Zastosowanie porowatych mikrosfer uwalniających kurkuminę, w leczeniu tendinopatii ścięgna Achillesa

Sung Eun Kim et Al.

 

Tytuł Artykułu

Działanie kurkuminy zaaplikowanej za pośrednictwem porowatych mikrosfer, w tendinopatii ścięgna Achillesa : właściwości przeciwzapalne i gojenie ścięgna.

Wstęp

Tendinopatia ścięgna Achillesa jest jedną z najczęstszych patologii w obrębie stopy i jest głownie spowodowana przeciążeniem lub urazem. Objawy to: ból, obrzęk i zmiany strukturalne w obrębie ścięgna. Naderwanie ścięgna może również powodować lokalną reakcję zapalną. Sugeruje się różne podejścia w leczeniu tendinopatii ścięgna Achillesa:

 

  • Metody nieinwazyjne, takie jak modyfikacja aktywności, wkładki, podniesienie pięty, masaże, kompresy ciepło/zimno, trening wzmacniający mięśnie, ultradźwięki
  • Niesteroidowe leki przeciwzapalne: zwiększone ryzyko długotrwałego krwawienia z przewodu pokarmowego, owrzodzenia i perforacji
  • Zastrzyki z kortykosteroidów: krótkotrwałe działanie na ból i obrzęk, ale niejednoznaczne wyniki leczenia w dłuższej perspektywie
  • PRP oraz inhibitory proteazy również nie wykazały jednoznacznej skuteczności w przypadku leczenia patologii ścięgna Achillesa

 

Kurkumina jest składnikiem kurkumy, która jest niedroga i bezpieczna dla ludzi. Ma działanie antyoksydacyjne, przeciwzapalne, przeciwbakteryjne i przeciwnowotworowe. Ostatnio wykazano, iż kurkumina podawana doustnie, przyczynia się do znacznej poprawy  gojenia i funkcji uszkodzonych ścięgien w przebiegu uszkodzenia ścięgien u szczura. Głównym ograniczeniem jej zastosowania jest niska rozpuszczalność w wodzie, co powoduje niską przyswajalność. Podjęto zatem próbę znalezienia innego sposobu podawania kurkuminy celem zwiększenia jej przyswajalności.

Cel

Podjęto zatem próbę znalezienia systemu dostarczania leków i czynników wzrostu. Dla potrzeb tego badania wyhodowano porowate mikrosfery PLGA (poli (d, l-laktyd-co-glikolid) wysycone kurkuminą. Celem tego badania jest obserwacja wpływu podawania tego typu mikrosfer na odpowiedzi zapalne po aplikacji LPS (kolagenaza) tenocytach, in vitro, a także ocena, czy porowate mikrosfery obciążone kurkuminą poprawiają gojenie ścięgien i odbudowę tkanki ścięgnistej w modelu tendinopatii indukowanej kolagenazą u szczurów, in vivo.

Metody

Mikrosfery wytworzono i sprawdzono, aby wszystkie stosowane w badaniu były zgodne dla każdej z grup, niektóre zawierały kurkuminę PMSCur inne nie zawierające PMSCur. Tenocyty wyizolowano ze ścięgien Achillesa szczura. Aby ocenić, czy PMS / Cur wykazuje działanie przeciwzapalnie w tenocytach traktowanych LPS, autorzy mierzyli ekspresję prozapalnych cytokin w tenocytach, wszystkie były traktowane LPS. Tenocyty te podzielono na 3 grupy: nie wystawione na działanie PMS, wystawione na działanie PMS bez kurkuminy i wystawione na działanie PMS zawierające kurkuminę (PMS/Cur), a następnie pozostawiono na 24 godziny. W dniach 1 i 3 komórki odzyskano w celu izolacji RNA przez amplifikację PCR.

W tym badaniu badano również wpływ kurkuminy in vivo. Wstrzyknięcie nastąpiło u żywych szczurów. Wyizolowano RNA ścięgien Achillesa dla szczurów w każdej grupie.

Wyniki

Charakterystyka PMS, PMS / Cur i uwalnianie leku in vitro:

Poziom uwalniania cząsteczek zawartych w mikrosferach jest podobny dla obu grup. Już podczas pierwszego dnia, PMS / Cur wykazują szybkie uwalnianie. Dodatkowo, zaobserwowano niepełne uwalnianie kurkuminy po 4 tygodniach, co wskazuje na to, że te mikrosfery mogą być stosowane jako długotrwałe systemy uwalniania.

Wpływ in vitro PMS / Cur na tenocyty po aplikacji LPS.

Tenocyty to zróżnicowane fibroblasty znajdujące się w ścięgnie i macierzy pozakomórkowej. Komórki te indukują syntezę włókien kolagenowych, które stanowią podstawową strukturę ścięgna. W celu symulacji środowiska zapalnego in vitro, tenocyty zostały potraktowane dawką LPS, czynnika stymulującego TNF-alfa w komórkach. Poliozy te po zaaplikowaniu PMS / Cur wykazywały znaczący spadek ekspresji prozapalnej cytokiny w porównaniu do tenocytów solo i tenocytów po aplikacji PMS.

 

Odbudowa ścięgna in vivo, kolagenaza, działanie przeciw zapalne PMS/Cur w tendinopatii ścięgna Achillesa i testy biomechaniczne.

Wyniki badania histologicznego wykazały, że normalna/prawidłowa struktura ścięgna wykazuje jednolity przebieg włókien kolagenowych ułożonych w zwarty sposób. W tym przypadku tenocyty są ułożone równo z włóknami kolagenowymi i nie wykazują objawów degeneracji.

Z drugiej strony, ścięgna leczone kolagenazą wykazują znaczną utratę organizacji włókien kolagenowych ze znaczącym wzrostem ilości komórek zapalnych. Ten drugi typ organizacji został zaobserwowany w ścięgnach, w których aplikowano PMS, wskazując, że te mikrosfery bez kurkuminy nie zapobiegają zapaleniu lub degeneracji włókien.

W grupie traktowanej PMS / Cur orientacja włókien kolagenowych wydaje się być bardziej uporządkowana. Ponadto, ta grupa wykazała znaczący spadek liczby komórek zapalnych.

Podsumowanie

Mikrosfery zawierające kurkuminę wykazały przedłużone i równomierne uwalnianie w czasie. Te PMS / Cur rzeczywiście wykazały supresję ekspresji mRNA odpowiadającej prozapalnym cytokinom w sposób zależny od dawki. Podobnie do wyników in vitro, wyniki in vivo pokazują, że PMS / Cur znacząco zmniejsza ekspresję mRNA odpowiadającą ekspresji zapalnych cytokin w ścięgnach leczonych kolagenem i poprawia wytrzymałość ścięgna

Artykuł zródłowy

In vitro and in vivo anti inflammatory and tendon-healing effect in Achilles tendinopathy of long-term curcumin delivery using porous microspheres, Sung Eun Kim et Al. 2017-12-02

Słowa kluczowe

Kurkumina, microsphères poreuses, tenocyty, tendinopatie spowodowane przez kolagenazę, działanie przeciw zawalne, gojenie ścięgna

Piśmiennictwo

[1] S. Sobhani, R. Dekker, K. Postema, P.U. Dijkstra, Scandinavian journal of medicine & science in sports, 23 (2013) 669-686.

[2] J.E. Lake, S.N. Ishikawa, Foot and ankle clinics, 14 (2009) 663-674.

[3] G. Schulze-Tanzil, O. Al-Sadi, E. Wiegand, W. Ertel, C. Busch, B. Kohl, T. Pufe, Scandinavian journal of medicine & science in sports, 21 (2011) 337-351.

[4] M. Kvist, Sports medicine, 18 (1994) 173-201.

[5] R.A. Moore, M.R. Tramer, D. Carroll, P.J. Wiffen, H.J. McQuay, Bmj, 316 (1998) 333-338.

[6] M. Astrom, N. Westlin, Acta orthopaedica Scandinavica, 63 (1992) 631-634.

[7] U. Fredberg, K. Stengaard-Pedersen, Scandinavian journal of medicine & science in sports, 18 (2008) 3-15.

[8] N. Smidt, D.A. van der Windt, W.J. Assendelft, W.L. Deville, I.B. Korthals-de Bos, L.M. Bouter, Lancet, 359 (2002) 657-662.

[9] D. Atkins, M. Eccles, S. Flottorp, G.H. Guyatt, D. Henry, S. Hill, A. Liberati, D. O’Connell, A.D. Oxman, B. Phillips, H. Schunemann, T.T. Edejer, G.E. Vist, J.W. Williams, Jr., G.W. Group, BMC health services research, 4 (2004) 38.

[10] R. Brown, J. Orchard, M. Kinchington, A. Hooper, G. Nalder, British journal of sports medicine, 40 (2006) 275-279.

[11] S. de Jonge, R.J. de Vos, A. Weir, H.T. van Schie, S.M. Bierma-Zeinstra, J.A. Verhaar, H. Weinans, J.L. Tol, The American journal of sports medicine, 39 (2011) 1623-1629.

[12] J. Pearson, D. Rowlands, R. Highet, Journal of sport rehabilitation, 21 (2012) 218-224.

[13] R.A. Magnussen, W.R. Dunn, A.B. Thomson, Clinical journal of sport medicine : official journal of the Canadian Academy of Sport Medicine, 19 (2009) 54-64.

[14] L. Willberg, K. Sunding, L. Ohberg, M. Forssblad, M. Fahlstrom, H. Alfredson, Knee surgery, sports traumatology, arthroscopy : official journal of the ESSKA, 16 (2008) 859-864.

[15] M.J. Yelland, K.R. Sweeting, J.A. Lyftogt, S.K. Ng, P.A. Scuffham, K.A. Evans, British journal of sports medicine, 45 (2011) 421-428.

[16] Y. He, Y. Yue, X. Zheng, K. Zhang, S. Chen, Z. Du, Molecules, 20 (2015) 9183-9213.

[17] M.M. Chan, Biochemical pharmacology, 49 (1995) 1551-1556.

[18] P. Brennan, L.A. O’Neill, Biochemical pharmacology, 55 (1998) 965-973.

[19] C. Jobin, C.A. Bradham, M.P. Russo, B. Juma, A.S. Narula, D.A. Brenner, R.B. Sartor, Journal of immunology, 163 (1999) 3474-3483.

[20] S.M. Plummer, K.A. Holloway, M.M. Manson, R.J. Munks, A. Kaptein, S. Farrow, L. Howells, Oncogene, 18 (1999) 6013-6020.

[21] B.E. Bachmeier, I.V. Mohrenz, V. Mirisola A.G. Nerlich, U. Pfeffer, Carcinogenesis, 29 (2008) 779-789.

[22] D. Jiang, P. Gao, H. Lin, H. Geng, Connective tissue research, 57 (2016) 20-27.

[23] A. Goel, S. Jhurani, B.B. Aggarwal, Molecular nutrition & food research, 52 (2008) 1010-1030.

[24] B.B. Aggarwal, C. Sundaram, N. Malani, H. Ichikawa, Advances in experimental medicine and biology, 595 (2007) 1-75.

[25] S.E. Kim, Y.P. Yun, K.S. Shim, K. Park, S.W. Choi, D.H. Suh, Colloids and surfaces. B, Biointerfaces, 122 (2014) 457-464.

[26] S.E. Kim, Y.P. Yun, K.S. Shim, K. Park, S.W. Choi, D.H. Shin, D.H. Suh, Colloids and surfaces. B, Biointerfaces, 134 (2015) 453-460.

[27] J.W. Park, Y.P. Yun, K. Park, J.Y. Lee, H.J. Kim, S.E. Kim, H.R. Song, Colloids and surfaces. B, Biointerfaces, 147 (2016) 265-273.

[28] J.Y. Lee, S.E. Kim, Y.P. Yun, S.W. Choi, D.I. Jeon, H.J. Kim, K. Park, H.R. Song, Journal of Industrial and Enginnering Chemistry, 52 (2017) 277-286.

[29] N. Maffulli, J. Wong, L.C. Almekinders, Clinics in sports medicine, 22 (2003) 675-692.

[30] P. Sharma, N. Maffulli, Journal of musculoskeletal & neuronal interactions, 6 (2006) 181-190.

[31] T.S. Huang, S.C. Lee, J.K. Lin, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 88 (1991) 5292-5296.

[32] C.D. Lao, M.T.t. Ruffin, D. Normolle, D.D. Heath, S.I. Murray, J.M. Bailey, M.E. Boggs, J. Crowell, C.L. Rock, D.E. Brenner, BMC complementary and alternative medicine, 6 (2006) 10.

[33] S.W. Choi, Y.C. Yeh, Y. Zhang, H.W. Sung, Y. Xia, Small, 6 (2010) 1492-1498.

[34] M. Tsuzaki, G. Guyton, W. Garrett, J.M. Archambault, W. Herzog, L. Almekinders, D. Bynum, X. Yang, A.J. Banes, Journal of orthopaedic research : official publication of the Orthopaedic Research Society, 21 (2003) 256-264.

[35] T. John, D. Lodka, B. Kohl, W. Ertel, J. Jammrath, C. Conrad, C. Stoll, C. Busch, G. Schulze- Tanzil, Journal of orthopaedic research : official publication of the Orthopaedic Research Society, 28 (2010) 1071-1077.

[36] D. Banji, J. Pinnapureddy, O.J. Banji, A. Saidulu, M.S. Hayath, European journal of pharmacology, 668 (2011) 293-298.

[37] M. Shakibaei, T. John, G. Schulze-Tanzil, I. Lehmann, A. Mobasheri, Biochemical pharmacology, 73 (2007) 1434-1445.

[38] M. Mathy-Hartert, I. Jacquemond-Collet, F. Priem, C. Sanchez, C. Lambert, Y. Henrotin, Inflammation research : official journal of the European Histamine Research Society … [et al.], 58 (2009) 899-908.

[39] B.B. Aggarwal, K.B. Harikumar, The international journal of biochemistry & cell biology, 41 (2009) 40-59.

[40] G.C. Jagetia, B.B. Aggarwal, Journal of clinical immunology, 27 (2007) 19-35. , E. Schleicher, F. Romeo, C. Hohneke, M. Jochum,

[41] J. Skommer, D. Wlodkowic, J. Pelkonen, Experimental hematology, 35 (2007) 84-95.

[42] M. Shakibaei, G. Schulze-Tanzil, T. John, A. Mobasheri, Annals of anatomy = Anatomischer Anzeiger : official organ of the Anatomische Gesellschaft, 187 (2005) 487-497.

[43] S. Shishodia, H.M. Amin, R. Lai, B.B. Aggarwal, Biochemical pharmacology, 70 (2005) 700-713.

[44] L. Li, B.B. Aggarwal, S. Shishodia, J. Abbruzzese, R. Kurzrock, Cancer, 101 (2004) 2351-2362.

[45] C. Buhrmann, A. Mobasheri, F. Busch, C. Aldinger, R. Stahlmann, A. Montaseri, M. Shakibaei, The Journal of biological chemistry, 286 (2011) 28556-28566.

[46] E. Blanco-Garcia, F.J. Otero-Espinar, J. Blanco-Mendez, J.M. Leiro-Vidal, A. Luzardo-Alvarez, International journal of pharmaceutics, 518 (2017) 86-104.

[47] M.W. Hast, A. Zuskov, L.J. Soslowsky, Bone & joint research, 3 (2014) 193-202.

[48] R.C. Dirks, S.J. Warden, Journal of musculoskeletal & neuronal interactions, 11 (2011) 141-149.

[49] S.P. Lake, H.L. Ansorge, L.J. Soslowsky, Disability and rehabilitation, 30 (2008) 1530-1541.

[50] T.W. Lin, L. Cardenas, D.L. Glaser, L.J. Soslowsky, Journal of biomechanics, 39 (2006) 61-69.

[51] R. Torres-Silva, R.A. Lopes-Martins, J.M. Bjordal, L. Frigo, R. Rahouadj, G. Arnold, E.C. Leal- Junior, J. Magdalou, R. Pallotta, R.L. Marcos, Lasers in medical science, 30 (2015) 1985-1990.

[52] A.N. Corps, R.L. Harrall, V.A. Curry, S.A. Fenwick, B.L. Hazleman, G.P. Riley, Arthritis and rheumatism, 46 (2002) 3034-3040.

[53] A.N. Corps, V.A. Curry, D.J. Buttle, B.L. Hazleman, G.P. Riley, Matrix biology : journal of the International Society for Matrix Biology, 23 (2004) 163-169.

[54] B.P. Thampatty, H. Li, H.J. Im, J.H. Wang, Gene, 386 (2007) 154-161.

[55] W.C. Tsai, C.C. Hsu, H.N. Chang, Y.C. Lin, M.S. Lin, J.H. Pang, Journal of orthopaedic research : official publication of the Orthopaedic Research Society, 28 (2010) 487-491.

[56] W. Zhang, X. Li, M. Comes Franchini, K. Xu, E. Locatelli, R.C. Martin, I. Monaco, Y. Li, S. Cui, International journal of nanomedicine, 11 (2016) 2873-2881.