Riassunto analitico
Il morbo di Alzheimer è una patologia cerebrale neurodegenerativa progressiva che colpisce milioni di persone in tutto il mondo. Per quanto eziologia e patogenesi di questa patologia non siano ancora del tutto chiare, è stato possibile identificare alcuni dei suoi tratti distintivi. Tra questi possiamo citare la formazione delle placche senili, a causa della deposizione di proteina β-amiloide, e l’iperfosforilazione della proteina tau che porta alla formazione dei grovigli neurofibrillari. Inoltre, questa patologia è caratterizzata anche da una situazione generale di stress ossidativo e infiammazione. Il cannabidiolo (CBD) è uno dei cannabinoidi più noti prodotti dalle piante di Cannabis sativa L. Recentemente, sempre più attenzione è stata rivolta a questo composto, grazie al fatto che non presenta attività psicotropa, a differenza di altri composti come il Δ-9-tetraidrocannabinolo (THC). Inoltre, grazie alle sue ben documentate proprietà antiinfiammatorie e antiossidanti, il CBD rappresenta un promettente agente terapeutico nei confronti di diverse patologie. L’obiettivo di questo lavoro era ottenere dati che potessero supportare l’adeguatezza del CBD come potenziale farmaco per il trattamento di patologie infiammatorie e neurodegenerative, in particolare del morbo di Alzheimer. Per fare questo sono stati eseguiti due tipi di saggi, conducendo esperimenti in vivo su Caernohabditis elegans, un nematode usato come organismo modello per studiare malattie umane. La facilità di mantenimento e di manipolazione, insieme al ciclo di vita rapido e alla trasparenza del corpo, rendono questo animale un buon modello per condurre esperimenti in vivo. In primo luogo, è stato eseguito un saggio di stress termico sul ceppo silvestre N2 di C. elegans, usando popolazioni sincronizzate al secondo e all’ottavo giorno della vita adulta. Precedenti studi hanno infatti dimostrato che l’esposizione a una temperatura più alte di quella ideale promuove la produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS), che a loro volta causano un danno ossidativo a diverse macromolecole (DNA, lipidi, proteine). L’attività antiossidante del CBD è stata testata misurando la sua capacità di aumentare la sopravvivenza dei nematodi allo stress termico. Delle concentrazioni di CBD testate, solo il trattamento con CBD a concentrazione 5 μM è riuscito a migliorare la termo-tolleranza dei nematodi. L’aumento nel tasso di sopravvivenza è stato molto più evidente al giorno 8 che al giorno 2. Considerando che concentrazioni più alte di CBD non hanno mostrato effetto, o addirittura hanno mostrato un effetto tossico, bisognerebbe considerare l’esistenza di un possibile comportamento ormetico di questo composto. In ogni caso, ulteriori ricerche sono necessarie per poter confermare questa ipotesi. Successivamente, per studiare la sua attività neuroprotettiva, il CBD a concentrazione 5 μM è stato testato su un ceppo geneticamente modificato di C. elegans, cioè CL2355. Questo ceppo mutante esprime la proteina β-amiloide a livello neuronale e per questo motivo è usato per studiare il morbo di Alzheimer. Nei nematodi mutanti il comportamento chemiotattico è compromesso, quindi è stato eseguito un saggio di chemiotassi per valutare se il trattamento con il CBD potesse ripristinare la corretta risposta chemiotattica. I nematodi mutanti, infatti, mostrano un indice di chemiotassi minore rispetto a quello del loro controllo. Il trattamento con il CBD ha prodotto un aumento dell’indice di chemiotassi dei nematodi trattati, fino a valori simili a quelli del controllo CL2122. Nel complesso il CBD sembra avere una sorta di effetto positivo sulla tossicità legata alla proteina β-amiloide, ma questi studi preliminari dovrebbero essere considerati solo l’inizio di una ricerca molto più profonda sull’attività neuroprotettiva di questo composto.
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Abstract
Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative brain disorder that affects millions of people worldwide. Even though aetiology and pathogenesis of this pathology are not completely clear, some of its major hallmarks have been identified. Among these, we can mention the formation of senile plaques, due to the deposition of β-amyloid peptides, and the hyperphosphorylation of tau protein which leads to the formation of neurofibrillary tangles. Importantly, this pathology is also characterized by a general situation of oxidative stress and inflammation.
Cannabidiol (CBD) is one of the most representative cannabinoids produced by Cannabis sativa L. plants. Recently more and more attention has been dedicated to this compound, thanks to the fact that it lacks psychotropic activity, unlike other compounds, such as Δ-9-tetrahydrocannabinol (THC). Moreover, owing to its well documented antioxidant and anti-inflammatory properties, CBD represents a promising therapeutic agent to treat different pathologies.
The purpose of this work was to obtain data that might support the suitability of CBD as a potential drug for the treatment of inflammatory and neurodegenerative disorders, in particular AD. To do this, two different types of assays have been carried out, using in vivo assays on Caenorhabditis elegans, which is a nematode used as a model organism to study human diseases. The ease of maintenance and manipulation, together with the rapid life cycle and body transparency, render this animal a good model for in vivo experiments.
Firstly, we performed a heat stress assay on the wild type C. elegans N2 strain, using synchronized populations on 2nd and 8th day of adulthood. Previous studies have indeed demonstrated that the exposure to temperature higher than the ideal one promotes the production of reactive oxygen species (ROS), which in turn procure oxidative damage in many macromolecules (DNA, lipids, protein). We tested the antioxidant activity of CBD by measuring its capacity in increasing nematodes’ survival to heat stress. We assessed CBD at different concentrations, but only the treatment with CBD at 5 μM concentration was able to improve worm thermotolerance. The increase in the survival rate was much more noticeable on day 8th than on day 2nd. Considering that CBD at higher concentration did not show any effect, or even showed toxic effects on the nematodes, a possible hormetic behaviour of this compound should be considered. Further investigation is, however, required to confirm this hypothesis.
Secondly, to investigate the neuroprotective activity of CBD we tested CBD at 5 μM on a genetically modified C. elegans strain, namely CL2355. This mutant strain expresses the β-amyloid peptide in neurons, and, for this reason, it is used as a model to study AD. We performed a chemotaxis assay to investigate whether the treatment with CBD was able to repristinate the correct chemotaxis behaviour which is compromised in mutant animals. These mutant nematodes show a chemotaxis index lower than their control. CBD was able to increase the chemotaxis index of treated nematodes, almost bringing it back to values similar to those of the control strain CL2122.
All in all, CBD seems to have a sort of positive effect on β-amyloid-related toxicity, but these preliminary studies should be considered the very beginning of a much more in-depth research about the neuroprotective activity of this compound.
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