Novel Therapeutic Mechanism of Action of Metformin and Its Nanoformulation in Alzheimer's Disease and Role of AKT/ERK/GSK Pathway.
Creators
- 1. Institute of Post Graduate Medical Education and Research
- 2. Post Graduate Institute of Medical Education and Research
Description
Abstract Background: Insulin resistance in brain plays a critical role in the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). Metformin is a blood brain barrier crossing anti-diabetic insulin-sensitizer drug. Current study has evaluated the therapeutic and mechanistic role of conventional as well as solid lipid nanoformulation (SLN) of metformin in intracerebro ventricular (ICV) Aβ (1-42) rat-model of AD. Methods : SLN-metformin was prepared by the micro-emulsification method and further evaluated by zetasizer and scanning electron-microscopy. In the animal experimental phase, AD was induced by bilateral ICV injection of Aβ using stereotaxic technique, whereas control group (sham) received ICV-NS. 14 days post-model induction, ICV- Aβ treated rats were further divided into 5 groups: disease control (no treatment), Metformin dose of (50mg/kg, 100mg/kg and 150 mg/kg), SLN of metformin 50mg/kg and memantine 1.8mg/kg (positive-control). Animals were tested for cognitive performance (in EPM, MWM) after 21 days of therapy, and then sacrificed. Brain homogenate was evaluated using ELISA for (Aβ (1-42), hyperphosphorylated tau, pAKTser473, GSK-3β, p-ERK,) and HPLC (metformin level). Brain histopathology was used to evaluate neuronal injury score (H&E) and Bcl2 and BAX (IHC). Results: The average size of SLN-metformin was <200 nm and was of spherical in shape with 94.08% entrapment efficiency. Compared to sham, the disease-control group showed significantly higher (p≤0.05) memory impairment (in MWM and EPM), higher hyperphosphorylated tau, Aβ (1-42), and Bax and lower Bcl-2 expression. Metformin was detectable in brain. Treatment with metformin and its SLN form significantly decreased the memory impairment as well as decreased the expression of hyperphosphorylated tau, Aβ(1-42), Bax expression and increased expression of Bcl-2 in brain. AKT-ERK-GSK3β-Hyperphosphorylated tau pathway can be implicated in the protective efficacy of metformin. Conclusion: Both metformin and SLN metformin is found to be effective as therapeutic agent in ICV-AB rat model of AD. AKT-ERK-GSK3β-Hyperphosphorylated tau pathway is found to be involved in the protective efficacy of metformin.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
خلفية مجردة: تلعب مقاومة الأنسولين في الدماغ دورًا حاسمًا في التسبب في مرض الزهايمر (AD). الميتفورمين هو حاجز دموي في الدماغ يعبر دواء محسس للأنسولين مضاد لمرض السكري. قيمت الدراسة الحالية الدور العلاجي والميكانيكي للتركيب النانوي للدهون التقليدية وكذلك الصلبة (SLN) للميتفورمين في البطين داخل المخ (ICV) Aβ (1-42) نموذج الفئران من AD. الطرق : تم تحضير SLN - Metformin بواسطة طريقة الاستحلاب الدقيق وتم تقييمه بشكل أكبر بواسطة زيتايزر ومسح المجهر الإلكتروني. في المرحلة التجريبية على الحيوانات، تم تحفيز مرض الزهايمر عن طريق حقن ثنائي للقيمة المحلية لـ Aβ باستخدام تقنية التجسيمية، في حين تلقت مجموعة التحكم (SHAM) ICV - NS. بعد 14 يومًا من تحريض النموذج، تم تقسيم الفئران المعالجة بـ ICV - Aβ إلى 5 مجموعات: مكافحة الأمراض (بدون علاج)، جرعة الميتفورمين (50 مجم/كجم، 100 مجم/كجم و 150 مجم/كجم)، SLN من الميتفورمين 50 مجم/كجم و memantine 1.8mg/kg (التحكم الإيجابي). تم اختبار الحيوانات للأداء المعرفي (في EPM، MWM) بعد 21 يومًا من العلاج، ثم تم التضحية بها. تم تقييم تجانس الدماغ باستخدام ELISA لـ (Aβ (1-42), hyperphosphorylated tau, pAKTser473, GSK -3β, p - ERK,) و HPLC (مستوى الميتفورمين). تم استخدام علم الأنسجة المرضي في الدماغ لتقييم درجة إصابة الخلايا العصبية (H&E) و Bcl2 و BAX (IHC). النتائج: كان متوسط حجم SLN - الميتفورمين <200 نانومتر وكان كرويًا الشكل مع كفاءة انحباس 94.08 ٪. بالمقارنة مع الشام، أظهرت مجموعة السيطرة على الأمراض ضعفًا في الذاكرة أعلى بكثير (p≤0.05) (في MWM و EPM)، وتاو مفرط الفسفرة أعلى، Aβ (1-42)، و Bax وتعبير Bcl -2 أقل. كان الميتفورمين قابلاً للاكتشاف في الدماغ. قلل العلاج بالميتفورمين وشكله SLN بشكل كبير من ضعف الذاكرة وكذلك قلل من التعبير عن تاو مفرط الفسفرة، Aβ(1-42)، تعبير Bax وزيادة التعبير عن Bcl -2 في الدماغ. يمكن أن يكون مسار تاو AKT - ERK - GSK3 β - Hyperphosphorylated متورطًا في الفعالية الوقائية للميتفورمين. الخلاصة: تم العثور على كل من الميتفورمين والميتفورمين SLN لتكون فعالة كعامل علاجي في نموذج الفئران ICV - AB من AD. وجد أن مسار تاو AKT - ERK - GSK3 β - Hyperphosphorylated متورط في الفعالية الوقائية للميتفورمين.Translated Description (French)
Résumé Contexte : La résistance à l'insuline dans le cerveau joue un rôle essentiel dans la pathogenèse de la maladie d'Alzheimer (MA). La metformine est un médicament antidiabétique sensibilisant à l'insuline qui traverse la barrière hémato-encéphalique. L'étude actuelle a évalué le rôle thérapeutique et mécanistique de la nanoformulation lipidique conventionnelle ainsi que solide (SLN) de la metformine dans le modèle intracérébro ventriculaire (ICV) Aβ (1-42) de la MA chez le rat. Méthodes : La SLN-metformine a été préparée par la méthode de micro-émulsification et évaluée par zétasiseur et microscopie électronique à balayage. Dans la phase expérimentale animale, la MA a été induite par une injection bilatérale d'Aβ par ICV en utilisant une technique stéréotaxique, tandis que le groupe témoin (simulacre) a reçu ICV-NS. 14 jours après l'induction du modèle, les rats traités par ICV-Aβ ont été divisés en 5 groupes : contrôle de la maladie (pas de traitement), dose de metformine de (50 mg/kg, 100 mg/kg et 150 mg/kg), SLN de metformine 50 mg/kg et mémantine 1.8mg/kg (contrôle positif). Les animaux ont été testés pour leurs performances cognitives (en EPM, MWM) après 21 jours de traitement, puis sacrifiés. L'homogénat cérébral a été évalué en utilisant ELISA pour (Aβ (1-42), tau hyperphosphorylé, pAKTser473, GSK-3β, p-ERK,) et HPLC (taux de metformine). L'histopathologie cérébrale a été utilisée pour évaluer le score de lésion neuronale (H&E) et Bcl2 et BAX (IHC). Résultats : La taille moyenne de la SLN-métformine était <200 nm et était de forme sphérique avec une efficacité de piégeage de 94,08 %. Comparativement à la simulation, le groupe de contrôle de la maladie a montré une déficience de la mémoire significativement plus élevée (p≤0,05) (en MWM et en EPM), une tau hyperphosphorylée plus élevée, une Aβ (1-42) et une expression de Bax et de Bcl-2 plus faible. La metformine était détectable dans le cerveau. Le traitement par la metformine et sa forme SLN a significativement diminué les troubles de la mémoire ainsi que l'expression de tau hyperphosphorylée, Aβ(1-42), l'expression de Bax et l'expression accrue de Bcl-2 dans le cerveau. La voie tau hyperphosphorylée AKT-ERK-GSK3β peut être impliquée dans l'efficacité protectrice de la metformine. Conclusion : La metformine et la metformine SLN se sont révélées efficaces en tant qu'agent thérapeutique dans le modèle de la MA chez le rat ICV-AB. La voie tau AKT-ERK-GSK3β-hyperphosphorylée est impliquée dans l'efficacité protectrice de la metformine.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes: La resistencia a la insulina en el cerebro juega un papel crítico en la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer (EA). La metformina es un fármaco antidiabético sensibilizador de la insulina que cruza la barrera hematoencefálica. El estudio actual ha evaluado el papel terapéutico y mecanicista de la nanoformulación lipídica (SLN) convencional y sólida de metformina en el modelo de rata Aβ (1-42) intracerebroventricular (ICV) de EA. Métodos : La metformina SLN se preparó mediante el método de microemulsificación y se evaluó adicionalmente mediante zetasizer y microscopía electrónica de barrido. En la fase experimental con animales, la EA se indujo mediante inyección ICV bilateral de Aβ utilizando una técnica estereotáxica, mientras que el grupo de control (simulado) recibió ICV-NS. 14 días después de la inducción del modelo, las ratas tratadas con ICV-Aβ se dividieron en 5 grupos: control de la enfermedad (sin tratamiento), dosis de metformina de (50 mg/kg, 100 mg/kg y 150 mg/kg), SLN de metformina 50 mg/kg y memantina 1.8mg/kg (control positivo). Los animales se sometieron a pruebas de rendimiento cognitivo (en EPM, MWM) después de 21 días de terapia y luego se sacrificaron. El homogeneizado de cerebro se evaluó mediante ELISA para (Aβ (1-42), tau hiperfosforilada, pAKTser473, GSK-3β, p-ERK) y HPLC (nivel de metformina). La histopatología cerebral se utilizó para evaluar la puntuación de lesión neuronal (H&E) y Bcl2 y BAX (IHC). Resultados: El tamaño promedio de SLN-metformina fue <200 nm y fue de forma esférica con una eficiencia de atrapamiento del 94.08%. En comparación con la simulación, el grupo de control de la enfermedad mostró un deterioro de la memoria significativamente mayor (p≤0.05) (en MWM y EPM), mayor tau hiperfosforilada, Aβ (1-42) y BAX y menor expresión de Bcl-2. La metformina fue detectable en el cerebro. El tratamiento con metformina y su forma SLN disminuyó significativamente el deterioro de la memoria, así como la expresión de tau hiperfosforilada, Aβ(1-42), la expresión de Bax y el aumento de la expresión de Bcl-2 en el cerebro. La vía tau hiperfosforilada AKT-ERK-GSK3β puede estar implicada en la eficacia protectora de la metformina. Conclusión: Se encuentra que tanto la metformina como la metformina SLN son efectivas como agente terapéutico en el modelo de rata ICV-AB de EA. Se encuentra que la vía tau hiperfosforilada AKT-ERK-GSK3β está involucrada en la eficacia protectora de la metformina.Files
latest.pdf.pdf
Files
(5.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:22d228be1cd72645760a7d7653acecd5
|
5.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- آلية العمل العلاجية الجديدة للميتفورمين وصيغته النانوية في مرض الزهايمر ودور مسار AKT/ERK/GSK.
- Translated title (French)
- Nouveau mécanisme d'action thérapeutique de la metformine et de sa nanoformulation dans la maladie d'Alzheimer et rôle de la voie AKT/ERK/GSK.
- Translated title (Spanish)
- Nuevo mecanismo terapéutico de acción de la metformina y su nanoformulación en la enfermedad de Alzheimer y el papel de la vía AKT/ERK/GSK.
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3189241716
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-764206/v1
References
- https://openalex.org/W1976938042
- https://openalex.org/W2091549058
- https://openalex.org/W2155326661