Published December 13, 2023 | Version v1
Publication Open

Smart Hesperidin/Chitosan Nanogel Mitigates Apoptosis and Endoplasmic Reticulum Stress in Fluoride and Aluminum-Induced Testicular Injury

Creators

  • 1. Benha University
  • 2. Egyptian Atomic Energy Authority

Description

Fluoride and aluminum are ubiquitous toxic metals with adverse reproductive effects. The citrus flavonoid hesperidin has protective activities but poor solubility and bioavailability. Nanoparticulate delivery systems can improve flavonoid effectiveness. We conducted this study to prepare a pH-responsive chitosan-based nanogel for hesperidin delivery and evaluate its effectiveness against sodium fluoride (NaF) and aluminum chloride (AlCl3) induced testicular toxicity in mice. The nanogel was synthesized using 2 kGy gamma irradiation, enabling a size under 200 nm and enhanced hesperidin release at pH 6 matching testicular acidity. Male mice received 200 mg/kg AlCl3 and 10 mg/kg NaF daily for 30 days. Hesperidin nanogel at 20 mg/kg was administered orally either prophylactically (pretreatment) or after intoxication (posttreatment). The results showed that AlCl3 + NaF induced severe oxidative stress, hormonal disturbance, apoptosis, and endoplasmic reticulum stress, evidenced by significant changes in the studied parameters and testicular histological damage. Hesperidin nanogel administration significantly inhibited oxidative stress markers, restored luteinizing hormone (LH), follicle-stimulating hormone (FSH), and testosterone levels, and alleviated tissue damage compared to the intoxicated group. It also downregulated the expression level of pro-apoptotic genes Bax, caspase-3, caspase-9, and P38MAPK, while upregulating the expression level of the anti-apoptotic BCL2 gene. Endoplasmic reticulum stress sensors PERK, ATF6, and IRE-α were also downregulated by the nanogel. The chitosan-based nanogel enhanced the delivery and efficacy of poorly bioavailable hesperidin, exhibiting remarkable protective effects against AlCl3 and NaF reproductive toxicity. This innovative nanosystem represents a promising approach to harnessing bioactive phytochemicals with delivery challenges, enabling protective effects against chemical-induced testicular damage.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الفلورايد والألمنيوم هي معادن سامة في كل مكان ذات آثار إنجابية ضارة. يحتوي هيسبيريدين الفلافونويد الحمضي على أنشطة وقائية ولكنه ضعيف الذوبان والتوافر البيولوجي. يمكن لأنظمة توصيل الجسيمات النانوية تحسين فعالية الفلافونويد. أجرينا هذه الدراسة لإعداد هلام نانوي قائم على الكيتوزان يستجيب لدرجة الحموضة لتوصيل الهيسبيريدين وتقييم فعاليته ضد سمية الخصية المستحثة بفلوريد الصوديوم (NaF) وكلوريد الألومنيوم (AlCl3) في الفئران. تم تصنيع الهلام النانوي باستخدام إشعاع جاما 2 كيلوجرام، مما يتيح حجم أقل من 200 نانومتر وتعزيز إطلاق هيسبيريدين عند درجة الحموضة 6 مطابقة حموضة الخصية. تلقى ذكور الفئران 200 ملغم/كغم من AlCl3 و 10 ملغم/كغم من NaF يوميًا لمدة 30 يومًا. تم إعطاء هيسبيريدين نانوجيل عند 20 ملغ/كغ عن طريق الفم إما بشكل وقائي (قبل العلاج) أو بعد التسمم (بعد العلاج). أظهرت النتائج أن AlCl3 + NaF تسبب في إجهاد أكسدة شديد، واضطراب هرموني، واستماتة، وإجهاد الشبكة الإندوبلازمية، يتضح من التغيرات الكبيرة في المعلمات المدروسة والضرر النسيجي للخصية. أدى إعطاء هيسبيريدين نانوجيل إلى تثبيط علامات الإجهاد التأكسدي بشكل كبير، واستعادة الهرمون اللوتيني (LH)، والهرمون المنبه للجريب (FSH)، ومستويات هرمون التستوستيرون، وتخفيف تلف الأنسجة مقارنة بالمجموعة المسكرة. كما قللت من تنظيم مستوى التعبير للجينات المؤيدة للاستماتة Bax و caspase -3 و caspase -9 و P38MAPK، مع تنظيم مستوى التعبير للجين BCL2 المضاد للاستماتة. كما تم تقليل تنظيم مستشعرات إجهاد الشبكة الإندوبلازمية و ATF6 و IRE - α بواسطة الهلام النانوي. عزز الهلام النانوي القائم على الكيتوزان توصيل وفعالية الهيسبيريدين غير المتوفر بيولوجيًا بشكل سيئ، مما أظهر تأثيرات وقائية ملحوظة ضد السمية الإنجابية لـ AlCl3 و NaF. يمثل هذا النظام النانوي المبتكر نهجًا واعدًا لتسخير المواد الكيميائية النباتية النشطة بيولوجيًا مع تحديات التسليم، مما يتيح تأثيرات وقائية ضد تلف الخصية الناجم عن المواد الكيميائية.

Translated Description (French)

Le fluorure et l'aluminium sont des métaux toxiques omniprésents avec des effets néfastes sur la reproduction. L'hespéridine, flavonoïde des agrumes, a des activités protectrices mais une faible solubilité et biodisponibilité. Les systèmes d'administration de nanoparticules peuvent améliorer l'efficacité des flavonoïdes. Nous avons mené cette étude pour préparer un nanogel à base de chitosane sensible au pH pour l'administration d'hespéridine et évaluer son efficacité contre la toxicité testiculaire induite par le fluorure de sodium (NaF) et le chlorure d'aluminium (AlCl3) chez la souris. Le nanogel a été synthétisé en utilisant une irradiation gamma de 2 kGy, permettant une taille inférieure à 200 nm et une libération accrue d'hespéridine à pH 6 correspondant à l'acidité testiculaire. Les souris mâles ont reçu 200 mg/kg d'AlCl3 et 10 mg/kg de NaF par jour pendant 30 jours. Le nanogel d'hespéridine à 20 mg/kg a été administré par voie orale soit de manière prophylactique (prétraitement), soit après une intoxication (post-traitement). Les résultats ont montré que AlCl3 + NaF induisait un stress oxydatif sévère, une perturbation hormonale, une apoptose et un stress du réticulum endoplasmique, mis en évidence par des changements significatifs dans les paramètres étudiés et des dommages histologiques testiculaires. L'administration de nanogel d'hespéridine a significativement inhibé les marqueurs de stress oxydatif, restauré l'hormone lutéinisante (LH), l'hormone folliculo-stimulante (FSH) et les niveaux de testostérone, et atténué les lésions tissulaires par rapport au groupe intoxiqué. Il a également régulé à la baisse le niveau d'expression des gènes pro-apoptotiques Bax, caspase-3, caspase-9 et P38MAPK, tout en régulant à la hausse le niveau d'expression du gène anti-apoptotique BCL2. Les capteurs de stress du réticulum endoplasmique PERK, ATF6 et IRE-α ont également été régulés à la baisse par le nanogel. Le nanogel à base de chitosane a amélioré l'administration et l'efficacité de l'hespéridine faiblement biodisponible, présentant des effets protecteurs remarquables contre la toxicité pour la reproduction de l'AlCl3 et du NaF. Ce nanosystème innovant représente une approche prometteuse pour exploiter les composés phytochimiques bioactifs avec des défis d'administration, permettant des effets protecteurs contre les dommages testiculaires induits par les produits chimiques.

Translated Description (Spanish)

El fluoruro y el aluminio son metales tóxicos ubicuos con efectos reproductivos adversos. El flavonoide cítrico hesperidina tiene actividades protectoras pero poca solubilidad y biodisponibilidad. Los sistemas de administración de nanopartículas pueden mejorar la eficacia de los flavonoides. Llevamos a cabo este estudio para preparar un nanogel a base de quitosano sensible al pH para la administración de hesperidina y evaluar su eficacia contra la toxicidad testicular inducida por fluoruro de sodio (NaF) y cloruro de aluminio (AlCl3) en ratones. El nanogel se sintetizó usando irradiación gamma de 2 kGy, lo que permite un tamaño inferior a 200 nm y una liberación mejorada de hesperidina a pH 6 que coincide con la acidez testicular. Los ratones macho recibieron 200 mg/kg de AlCl3 y 10 mg/kg de NaF diariamente durante 30 días. El nanogel de hesperidina a 20 mg/kg se administró por vía oral ya sea profilácticamente (pretratamiento) o después de la intoxicación (postratamiento). Los resultados mostraron que AlCl3 + NaF indujo estrés oxidativo severo, alteración hormonal, apoptosis y estrés del retículo endoplasmático, evidenciado por cambios significativos en los parámetros estudiados y daño histológico testicular. La administración de nanogel de hesperidina inhibió significativamente los marcadores de estrés oxidativo, restauró la hormona luteinizante (LH), la hormona foliculoestimulante (FSH) y los niveles de testosterona, y alivió el daño tisular en comparación con el grupo intoxicado. También disminuyó el nivel de expresión de los genes proapoptóticos BAX, caspasa-3, caspasa-9 y P38MAPK, mientras que aumentó el nivel de expresión del gen BCL2 antiapoptótico. Los sensores de estrés del retículo endoplasmático PERK, ATF6 e IRE-α también fueron regulados negativamente por el nanogel. El nanogel a base de quitosano mejoró la administración y la eficacia de la hesperidina poco biodisponible, mostrando notables efectos protectores contra la toxicidad reproductiva de AlCl3 y NaF. Este innovador nanosistema representa un enfoque prometedor para aprovechar los fitoquímicos bioactivos con desafíos de administración, lo que permite efectos protectores contra el daño testicular inducido por productos químicos.

Files

s12011-023-03991-8.pdf.pdf

Files (4.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:7a133e9b941fc96585988492798447e5
4.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
سمارت هيسبيريدين/الكيتوزان نانوجيل يخفف من موت الخلايا المبرمج وإجهاد الشبكية الإندوبلازمية في الفلورايد وإصابة الخصية الناجمة عن الألومنيوم
Translated title (French)
Le nanogel intelligent d'hespéridine/chitosane atténue l'apoptose et le stress du réticulum endoplasmique dans les lésions testiculaires induites par le fluorure et l'aluminium
Translated title (Spanish)
El nanogel inteligente de hesperidina/quitosano mitiga la apoptosis y el estrés del retículo endoplasmático en la lesión testicular inducida por flúor y aluminio

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4389683487
DOI
10.1007/s12011-023-03991-8

Is supplement to
https://openalex.org/W4390991567 (Other)
https://openalex.org/W4386766630 (Other)
https://openalex.org/W4317888673 (Other)
https://openalex.org/W4295007630 (Other)
https://openalex.org/W3013576022 (Other)
https://openalex.org/W2883110975 (Other)
https://openalex.org/W2739619878 (Other)
https://openalex.org/W2404900563 (Other)
https://openalex.org/W2116199055 (Other)
https://openalex.org/W2018396968 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1869332156
  • https://openalex.org/W1963503357
  • https://openalex.org/W1965451030
  • https://openalex.org/W1967251260
  • https://openalex.org/W1972532243
  • https://openalex.org/W1975051013
  • https://openalex.org/W1978188507
  • https://openalex.org/W1978890282
  • https://openalex.org/W1997025289
  • https://openalex.org/W1997901363
  • https://openalex.org/W2004442856
  • https://openalex.org/W2008143685
  • https://openalex.org/W2013870224
  • https://openalex.org/W2018352517
  • https://openalex.org/W2022074102
  • https://openalex.org/W2028891366
  • https://openalex.org/W2038758189
  • https://openalex.org/W2046366100
  • https://openalex.org/W2051184722
  • https://openalex.org/W2052743322
  • https://openalex.org/W2054625401
  • https://openalex.org/W2063322789
  • https://openalex.org/W2066271236
  • https://openalex.org/W2068306937
  • https://openalex.org/W2076425741
  • https://openalex.org/W2076598575
  • https://openalex.org/W2078683373
  • https://openalex.org/W2081254988
  • https://openalex.org/W2083053526
  • https://openalex.org/W2084718140
  • https://openalex.org/W2085746449
  • https://openalex.org/W2091182292
  • https://openalex.org/W2094240692
  • https://openalex.org/W2103691902
  • https://openalex.org/W2106250118
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2111513306
  • https://openalex.org/W2117446864
  • https://openalex.org/W2117753734
  • https://openalex.org/W2129481819
  • https://openalex.org/W2145972463
  • https://openalex.org/W2159727241
  • https://openalex.org/W2168987076
  • https://openalex.org/W2172052789
  • https://openalex.org/W2192080449
  • https://openalex.org/W2272710237
  • https://openalex.org/W2317877264
  • https://openalex.org/W2338225573
  • https://openalex.org/W2397783308
  • https://openalex.org/W2406681189
  • https://openalex.org/W2434478556
  • https://openalex.org/W247614867
  • https://openalex.org/W2565298097
  • https://openalex.org/W2624077227
  • https://openalex.org/W2742482170
  • https://openalex.org/W2746343371
  • https://openalex.org/W2759290412
  • https://openalex.org/W2762844146
  • https://openalex.org/W2766198465
  • https://openalex.org/W2767234884
  • https://openalex.org/W2775256301
  • https://openalex.org/W2783969394
  • https://openalex.org/W2809090683
  • https://openalex.org/W2810830049
  • https://openalex.org/W2889214509
  • https://openalex.org/W2890036141
  • https://openalex.org/W2897295271
  • https://openalex.org/W2922123514
  • https://openalex.org/W2938168461
  • https://openalex.org/W2963240451
  • https://openalex.org/W2963873039
  • https://openalex.org/W2983042646
  • https://openalex.org/W3007206954
  • https://openalex.org/W3040133850
  • https://openalex.org/W3040817586
  • https://openalex.org/W3082947304
  • https://openalex.org/W3093466389
  • https://openalex.org/W3094146379
  • https://openalex.org/W3132020753
  • https://openalex.org/W3153759288
  • https://openalex.org/W3157138915
  • https://openalex.org/W3173238614
  • https://openalex.org/W3174966881
  • https://openalex.org/W3179513651
  • https://openalex.org/W3189034134
  • https://openalex.org/W3214263578
  • https://openalex.org/W4200296361
  • https://openalex.org/W4214840836
  • https://openalex.org/W4223599587
  • https://openalex.org/W4225611051
  • https://openalex.org/W4226445796
  • https://openalex.org/W4228997099
  • https://openalex.org/W4230974490
  • https://openalex.org/W4249171428
  • https://openalex.org/W4280531236
  • https://openalex.org/W4281382607
  • https://openalex.org/W4286780224
  • https://openalex.org/W4294007255
  • https://openalex.org/W4308152349
  • https://openalex.org/W4308469728
  • https://openalex.org/W4320917914
  • https://openalex.org/W4321350108
  • https://openalex.org/W4323825562
  • https://openalex.org/W4360841384
  • https://openalex.org/W4367593599
  • https://openalex.org/W4368377593