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Publicação
Blue biotechnology on the Coast of Portugal: a prospection of neurological bioactive compounds from marine sponges
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 3.34 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
Marine environments are vastly unexplored territories, being considered an untapped resource of
chemical and biological molecules. Chances of new opportunities are emerging and likewise, the dis-
covery of new potential pharmaceuticals. These bioactive compounds are present in a variety of inver-
tebrates, such as the sponges (Porifera) studied in this project, found on the Coast of Sagres, south of
Portugal. The extracts and fractions obtained from this organism were submitted to neuronal bioactivity
evaluations by determining their possible effects on both potassium (K+) and sodium (Na+) currents of
small diameter dorsal root ganglion neurons (sdDRG), dissected from naïve rats. The most active sam-
ple in assessed resorting to electrophysiology studies, was elected to undergo bio guided fractionation
process, to reach a purified fraction (99% purity) of the most prominent peak (S4U1).
Under the presence of S4U1, whole-cell voltage-clamp were conducted to screen S4U1 against a
platform of voltage-gated K+ and Na+ channels present at the surface of a well-established pain sensing
cell model: sdDRG neurons (ex vivo testing). Ex vivo experiments recordings in rat sdDRG neurons
showed decreased mean current density values in the presence of S4U1, mostly observed in the slow
component of K+ currents (IK), suggesting a specific effect over IK, and in peak Na+ current. These
results might be chiefly supported by a facilitation of the inactivation of K+ and Na+ currents, observed
in the hyperpolarizing shift of both steady state inactivation curves, and in the increasing rate of the
decaying phase of K+ currents.
Thus, by ensuring the absence of S4U1 toxicity in human and animal cell lines (MTS), the bio-
technological value of S4U1 was further analyzed through a study of its potential analgesic effect in
animal (chronic) pain models (Chronic Constriction Injury- CCI; in vivo testing). Through the intrave-
nous administration of S4U1 (in vivo testing) the reduction of pain was effectively observed, since,
following an evaluation method in animal models, %MPE, there was an increase in the force applied
by the von Frey monofilaments (vFF) in the ipsilateral side, in each period of time.
The results showed a neuronal bioactive effect of S4U1 on pain sensing model cell (sdDRG),
which was translated into a potential analgesic value verified in chronic pain models. Despite, the need
to increase the experimental sample size, S4U1 is here presented as a possible new therapeutic drug for
chronic pain treatment.
Os ambientes marinhos apesar de serem considerados como recursos naturais de grande relevân- cia para moléculas químicas e biológicas, são ainda territórios vastamente inexplorados. Contudo, no- vas oportunidades estão a surgir relativamente ao interesse marítimo e, consequentemente, à descoberta de potenciais novos produtos farmacêuticos. Estes compostos bioativos estão presentes numa variedade de invertebrados, tais como as esponjas (Porifera), podendo ser encontradas ao largo da Costa de Sagres, sul de Portugal e, intrinsecamente ligadas ao propósito desta dissertação. Os extratos e frações obtidos de um organismo colhido foram submetidos a avaliações da bioatividade neuronal para determinar pos- síveis efeitos tanto em correntes de potássio (K+) como de sódio (Na+) em small diameter Dorsal Root Ganlions (sdDRG) neurons, dissecados de ratos naïve. A amostra eleita com a mais proeminente em termos de bioatividade, no decorrer das análises eletrofisiológicas, foi subjugada a um processo de fra- cionamento bioguiado, com a intenção de atingir uma fração purificada (99% de pureza) do pico mais saliente (S4U1). Posteriormente, estudos de whole-cell voltage clamp, recorrendo ao mesmo modelo celular (tes- tes ex vivo), foram realizados com e sem a presença de S4U1, estabelecendo assim uma compreensão mais concreta dos seus efeitos nos canais de K+e Na+. Assim, com registos experimentais foi possível observar um decréscimo de valores médios de densidade de corrente aquando presença de S4U1, ob- servados principalmente na componente lenta das correntes K+ (IK) e nas correntes de Na+, sugerindo tanto um possível efeito específico em IK como no pico das correntes de Na+. Após uma análise deta- lhada dos resultados foi também possível cimentar a sugestão anteriormente mencionada, relativamente à existência de efeitos a nível da neuroexcitabilidade dos canais, complementada pela facilidade obser- vada de inativação das correntes de K+ e Na+, através de uma consequente deslocação das curvas de inativação para estados mais hiperpolarizantes. Tais conclusões permitiram inferir um possível efeito terapêutico em modelos de dor. Deste modo, ao garantir a inexistência de toxicidade de S4U1 em linhas celulares humanas e animais (MTS), o valor biotecnológico de S4U1 foi aprofundado através de um posterior estudo do seu potencial efeito analgésico em modelos de dor (crónica) em animal (Chronic Constriction Injury- CCI; testes in vivo). Através da administração intravenosa de S4U1(testes in vivo) a redução de dor foi efeti- vamente observada, uma vez que, seguindo um método de avaliação em modelos animais, %MPE, registou-se um aumento da força aplicada pelos monofilamentos de von Frey (vFF) no lado ipsilateral, num determinado período de tempo. Os resultados demonstram um potencial bioativo neuronal associado a S4U1 em modelos celu- lares de sensibilidade à dor (sdDRG), que foi traduzido num potencial valor analgésico verificado em modelos de dor crónica. Apesar da necessidade de aumentar o tamanho da amostra experimental, o S4U1 é aqui apresentado como um possível novo medicamento com fins terapêuticos para o tratamento da dor crónica.
Os ambientes marinhos apesar de serem considerados como recursos naturais de grande relevân- cia para moléculas químicas e biológicas, são ainda territórios vastamente inexplorados. Contudo, no- vas oportunidades estão a surgir relativamente ao interesse marítimo e, consequentemente, à descoberta de potenciais novos produtos farmacêuticos. Estes compostos bioativos estão presentes numa variedade de invertebrados, tais como as esponjas (Porifera), podendo ser encontradas ao largo da Costa de Sagres, sul de Portugal e, intrinsecamente ligadas ao propósito desta dissertação. Os extratos e frações obtidos de um organismo colhido foram submetidos a avaliações da bioatividade neuronal para determinar pos- síveis efeitos tanto em correntes de potássio (K+) como de sódio (Na+) em small diameter Dorsal Root Ganlions (sdDRG) neurons, dissecados de ratos naïve. A amostra eleita com a mais proeminente em termos de bioatividade, no decorrer das análises eletrofisiológicas, foi subjugada a um processo de fra- cionamento bioguiado, com a intenção de atingir uma fração purificada (99% de pureza) do pico mais saliente (S4U1). Posteriormente, estudos de whole-cell voltage clamp, recorrendo ao mesmo modelo celular (tes- tes ex vivo), foram realizados com e sem a presença de S4U1, estabelecendo assim uma compreensão mais concreta dos seus efeitos nos canais de K+e Na+. Assim, com registos experimentais foi possível observar um decréscimo de valores médios de densidade de corrente aquando presença de S4U1, ob- servados principalmente na componente lenta das correntes K+ (IK) e nas correntes de Na+, sugerindo tanto um possível efeito específico em IK como no pico das correntes de Na+. Após uma análise deta- lhada dos resultados foi também possível cimentar a sugestão anteriormente mencionada, relativamente à existência de efeitos a nível da neuroexcitabilidade dos canais, complementada pela facilidade obser- vada de inativação das correntes de K+ e Na+, através de uma consequente deslocação das curvas de inativação para estados mais hiperpolarizantes. Tais conclusões permitiram inferir um possível efeito terapêutico em modelos de dor. Deste modo, ao garantir a inexistência de toxicidade de S4U1 em linhas celulares humanas e animais (MTS), o valor biotecnológico de S4U1 foi aprofundado através de um posterior estudo do seu potencial efeito analgésico em modelos de dor (crónica) em animal (Chronic Constriction Injury- CCI; testes in vivo). Através da administração intravenosa de S4U1(testes in vivo) a redução de dor foi efeti- vamente observada, uma vez que, seguindo um método de avaliação em modelos animais, %MPE, registou-se um aumento da força aplicada pelos monofilamentos de von Frey (vFF) no lado ipsilateral, num determinado período de tempo. Os resultados demonstram um potencial bioativo neuronal associado a S4U1 em modelos celu- lares de sensibilidade à dor (sdDRG), que foi traduzido num potencial valor analgésico verificado em modelos de dor crónica. Apesar da necessidade de aumentar o tamanho da amostra experimental, o S4U1 é aqui apresentado como um possível novo medicamento com fins terapêuticos para o tratamento da dor crónica.
Descrição
Palavras-chave
Sponges Neuronal Bioactivity Analgesic Potential Electrophysiology