculares y macrovasculares; aproximadamente del 70% al 80% de los pacientes fallecen a consecuencia de estas complicaciones, que se deben a una alteración en las respuestas vasculares debido a las condiciones de hiperglucemia crónica en la DT2. Para este proyecto se realizó el diseño y la síntesis de la serie de compuestos LAPS 1-8 de tipo tiazolidindionas con grupos nitrooxialquilicos mediante una ruta de síntesis de 3 pasos, posteriormente fueron purificados y caracterizados por técnicas espectroscópicas y espectrométricas.

A la serie LAPS 1-8 se le realizó un análisis de consenso farmacológico para el cual se utilizaron diversas herramientas quimioinformáticas, identificando así a los compuestos LAPS-2, LAPS-5 y LAPS-6 como hits computacionales y estos fueron ensayados ex vivo para evaluar el efecto vasorrelajante.

Los tres compuestos evaluados en ensayos ex vivo de efecto vasorrelajante donde los compuestos tienen un efecto relajante en presencia y ausencia de endotelio vascular, siendo el compuesto LAPS-6 más eficaz y más potente. Debido a que el compuesto LAPS-6 fue el más activo en los ensayos ex vivo de aorta de rata se hizo un ensayo para evaluar su efecto antihipertensivo en un modelo de ratas espontáneamente hipertensas (SHR), donde el compuesto LAPS-6 tuvo un efecto de disminución de la presión sistólica del 10% y diastólica del 20%. Los compuestos LAPS-2 y LAPS-6 fueron evaluados mediante un ensayo agudo en un modelo murino no insulino dependiente, donde ambos tuvieron actividad antihiperglicemiante al lograr una reducción de glucosa del 10% al 40%. Estos compuestos bioactivos mostraron un efecto multitarget con potencial para su uso en diabetes y complicaciones vasculares

Abstract

Type 2 diabetes (T2D) is a chronic degenerative disease in which the body is unable to regulate glucose levels, due to insulin resistance or a relative insulin deficiency due to an insulin secretion defect, leading patients to a condition called hyperglycemia. Mortality in T2D is due to microvascular and macrovascular complications, approximately 70% to 80% of patients die as a result of these complications, which are due to altered vascular responses due to chronic hyperglycemia conditions in T2D. In this project, the design and synthesis of the LAPS 1-8 series of thiazolidinedione-type compounds with nitrooxyalkyl groups was carried out by a three-step synthetic pathway, subsequently purified and characterized by spectroscopic and spectrometric techniques.

A pharmacological consensus analysis was performed on the LAPS 1-8 series using several chemoinformatics tools, identifying compounds LAPS-2, LAPS-5 and LAPS-6 as computational hits, and these were tested ex vivo to evaluate the vasorelaxant effect.

The three compounds evaluated in ex vivo vasorelaxant effect assays where those having a relaxant effect in the presence and absence of vascular endothelium, being compound LAPS-6 the most effective and potent. Due to compound LAPS-6 was the most active in ex vivo rat aorta assays, a trial was conducted to evaluate its antihypertensive effect in a spontaneously hypertensive rat model (SHR), where compound LAPS-6 had a 10% systolic and 20% diastolic pressure lowering effect. The compounds LAPS-2 and LAPS-6 were evaluated in an acute assay in a non-insulin-dependent murine model, where both showed antihyperglycemic activity by achieving from 10% to 40% glucose reduction. These bioactive compounds are considered to have a multitarget effect with potential use in diabetes and vascular complications.

Master thesis

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS MÉDICAS

Determinación de los efectos antidiabético, antihipertensivo y toxicológico de Eryngium heterophyllum

KENIA XITLALY SALAZAR LEZAMA (2022)

RESUMEN

Desde la antigüedad se ha mencionado el uso de las plantas medicinales para el

tratamiento de distintas enfermedades, es por ello que la obtención de metabolitos

secundarios bioactivos a partir de extractos herbolarios ha dado paso al

descubrimiento de novedosas entidades químicas con potencial uso en la

terapéutica de diferentes enfermedades. En este contexto, el presente trabajo

tiene como objetivo determinar el potencial efecto antidiabético y antihipertensivo,

así como determinar la seguridad en su uso (toxicología) de los extractos

orgánicos obtenidos de Eryngium heterophyllum, planta muy conocida

empíricamente y usada en medicina tradicional debido a que se le atribuyen

diversos usos, entre los que destacan, propiedades terapéuticas en el tratamiento

de la diabetes, hipertensión arterial (HTA), artritis, disminución de colesterol y

triglicéridos en sangre, venas y arterias, cálculos biliares y renales, la

arterosclerosis y otras enfermedades crónico-degenerativas (Estrada., 2012).

Inicialmente se realizó la obtención de los extractos orgánicos (Hexánico,

Diclorometánico y Metanólico) de Eryngium heterophyllum a partir de los cuales se

realizaron todos los ensayos posteriores. Se evaluó ex vivo cada uno de los

extractos, con el objetivo de determinar su efecto vasorrelajante en anillos de aorta

de rata, resultando el extracto hexánico el más activo de los evaluados (~ 86.21 %

de relajación, CE50 μg/mL337.05 ± 6.00 μg/mL). Debido a los resultados obtenidos

del primer ensayo, se procedió a determinar el efecto vasorrelajante del extracto

hexánico (EHeEh) en anillos de aorta aislada de rata en presencia (86.21 ±6.68 %

CE50 337.05 ± 6.00 μg/mL) y ausencia de endotelio (69.78 ± 3.88 % CE50 329.11 ±

2.35 μg/mL) pre-contraídos con noradrenalina (NA) [0.1 μM], en dicho ensayo

pudimos determinar que el efecto del EHeEh es independiente de la presencia de

endotelio.

Con base en los resultados obtenidos del extracto referido y para finalizar la parte

ex vivo, se seleccionó el EHeEh para determinar su mecanismo de acción, los

resultados obtenidos mostraron que el EHeEh induce una relajación en anillos de

aorta aislada de rata a través de una posible vía de señalización independiente de endotelio por medio del bloqueo de los canales de Ca2+. Así mismo, se evaluó in

vivo el extracto hexánico debido al efecto determinado previamente en los

ensayos in vitro, por lo que se llevó a cabo un ensayo antihipertensivo agudo en

ratas macho de la cepa SHR espontáneamente hipertensas, las cuales fueron

administradas por vía intragastrica (i.g) y se monitorearon los registros de

diferentes horas post-administración de la presión arterial sistólica (PSIS),

diastólica (PDIA) y frecuencia cardiaca (FC), resultados que mostraron una

disminución significativa (p<0.001) de la PDIA obteniendo un efecto sostenido

hasta la séptima hora.

Por otro lado, se determinó el potencial efecto antihiperglicémico de los extractos

orgánicos de Eryngium heterophyllum mediante curvas de tolerancia a la glucosa

(CTG) en ratas Wistar normoglucémicas a una dosis de 100 mg/kg con la finalidad

de evaluar el comportamiento metabólico y la absorción de la glucosa. Los

resultados obtenidos mostraron que los extractos orgánicos de Eryngium

heterophyllum disminuían el pico hiperglucémico, siendo el EHeEh el extracto con

un mayor efecto estadísticamente significativo respecto al control a los tiempos

0,5, 1 y 3 h. post administración vía oral. De esta manera se seleccionó al EHeEh

para el ensayo antidiabético agudo y subagudo en un modelo DENID generado

por la administración de Nicotidamda (ND) y estreptozotocina (STZ). Los

resultados obtenidos el ensayo antidiabético agudo mostraron que el EHeEh fue

capaz de mantener los niveles plasmáticos de glucosa a la baja comparados con

el grupo control del vehículo (tween 80 al 10%) y el grupo control positivo

administrado con glibenclamida (10 mg/kg). Dicho efecto se mantuvo así durante

todo el estudio, mostrando una clara disminución respecto al tiempo de manera

significativa.

Adicionalmente, en el ensayo de toxicidad aguda del EHeEh no hubo muertes

registradas ni cambios conductuales aparentes en las concentraciones evaluadas

(5, 50, 300 y 2000 mg/kg/) de acuerdo a lo establecido por la OCDE.

Finalmente, se evaluó la toxicidad a largo plazo mediante un ensayo subcrónico

(28 días), el cual no mostró toxicidad aparente a una dosis de 100 mg/kg en ratones de la cepa CD1. No se determinó diferencia significativa en la

cuantificación de transaminasas evaluadas (Aspartato Amino Trasnferasa y

Alanino Aminotrasnferasa), y de igual forma se comprobó la seguridad del extracto

al evaluarlo histopatológicamente en diferentes tejidos involucrados en el

metabolismo de las sustancias y que son vitales para el organismo (corazón,

hígado, riñón y pulmón).

En conclusión, el extracto hexánico de Eryngium heterophyllum (EHeEh) fue el

extracto más eficaz y potente al inducir una relajación significativa dependiente de

la concentración e independiente de endotelio en los ensayos ex vivo, así como

un posible mecanismo mediado por un bloqueo de canales de calcio, al cual se le

atribuye el efecto en la disminución es la presión arterial diastólica del ensayo

antihipertensivo agudo en ratas de la cepa SHR administradas a una sola dosis

(312 mg/Kg) con el EHeEh.

Mientras que en la parte antidiabética, el EHeEh mostró efectos

antihiperglcémicos y antidiabéticos significativos en los modelos animales

empleados, sugiriendo la participación de un posible mecanismo insulinosensibilizador.

Por otra parte, el EHeEh no mostró toxicidad aparente con base a

los estudios toxicológicos realizados.

ABSTRACT

Since ancient times, it was mentioned the use of medicinal plants for the treatment

of different diseases, being one of most important source for the discovery of new

bioactive secondary metabolites as novel chemical entities with potential uses in

the treatment of different diseases. In this context, the objective of this study is to

determine the antidiabetic and antihypertensive effects, as well as to determine the

safety in its use (toxicology) of the organic extracts obtained from Eryngium

heterophyllum, a plant well known used empirically in traditional medicine for the

treatment of Diabetes, Arterial hypertension, arthritis, decreased cholesterol and

triglycerides in blood, veins and arteries, gallstones and kidney stones,

atherosclerosis and other chronic degenerative diseases (Estrada., 2012).

The organic extracts (Hexanic, Dichloromethanic and Metanolic) of Eryngium

heterophyllum were obtained initially, from which all subsequent trials were carried

out. Each of the extracts was evaluated ex vivo, with the aim of determining its

vasorelaxant effect on rat aorta rings, being the hexanic extract the most active of

those evaluated (Emax= 86.21 % relaxation, EC50 μg/mL337.05 ± 6.00 μg/mL).

Due to the results obtained from the first study, the vasorelaxant effect of the

hexanic extract (EHeEh) was determined on isolated aorta rat rings in the

presence (Emax= 86.21 ±6.68 % EC50 337.05 ± 6.00 μg/mL) and absence of

endothelium (Emax= 69.78 ± 3.88 % EC50 329.11 ± 2.35 μg/mL) pre-contracted

with noradrenaline (NA) [0.1 μM], in this experiment we determined that the effect

of EHeEh was endothelium independent. Based on relaxant effect obtained from

the extract assayed, the EHeEh was selected to determine its mechanism of

action. Results indicate that EHeEh induces its relaxation through a possible

signaling pathway independent of vascular endothelium by Ca2+ channels

blockade. In vivo antihypertensive effect of the hexanic extract was determined due

to the effect previously showed, and therefore an acute antihypertensive assay

was performed in male SHR strain. These were administered intravagastric (i.g)

and records of different post-administration hours of systolic (PSIS), diastolic

(PDIA) and heart rate (HR) were monitored, showing a significant diastolic

pressure decrease.

On the other hand, the potential antihyperglycemic effect of organic extracts of

Eryngium heterophyllum was assayed by glucose tolerance curves (GTC) in

normoglycemic Wistar rats at a dose of 100 mg/kg in order to evaluate the

metabolic behavior and glucose absorption. Results showed that the organic

extracts of Eryngium heterophyllum decreased the hyperglycemic peak, being

EHeEh the extract with a greater statistical effect regarding control at time 0,5, 1

and 3 post-oral administration. Thus, EHeEh was selected for the acute and

subacute antidiabetic studies in a non-insulin diabetic mice model (NIDMM)

generated by the administration of Nicotinamide (ND) and streptozotocin (STZ).

The acute antidiabetic trials showed that EHeEh was able to maintain plasma

glucose levels down compared with the control (tween 80 at 10%) and positive

control (glibenclamide, 10 mg/kg). The antidiabetic effect remains through the

entire experiment.

In addition, there were no recorded deaths or apparent behavioral changes in the

concentrations evaluated (5, 50, 300 and 2000 mg/kg/) as established by the

OECD in the acute toxicity test for EHeEh.

Finally, long-term toxicity was evaluated by a subchronic assay (28 days), which

showed no apparent toxicity at a dose of 100 mg/kg in mice of the CD1 strain. No

significant difference was determined in the quantification of evaluated

transaminases ( aspartate amino transnferase and alanine aminotrasnferase), and

the safety of the extract was also verified by histopathologically evaluating different

tissues involved in the metabolism of substances (heart, liver, kidney and lung).

In conclusion, the hexane extract of Eryngium heterophyllum (EHeEh) was the

most effective and potent extract in inducing significant concentration-dependent

and endothelium-independent relaxation in in in vitro assays, as well as a possible

mechanism mediated by a calcium channel block to which the effect on the

decrease is attributed is the diastolic blood pressure of the acute antihypertensive

trial in rats of the SHR strain administered at a single dose (312 mg/kg) with

EHeEh.

Whereas in the antidiabetic part, EHeEh showed significant antihyperglycemic and

antidiabetic effects in the animal models used, suggesting the participation of a

possible insulin-sensitizing mechanism. Furthermore, EHeEh showed no apparent

toxicity based on toxicological studies.

Master thesis

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS MÉDICAS

Caracterización química, toxicológica y farmacodinámica de la especie Achillea millefolium como potencial agente antihipertensivo

LUIS ARIAS DURAN (2022)

RESUMEN

Las plantas medicinales son una de las principales alternativas medicamentosas a la que recurre la población para el tratamiento de diversas enfermedades, además de que ofrecen una gran variedad de compuestos químicos en cada una de las partes que la constituyen. Por ello, han sido fuente importante de moléculas que han permitido el desarrollo de la medicina moderna. Es necesario continuar con el estudio de estas moléculas para favorecer el desarrollo de novedosos fármacos con potencial terapéutico. En este contexto, Achillea millefolium es una planta medicinal que se utiliza en México para tratar diversas enfermedades, dentro de las que destacan la hipertensión arterial. Por tal motivo, en el presente trabajo se profundizó en la evaluación de esta especie como agente antihipertensivo en modelos murinos in vivo y ex vivo, y un enfoque in silico para caracterizar los compuestos bioactivos responsables de sus acciones. Se determinó el efecto vasorrelajante de los extractos hexánico, diclorometánico, metanólico e hidroalcohólico de flor, hoja, tallo y raíz derivados de A. millefolium en un modelo ex vivo de anillos de aorta de rata con y sin endotelio, precontraídos con noradrenalina 0.1 µM y el efecto antihipertensivo en ratas espontáneamente hipertensas (SHR). El extracto que mostró las mejores actividades vasorrelajante y antihipertensiva fue el hexánico de flor, cuyo efecto fue dependiente de la concentración y de la dosis, además de ser parcialmente dependiente de la presencia de endotelio. Al ser el extracto más activo se seleccionó para aislar, purificar e identificar los compuestos responsables de la actividad farmacológica. Se aislaron Leucodina y Achillina, lactonas sesquiterpénicas, que mostraron un efecto vasorrelajante significativo con respecto al control (con un Emax= 74.59 % y una CE50= 153.56 μM en presencia de endotelio, y en su ausencia de endotelio un Emax= 49.89 % y una CE50= 345.40 μM y un Emax= 77.72% y CE50= 293.02 μM en presencia de endotelio y en su ausencia generó un Emax= 31.82 % y una CE50= 260.76 μM, respectivamente).Adicionalmente, la evaluación del efecto relajante en presencia de L-NAME (inhibidor de eNOS) y ODQ (inhibidor de guanilato ciclasa soluble), indicó que la vía NO/GMPc está involucrada en el proceso de relajación del músculo liso de aorta. Por otro lado, la evaluación del efecto de los compuestos sobre las contracciones inducidas por KCl (80 mM) y CaCl2 indicó un posible bloqueo de canales de calcio en su efecto relajante, y el enfoque in silico mostró 9 interacciones únicas respecto al óxido nítrico sintasa endotelial, lo que podría explicar la diferencia de potencia de los compuestos.

De esta manera, se da sustento al efecto antihipertensivo observado por Leucodina y Achillina a la dosis de 50 mg/Kg. Posteriormente se determinó que los compuestos no mostraron citotoxicidad significativa y además se observó disminución en la expresión a nivel de proteína de las moléculas de adhesión vascular VCAM e ICAM en células HUVEC endoteliales, de cordón umbilical humano. Finalmente, el extracto hexánico de flor, no mostró toxicidad aparente y celular en los estudios toxicológicos agudos y sub-agudos in vivo.

ABSTRACT

Medicinal plants are one of the main medicinal alternatives to which the population resorts to for the treatment of various diseases, in addition to offering a great structural diversity in each of their constituent parts. Nevertheless, the study of these molecules will allow the development of novel drugs with therapeutic potential. In this context, Achillea millefolium is a medicinal plant that is used in Mexico to treat various diseases, among which arterial hypertension stands out. For this reason, the present work delved into the efficacy of yarrow as an antihypertensive agent in in vivo and ex vivo murine models, and in silico approach to characterize the bioactive compounds responsible for its actions. The vasorelaxant effect of the hexane, dichloromethane, methanolic and hydroalcoholic extracts of flower, leaf, stem and root derived from A. millefolium was determined in an ex vivo model of rat aorta rings, with and without endothelium pre-contracted with 0.1 μM norepinephrine, and its antihypertensive effect in spontaneously hypertensive rats (SHR). The extract that showed the highest vasorelaxant and antihypertensive activity was the flower hexane, whose effect was dependent on concentration and dose, in addition to being partially dependent of endothelium. Being the most active extract, it was selected to isolate, purify and identify the compounds responsible for the pharmacological activity. It was possible to isolate the compound Leucodine and Achillin that showed a vasorelaxant effect of Emax 74.59% and EC50 153.56 μM in the presence of endothelium, in its absence Emax 49.89% and EC50 345.40 μM, and Emax 77.72% and EC50 293.02 μM, in the presence of endothelium and in its absence generated an Emax 31.82% and EC50 260.76 μM, respectively. Additionally, the evaluation of the relaxing effect in presence of L-NAME (eNOS inhibitor) and ODQ (soluble guanylate cyclase inhibitor), indicated that the NO / cGMP pathway is involved in the relaxation process of aortic smooth muscle. On the other hand, the evaluation of the effect of the compounds on the contractions induced by KCl (80 mM) and CaCl2, indicated a possible blockade of calcium channels in its relaxing effect, the in silico approach showed 9 unique interactions with respect to endothelial nitric oxide synthase, which could explain the difference in potency of the compounds. In this way, it supports the anti-hypertensive effect observed by with Leucodine and Achillin at a dose of 50 mg / Kg. Subsequently, it was determined that the compounds did not show a significant cytotoxicity. In addition, a decrease in the expression at the protein level of the vascular adhesion molecules VCAM and ICAM was observed in endothelial HUVEC cells obtained from the umbilical cord. Finally, the hexane extract of the flower did not show signs of apparent and cellular toxicity in acute and sub-acute toxicological studies in an in vivo model. Leucodine and Achillin could be proposed as prototypes for obtaining antihypertensive drugs.

Doctoral thesis

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS MÉDICAS

Metodología para el diagnostico del saber ambiental en el contexto comunitario

Jose Luis Rosas Acevedo Carmelo Castellanos Meza Justiniano González González Víctor Manuel German Sevilla Torres Maximino Reyes Umana (2016)

El Ecosistema Parque Nacional el Veladero, en Acapulco,Guerrero,, México sufre dia a día el deterioro por accion antropogenica y de autoridaes poco sencibles que no asumen su papel de preservarlo. Motivo de la siguiente investigación, considerando la coexistencia responsble entre pobladores y el Ecosistema Parque Nacional el Veladero

Article

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS MÉDICAS BIOQUÍMICA

Impacto en propiedades de relevancia farmacéutica del nanoconfinamiento de praziquantel en sílice mesoporosa a partir de cocristales farmacéuticos

REYNALDO SALAS ZUÑIGA (2022)

RESUMEN

El nanoconfinamiento es una estrategia reciente para mejorar la solubilidad y disolución de ingredientes farmacéuticos activos (IFAs) con propiedades biofarmacéuticas desfavorables. En este trabajo, combinamos la ventaja de los cocristales de praziquantel racémico (PZQ) que contienen un coformador soluble en agua (mayor solubilidad y supersaturación) y su confinamiento en un material de sílice mesoporosa (mayor velocidad de disolución). Por un lado, el PZQ prístino se cargó con éxito mediante el método de fusión dentro de los nanoporos de SBA-15 (tamaño de poro experimental de 5.6 nm). Considerando los resultados de la caracterización física y espectroscópica con el uso de técnicas complementarias como adsorción de N2, difracción de rayos-X de polvos (DRXP), espectroscopía infrarroja (IR), resonancia magnética nuclear en estado sólido (ss-RMN), calorimetría diferencial de barrido (DSC) y análisis termogravimétrico (TGA) se encontró que el RS-PZQ se confinó en estado amorfo en el compósito SBA-15/PZQ.

Por otro lado, se obtuvieron y caracterizaron fases cocristalinas de praziquantel en combinación con ácidos dicarboxílicos alifáticos, derivados del ácido benzoico mono, -dihidroxilados y compuestos nutraceúticos como formadores de cocristal. Se encontró que las propiedades de solubilidad y disolución de los cocristales de PZQ está relacionada con la solubilidad en agua de los coformadores, obteniéndose cocristales de mayor, igual o menor solubilidad que el PZQ puro. De acuerdo con el volumen de la celda unitaria de los cocristales, en todos los casos es posible lograr su nanoconfinamiento dentro de los mesoporos de SBA-15. Considerando varias fases cocristalinas de PZQ con coformadores tipo ácido dicarboxílico, se seleccionó el cocristal con ácido glutárico (PZQ-GLU) y se encapsuló por el método de fusión en los nanoporos de SBA-15 según el resultado del análisis con las técnicas de caracterización en estado sólido mencionadas anteriormente, incluyendo microscopía electrónica de barrido por emisión de campo (FE-SEM). La fase PZQ-GLU confinada en SBA-15 presenta más movilidad según los estudios de ss-RMN, pero aún conserva sus características de tipo cocristal en los espectros IR, y además muestra una disminución de la temperatura de fusión en el DSC. El comportamiento de los compósitos se atribuyó a la red cristalina más grande de PZQ en comparación con el cocristal PZQ-GLU (3320.1 vs 1167,9 Å3) y a las interacciones intermoleculares más fuertes entre el PZQ y GLU, lo que facilita el confinamiento de una fase sólida más móvil en los canales restringidos.

Los estudios de disolución de polvos en condiciones no-sink extremas (SI, del inglés supersaturation index = 0.014) de las fases nanocristalina y amorfa de PZQ embebidas en sílice mesoporosa mostraron un comportamiento de supersaturación transitoria al disolverse en fluido gástrico simulado (HCl pH 1.2 a 37 ± 0.5 °C) de manera similar al cocristal PZQ-GLU. Una comparación del área bajo la curva (ABC0-90 min) de los perfiles de disolución proporcionó una ventaja de disolución de dos veces más (p <0.05) a partir de las nuevas fases sólidas en comparación con el PZQ racémico prístino hasta los 90 min; en estas condiciones, el IFA solubilizado reprecipitó como el hemihidrato de PZQ (PZQ-HH) descubierto recientemente. En presencia de un polímero de tipo celulósico, se observó una solubilización sostenida del PZQ a partir de los compósitos SBA-15/PZQ o SBA-15/PZQ-GLU aumentando el ABC0-90 min hasta 5.1 veces en comparación con el PZQ puro. La combinación de una fase sólida confinada en sílice mesoporosa y el polímero metilcelulosa en el medio de disolución mantuvo eficazmente el fármaco solubilizado durante un periodo de tiempo significativo para promover la absorción. Finalmente, los estudios de disolución de polvos en condiciones no-sink intermedias (SI = 1.99) mostraron un perfil de liberación rápida a partir de los nanococristales en el compósito SBA-15/PZQ-GLU alcanzando una saturación rápida (95% de fármaco disuelto a los 30 min); el compósito del PZQ amorfo y el cocristal PZQ-GLU también mostraron una liberación inmediata del IFA pero a una velocidad menor (69% de fármaco disuelto a los 30 min). En todos estos casos, se observó una gran ventaja de disolución a partir de las nuevas fases sólidas en comparación con el PZQ.

ABSTRACT

Nanoconfinement is a recent strategy to enhance solubility and dissolution of active pharmaceutical ingredients (APIs) with poor biopharmaceutical properties. In this work, we combine the advantage of cocrystals of racemic praziquantel (PZQ) containing a water-soluble coformer (i.e., increased solubility and supersaturation) and its confinement in a mesoporous silica material (i.e., increased dissolution rate). On the one hand, pristine PZQ was successfully loaded by the melting method into nanopores of SBA-15 (experimental pore size 5.6 nm). Considering the results of the physical and spectroscopic characterization using complementary techniques such as N2 adsorption, powder X-ray diffraction (PXRD), infrared spectroscopy (IR), solid-state NMR (ss-NMR), differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) it was found that RS-PZQ was confined in an amorphous state within SBA-15/PZQ composite.

On the other hand, cocrystalline phases of praziquantel in combination with aliphatic dicarboxylic acids, mono-, -dihydroxylated benzoic acid derivatives and nutraceutical compounds as cocrystal formers were obtained and characterized. It was found that solubility and dissolution properties of PZQ cocrystals is related with water solubility of the coformers, obtaining high, similar, or less soluble cocrystals compared with pure PZQ. According to unit cell volume of the cocrystals, in all cases it is possible to achieve their nanoconfinement inside of mesopores of SBA-15. Among various potential cocrystalline phases of PZQ with dicarboxylic acid coformers, the cocrystal with glutaric acid (PZQ-GLU) was selected and successfully encapsulated by the fusion method into pores of SBA-15 according to results of the analysis with solid-state characterization techniques mentioned above, including field emission-scanning electron microscopy (FE-SEM). The PZQ-GLU phase confined in SBA-15 presents more mobility according to ss-NMR studies but still retains its cocrystal-like features in the IR spectra, and it also shows depression of the melting transition temperature in DSC. This dissimilar behavior of the composites was attributed to the larger crystal lattice of PZQ over the PZQ-GLU cocrystal (3320.1 vs 1167.9 Å3) and to stronger intermolecular interactions between PZQ and GLU, facilitating the confinement of a more mobile solid-like phase in the constrained channels.

Powder dissolution studies under extremely non-sink conditions (SI = 0.014) of the confined PZQ-GLU and amorphous PZQ phases embedded in mesoporous silica showed transient supersaturation behavior when dissolving in simulated gastric fluid (HCl pH 1.2 at 37 ± 0.5 °C) in a similar fashion to the bare cocrystal PZQ-GLU. A comparison of the area under the curve (AUC0–90 min) of the dissolution profiles afforded a dissolution advantage of 2-fold (p < 0.05) of the new solid phases over pristine racemic PZQ after 90 min; under these conditions, the solubilized API reprecipitated as the recently discovered PZQ hemihydrate (PZQ-HH). In the presence of a cellulosic polymer, sustained solubilization of PZQ from composites SBA-15/PZQ or SBA-15/PZQ-GLU was observed, increasing AUC0-90 min up to 5.1-fold in comparison to pristine PZQ. The combination of a confined solid phase in mesoporous silica and a methylcellulose polymer in the dissolution medium effectively maintained the drug solubilized during times significant to promote absorption. Finally, powder dissolution studies under intermediate non-sink conditions (SI = 1.99) showed a fast release profile from the nanoconfined PZQ-GLU phase in SBA-15, which reached rapid saturation (95% drug dissolved at 30 min); the amorphous PZQ composite and bare PZQ-GLU also displayed an immediate release of the API but at a lower rate (69% drug dissolved at 30 min). In all these cases, a large dissolution advantage was observed from any of the novel solid phases over PZQ.

Doctoral thesis

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS MÉDICAS