 |
Positive effect of methoxyflavones on pig intestinal inflammation diseases caused by bacteria and oxidative stress. An in vitro study.
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
105718 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Farkas, Orsolya |
| Title in Hungarian |
Metoxiflavonok jótékony hatásának in vitro vizsgálata sertés bél bakteriális és oxidatív stressz okozta gyulladása esetén |
| Title in English |
Positive effect of methoxyflavones on pig intestinal inflammation diseases caused by bacteria and oxidative stress. An in vitro study. |
| Keywords in Hungarian |
metoxiflavon, gyulladás, bél, in vitro |
| Keywords in English |
methoxyflavones, inflammation, intestine, in vitro |
| Discipline |
| Veterinary sciences (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % |
|
| Panel |
Plant and animal breeding |
| Department or equivalent |
Department of Pharmacology and Toxicology (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences) |
| Starting date |
2012-09-01 |
| Closing date |
2016-06-30 |
| Funding (in million HUF) |
7.770 |
| FTE (full time equivalent) |
3.07 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A flavonoidok jótékony hatása az állati és emberi szervezetre régóta ismert – bizonyított, hogy rákellenes, gyulladáscsökkentő, és baktériumellenes hatással rendelkeznek. Korábban elfogadott volt, hogy ez antioxidáns kapacitásukkal áll összefüggésben. Az utóbbi években körvonalazódik egy olyan irányvonal, miszerint mégsem a flavonoidok – elsősorban a nagyszámú OH-csoport jelenlétéhez köthető- antioxidáns aktivitása áll ezeknek a jótékony hatások mechanizmusának hátterében, hanem különféle jelátviteli utakon hatnak a flavonoidok és metabolitjaik.
Azt is megfigyelték, hogy a sejtkultúrán ígéretes eredményeket mutató flavonoidok nagy része már nem képes az elvárt hatást in vivo kifejteni. Ennek oka az, hogy nagy részük a bélrendszerben és a májban lebomlik. A metoxiflavonok jobban felszívódnak és gyulladáscsökkentő hatásuk bizonyos esetekben jóval jelentősebb, mint a csak OH csoportokkal rendelkező flavonoidoké.
Az emésztőrendszer nyálkahártyája a szervezet fontos védelmi vonala a kórokozók és idegen anyagokkal szemben. Különösen fontos szerepe van a védekezésben a sejtkapcsoló komplexeknek, funkciózavaruk súlyos betegségekhez vezethet (pl. irritábilis bél szindróma). A bélbetegségek tanulmányozása történhet sejttenyészeten. Általában emberi eredetű daganatos sejteket használnak e célra, ami nem modellezi megfelelően az élő szervezetet. Laborunkban egy új, nem-tumor eredetű sertés sejtvonalat használunk.
Célom egy, az emésztőrendszert a lehető legjobban modellező in vitro modell létrehozása, amely alkalmas gyulladásos folyamatok tanulmányozására, és ezen a modellen ígéretesnek tűnő metoxiflavonok gyulladáscsökkentő hatásának tesztelése és a mechanizmusuk felderítése.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás kiindulási hipotézise, hogy a sokat tanulmányozott, több OH csoportot tartalmazó flavonoidok mellett érdemes vizsgálni a metoxiflavonokat, amik az OH csoportok helyett teljesen vagy részlegesen OCH3 csoportokat tartalmaznak. Jobb felszívódásuk (és más, egyelőre ismeretlen tényezők) miatt ezek a vegyületek valószínűsíthetően jobb rákellenes, gyulladáscsökkentő… stb. hatást képesek kifejteni, mint a jól ismert flavonoidok.
A metoxiflavonok jótékony hatásai közül elsősorban a gyulladáscsökkentő hatással kívánok foglalkozni. Célom egy olyan in vitro modell létrehozása, ami az in vivo viszonyokhoz a leginkább hasonlítva modellezi a kémiai anyagok és a patogén baktériumok által kiváltott stresszt. Ezt hidrogén-peroxid, illetve bakteriális eredetű LPS (Gram-negatív baktériumok, pl. Escherichia coli, külső falában található lipopoliszacharid) kezeléssel valósítom meg, a bélrendszer modellezésére leginkább alkalmas, nem tumor eredetű sertés bélhámsejtvonalat választva. A kísérletek során különféle gyulladással összefüggésben álló vegyületek (pl. gyulladásos citokinek, stb.) mennyiségét és a bélhám integritására jellemző paramétereket (TER) határozzuk meg, majd pedig megvizsgálom, hogy a kiválasztott flavonoidok milyen hatást gyakorolnak a mért sajátságokra. Vizsgálom az egyes metoxiflavonok sejtapoptózisra gyakorolt hatását. Mivel a metoxiflavonok pontos szerepe a gyulladásban aktiválódó jelátviteli folyamatokban sem tisztázott, lehetőségeinkhez mérten szóba jöhet a jelátviteli kaszkád egyes elemeinek azonosítása.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A patogén baktériumok okozta fertőzések és egyéb tényezők, mint pl. az oxidatív stresszel kapcsolatba hozható gyulladásos megbetegedések súlyos gazdasági és egészségügyi problémákhoz vezetnek. Erre példa az enterotoxikus Escherichia coli által keltett fertőzés, ami elsősorban elválasztás után levő malacokat és borjakat veszélyeteti és az állatállomány 5%-os pusztulásáért felelős. Az ETEC felelős az emberi hasmenéses megbetegedések jelentős részéért is. A WHO jelentése szerint évente 210 millió hasmenéses megbetegedés történik, ebből 380000 halállal végződik.
Az irritábilis bél szindróma (IBS) alatt a vékony-és a vastagbél gyulladásos megbetegedéseit értjük, ide sorolható a Crohn-betegség és a fekélyes vastagbélgyulladás is. Az IBS negatívan befolyásolja az életminőséget, mivel fő tünetei közé tartozik a fájdalom, hányás, hasmenés, valamint a vastagbélrák kockázatának kialakulása is nagyobb IBS-es betegek esetében. Ezer emberből minden negyedik érintett ebben a betegségben.
Átfogó vizsgálat a metoxiflavonok esetleges jótékony hatásáról a fent említett betegségek esetében még nem történt, de magas presztízsű tudományos publikációkban közölt eredmények alapján jó okunk van feltételezni, hogy ezek a vegyületek hozzájárulhatnak a gyulladások kialakulásának megakadályozásához. A metoxiflavonok jelentőségét az is mutatja, hogy a rákellenes hatásukról már végeztek átfogó vizsgálatot 42311 ember részvételével. A citrusféléket jelentős mennyiségben fogyasztó csoport esetében a szájüregbeli prekancerózus elváltozások jelentős mértékben, mintegy 30-40 %-kal visszafejlődtek, míg a zöldségeket fogyasztó csoport esetében nem történt szignifikáns javulás. Mivel a citrusfélék héjából kinyert olajok nagy koncentrációban metoxiflavonokat (pl. sinensetin, tangeretin, nobiletin, heptametoxiflavon), ezek az eredmények megfelelő kiindulási alapot biztosítanak ahhoz, hogy a citrusfélékben található egyes vegyületek hatását teszteljük.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A flavonoidok olyan természetes vegyületek, amelyek elsősorban gyümölcsökben és zöldségekben fordulnak elő. Régóta ismert az emberi szervezetre gyakorolt jótékony hatásuk, rákellenes, gyulladáscsökkentő és baktériumölő hatással rendelkeznek. A tudományos vizsgálatok ezeket a pozitív tulajdonságokat azzal hozták összefüggésbe, hogy a flavonoidok antioxidáns hatásúak, képesek semlegesíteni az ún. „szabad gyököket”. Az utóbbi idők kutatásai azonban arra utalnak, hogy a pozitív hatások nem feltétlenül ennek köszönhetők. Előtérbe kerültek a metoxiflavonok (ezek nem semlegesítik olyan jól a szabad gyököket) mint amik képesek az eddig vizsgált és jól ismert flavonoidoknál még hatékonyabban megakadályozni gyulladásos folyamatok beindulását és rákos sejtek burjánzását. Ezek a vegyületek citrusfélék héjában találhatók.
A Szent István Egyetem Állatorvostudományi Karának Gyógyszertani Tanszékén régóta hagyomány az emésztőrendszer gyulladásos betegségeinek vizsgálata. Kutatásom laboratóriumban, állati vékonybélből származó sejttenyészeten végzem, a gyulladást mesterségesen előidézve. A sejttenyészeten végzett kísérletek azért is fontosak, mert így jelentősen csökkenthető az állatkísérletek száma, csak az ígéretesnek tűnő vegyületeket kell állatokon tesztelni.
Célom annak felderítése, hogy a kevésbé tanulmányozott metoxiflavonok pontosan hogyan hatnak az állati és emberi szervezetre, mily módon képesek a fent említett egészségre káros folyamatok megakadályozására. Ezeknek a kérdéseknek a megválaszolásának az állat- és a humán egészségügy szempontjából is nagy jelentősége van.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Flavonoids demonstrate various beneficial effects on our health – they have anti-cancer, anti-inflammatory… etc. activity. Many of these biological actions have been attributed to their antioxidant properties. There is an emerging view that flavonoids do not act as conventional hydrogen-donating antioxidants but may exert modulatory actions in cells through actions at protein kinase signalling pathways.
In the other hand, flavonoids show great potential as anti-inflammatory and cancer chemopreventive agents in cell culture studies. This does not translate well into in vivo activity, because of their extensive metabolism in intestine and liver. Methoxyflavones also show increased cancer chemopreventive properties and they have been of particular interest due to their anti-inflammatory properties too.
The gastrointestinal tract provides a physical barrier to the diffusion of foreign materials from the lumen into the circulatory systems. Impairment of the intracellular tight junction shield, which is the major determinant of intestinal barrier function, is associated with various diseases. However, the information regarding their effects on TJ function is quite limited.
In most of the in vitro studies of the gut, human colon tumorigenic cell lines have been used. In our laboratory, we are working with the relatively new non-transformed cell line IPEC-J2 derived from pig.
My aim is to develop a functional model of the intestine mimicking oxidative stress and pathogen-induced inflammation. Furthermore, I plan to test effect of methoxyflavones, which are very promising but not extensively-studied compounds to prevent and cure inflammation diseases of the intestine.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The research question is based on the hypothesis, that flavonoid compounds containing more methoxy than hydroxil groups could be more effective to prevent and treat inflammation diseases or cancer. Because of their better absorption and other, unknown properties, methoxyflavones could explain higher anti-inflammation or anti-cancer activity.
Primarily, my research interest is focused on the anti-inflammation properties of methoxyflavones. My aim is to establish an in vitro model mimicking oxidative stress triggered of chemicals and pathogen bacteria. It could be achieved by hydrogen-peroxide and LPS-treatment of a non-tumoric intestinal epithelial cell culture. Lipopolysaccharides (LPS) are large molecules consisting of a lipid and a polysaccharide joined by a covalent bond. They are found in the outer membrane of Gram-negative bacteria, act as endotoxins and elicit strong immune responses in animals.
Inflammation parameters such as proinflammatory cytokines should be followed up, and integrity of the epithel should be also cheked to observate protective effect of methoxyflavones. Anti-apoptotic effect of methoxyflavonoid compounds could be monitored. Study of signal transduction cascade lead to release inflammation parameters could be also mapped as far as possible.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Infections caused by pathogen bacteria and inflammation diseases developed because of oxidative stress are lead to serious economic and health problems. For instance, enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) is a major problem during the post-weaning period in piglets (and calves), and results in substantial losses per annum through mortality around 5%. ETEC is also a major cause of diarrhoea in humans. It is thought to account for 210 million episodes diarrhoea and 380000 death (WHO, 1999). Inflammatory bowel disease (IBD) is a group of inflammatory conditions of the colon and small intestine. The major types of IBD are Crohn's disease and ulcerative colitis. IBD can limit quality of life because of pain, vomiting and diarrhea. Patients of IBD do have an increased risk of colorectal cancer. The prevalence rate of IBD reaching up to 396/100,000 persons. By this time, there is no comprehensive epidemiological study about the protective effect of methoxyflavones the above mentioned diseases. However, results of sciencific experiments published in a very prestigious papers (see Research plan) give an established presumption of protective effect on inflammation diseases of methoxyflavones. Furthermore, a very recent epidemiological study provides strong support for the methoxylated flavones as potential cancer chemopreventive dietary agents. This prospective study in 42. 311 men in the Health Professionals Follow-up Study convincingly showed that histologically diagnosed oral premalignant lesions were suppressed by consumption of citrus fruits and citrus fruit juices (a 30–40% lower risk), whereas, surprisingly, vegetables provided no protection. What first comes to mind from these findings is the presence of high concentrations of methoxylated flavones (e.g. sinensetin, nobiletin, tangeretin, heptamethoxyflavone) in the essential oils of citrus fruit peel. This should provide a particular incentive for further studies of these dietary chemicals and testing of individual compounds.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Flavonoids are organic molecules which can be widely found in fruits and vegetables. Their significance is well-known: flavonoids possess anti-cancer, anti-inflammatory, cardioprotective and anti-bacterial properties. These positive effects have been attributed to their „free radical neutralizing” or antioxidant activity. However, recent studies show, that these effects are not definitely related to their radical scavanging activity. There is a flavonoid group, so called „methoxyflavones” which seem more effective to hinder developement of inflammation, and proliferation of tumor cells. Skin of citrus fruits is very rich in these componds.
At the Department of Pharmacology and Toxicology of Faculty of Veterinary Science at Szent István University is going to investigate inflammation diseases of digestive system for a long while. My research project is developed in laboratory using cell culture derived from animal small intestine. Studies on cell culture have great significance because of reducing number of animal tests. In this way, compounds seem to effective should have tested on animals only.
Aim of my reseach is to discover the mechanism effect of methoxyflavones on animal and human organism. Answer of these question has great significance in the point of view of animal and human health.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
