Metabolic syndrome (MetS) is an important public health concern of industrialized countries. MetS is a cluster of metabolic disturbances, including abdominal obesity, atherogenic dyslipidemia, elevated blood pressure, insulin resistance and the presence of a proinflammatory and prothrombotic state. Currently, there is no successful therapeutic intervention for the prevention and treatment of this disorder. Chronic systemic inflammation and hypercholesterolemia are two important therapeutic targets of MetS. The goal of this work is to develop a novel microencapsulated ferulic acid-producing probiotic Lactobacillus formulation as a MetS biotherapeutic. Specifically, a number of selected probiotic strains were screened for their ferulic acid esterase activity to select the best probiotic producer of ferulic acid from ethyl ferulate, a natural substrate. Ferulic acid is a molecule with important therapeutic properties relevant to the development of a MetS biotherapeutic. Due to the harsh conditions of the gastrointestinal tract, we propose microencapsulation as a carrier capable of protecting the viability and activity of the probiotic cells. Hence, the best ferulic acid-producing L. fermentum was microencapsulated using alginate-polylysine-alginate microcapsules. The probiotic viability and activity in the microcapsules was significantly higher than that of non-microencapsulated probiotic cells following exposure to gastrointestinal conditions in an in vitro model, demonstrating its suitability for oral delivery. The probiotic L. fermentum formulation was shown to possess anti-inflammatory properties, in vitro. Specifically, the probiotic reduced the secretion of macrophage pro-inflammatory cytokines and provided protection of the intestinal epithelial integrity in a co-culture model of the epithelium. As well, the probiotic formulation demonstrated important cholesterol-lowering activity, by assimilating cholesterol and via inhibition of colon epithelium cholesterol uptake, determined in vitro. Results also demonstrate that L. fermentum, administered in animal models of MetS, significantly reduced a number of MetS-associated risk factors, including cholesterol, adiposity, insulin resistance and hyperglycemia. This novel work indicates the potential of a ferulic acid-producing microencapsulated probiotic formulation as a biotherapeutic for MetS treatment and prevention. Further studies, including clinical investigations, are required to demonstrate the full potential of this probiotic biotherapeutic for the management of MetS. / Le syndrome métabolique (SMet) est une préoccupation importante des pays industrialisés au niveau de la santé publique. SMet est un groupe de troubles métaboliques, qui comprend l'obésité abdominale, la dyslipidémie athérogènique, l'hypertension artérielle, la résistance à l'insuline et la présence d'un état pro-inflammatoire et pro-thrombotique. Actuellement, il n'existe aucune intervention thérapeutique efficace pour la prévention et le traitement de ce syndrome. L'inflammation systémique chronique et l'hypercholestérolémie sont deux cibles thérapeutiques importantes du SMet. Le but de cette recherche est de développer une nouvelle formulation biothérapeutique de microcapsules probiotiques produisant de l'acide férulique pour combattre le SMet. En particulier, des souches probiotiques ont été évaluées pour leur activité d'estérase d'acide férulique pour choisir le probiotique produisant le plus d'acide férulique. L'acide férulique est une molécule possédant des propriétés thérapeutiques importantes relatives au développement d'une biothérapeutique SMet. La souche de L. fermentum sélectionnée a été microencapsulée à l'intérieur de microcapsules d'alginate-polylysine-alginate. La viabilité des cellules probiotiques et leur activité dans les microcapsules était significativement supérieure à celle des cellules probiotiques non-microencapsulées une fois soumises à des conditions gastro-intestinales dans un modèle in vitro, ce qui démontre leur aptitude à l'administration orale. La formulation probiotique L. fermentum a démontré des propriétés anti-inflammatoires, in vitro. En particulier, le probiotique L. fermentum réduit la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires par les macrophages et assure la protection de l'intégrité épithéliale intestinale dans un modèle in vitro de l'épithélium. La formulation probiotique a aussi démontré une activité anti-cholestérol importante en assimilant le cholestérol et par l'inhibition de l'absorption du cholestérol par l'épithélium du côlon, déterminée in vitro. Les résultats démontrent également que L. fermentum, administré dans des modèles animaux de SMet, réduit de manière significative plusieurs facteurs associés au SMet, y compris le cholestérol, l'adiposité, l'insulinorésistance et l'hyperglycémie. Cette nouvelle recherche démontre le potentiel d'une formulation probiotique microencapsulée, produisant de l'acide férulique, comme un biothérapeutique pour le traitement et la prévention du SMet. D'autres études, y compris des études cliniques, sont nécessaires pour démontrer la pertinence de ce produit.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121276 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Tomaro-Duchesneau, Catherine |
| Contributors | Satya Prakash (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Biomedical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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