تأثير البكتين على فعالية انزيمات البنكرياس المصلية لمرضى السكري من النوع الثاني

رسالة ماجستير

اسم الباحث : زهراء رعد عبد الحكيم

اسم المشرف : م.د. اثير حميد عوده الغانمي, أ.د. سرى احمد عبد الستار

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية الطب

الاختصاص : الكيمياء السريرية

سنة نشر البحث : 2022

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلفية: داء السكري (DM) هو سلسلة من حالات التمثيل الغذائي التي تؤدي إلى ارتفاع السكر في الدم الناجم عن خلل إفراز الأنسولين أوخلل كفاءة الأنسولين أو كليهما. داء السكري من النوع 2 (T2DM) هو اعتلال في جزرباراكرينوباثي ، حيث تتعطل العلاقة المتساوية بين كل من خلية ألفا التي تفرز الجلوكاجون وخلية بيتا التي تفرز الأنسولين ، مما يؤدي إلى فرط جلوكاجون الدم وارتفاع السكر في الدم. يتميز مرضى T2DM في الغالب بأنهم يعانون من السمنة أو لديهم نسبة دهون أعلى في الجسم ، موزعة بشكل سائد في منطقة البطن. في هذه الحالة ، تعزز الأنسجة الدهنية مقاومة الأنسولين من خلال آليات التهابية مختلفة ، بما في ذلك زيادة إفراز الأحماض الدهنية الحرة (FFA) وتحرير الدهون.البكتين هو بوليمر متعدد السكاريد متوافق حيوياً مع نشاط بيولوجي ، والذي قد يظهر هياكل مختلفة اعتمادًا على مصدره أو طريقة الاستخراج. البكتين عرضة للتغيرات الفيزيائية والكيميائية و / أو الأنزيمية. Apple pomaceوبدرجة أقل هو المصدر الرئيسي للبكتين التجاري. تحتوي المواد النانوية المعدلة بالبكتين على عامل مضاد لمرض السكر في (T2DM) من خلال خفض مستويات الجلوكوز في الدم و / أو إفراز الأنسولين بعد تحميل السكر ، ويساعد على تقليل نسبة الكوليسترول في الدم ، ويقلل من خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية.نظرًا لتوافره العالي وتكلفة إنتاجه المنخفضة ، يمكن أن يستفيد البكتين من علاجات إنقاص الوزن والسمنة. إلى جانب ذلك ، نظرًا لأن البكتين حمض ضعيف ، فإنه يقاوم التفكك في بيئة المعدة ويرتبط تساهميًا بالمواقع النشطة lipaseالبنكرياس. علاوة على ذلك ، من المستحسن للغاية دراسة تأثير الجسيمات النانوية المعدلة من البكتين على إنزيمات البنكرياس في مصل مرضى (T2DM) من خلال قياس أنشطةlipase و amylase في غياب ووجود الجسيمات النانوية ، وقياس الدهون ، وكذلك مستوياتghrelin في مصل مرضى (T2DM) ، وتقييم العلاقة بين أنزيمات البنكرياس والماركرات البيوكيميائية المدروسة.
المواد وطرق العمل: وشملت الدراسة مجموعة من 39 مريضا يعانون من داء السكري من النوع 2 و 39 شخصا أصحاء تتراوح أعمارهم بين 35 إلى 60 عاما. تم التحديد الكمي لـ α-amylase في مصل الدم بالطريقة الحركية (CNPG3) وتم تحديد مستوى glucose ، lipase ، الكوليسترول الكلي في الدم ، الدهون الثلاثية في الدم ، HDL بواسطة طريقة القياس اللوني. بالإضافة إلى ذلك ، تم حساب LDL بالطريقة غير المباشرة وتم حساب VLDL عن طريق قسمة تركيز الدهون الثلاثية على 5. استند تحديد HbA1c إلى (TINIA) للدم الكامل المنحل وقياس insulinفي الدم ومصلghrelin تم إجراؤها بواسطة (ELISA).
تحضير جزيئات البكتين النانوية وجسيمات كربونات الكالسيوم النانوية (CaCO3 NPs). بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجسيمات النانوية ذات القشرة الأساسية من البكتين الكالسيوم والمشار إليها باسم CaCO3@ pectin NPs كانت عبارة عن طلاء مركب لسطح جسيمات كربونات الكالسيوم النانوية مع بوليمر البكتين. تم توصيف المواد النانوية المحضرة باستخدام المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاث الميداني (SEM) ، حيود الأشعة السينية (XRD) ، تشتت الضوء الديناميكي (DLS) ، مقياس الطيف المرئي فوق البنفسجي (UV-Vis-NIR) ، إمكانات زيتا ، و المجهر الإلكتروني النافذ (TEM).
النتائج: أشارت النتائج إلى وجود فرق معنوي في FBS بين المجموعات ، كان متوسط مستويات FBS لـ DM (203.7 ± 72.3) ملجم / ديسيلتر وهو أعلى بكثير من المجموعة السيطرة (88.6 ± 7.64) مجم / ديسيلتر ، (p 0.001) ). كان متوسط HbA1c لـ DM (9.5 ± 2.35) أعلى بكثير من الاصحاء (4.9 ± 0.48) ، p 0.001. كان متوسط مستويات نشاط amylaseوlipase في مجموعة مرضى DM (71.4 ± 29.11) و (49.7 ± 14.69) (U / L) على التوالي ، بينما كان المتوسط في المجموعة السيطرة (72.7 ± 27.19) و (42.0) ± 7.35) (U / L). أظهر متوسط مستويات نشاط lipaseاختلافًا كبيرًا في مرضى T2DM مقارنة بمجموعة السيطرة (الاصحاء) ، (P <0.05).كما ان زيادة هرمونات المصل بشكل كبير (P <0.05) ، مما يشير إلى أن مرضى DM لديهم مقاومة واضحة للأنسولين. كان متوسط مستويات insulin وghrelin في مصل الدم في مجموعة مرضى DM (18.3 ± 6.04) و (3.3 ± 1.01) (IU / L) على التوالي ، بينما كان المتوسط في المجموعة السيطرة (14.5 ± 5.41) و (2.6). ± 0.71) (IU / L).غالبًا ما يُطلق على التشوهات الدهنية في مرضى السكري اسم “عسر شحميات الدم السكري” ، وتتميز عادةً بارتفاع الكوليسترول الكلي (T-Chol) ، وارتفاع نسبة الدهون الثلاثية (TG) ، وانخفاض مستوى كوليسترول البروتين الدهني عالي الكثافة (HDL-C) ، ومستويات متزايدة بشكل كبير من جزيئات صغيرة كثيفة (VLDL و LDL). تم تمييز شكل وتركيب النانوبكتين المحضر باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني (SEM) والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM). زاد متوسط حجم CaCO3@ pectin NPs بعد التغليف ببوليمر البكتين ، مما يشير إلى نجاح تغليف البكتين على سطح CaCO3 NPs. تم أيضًا فحص أحجام الجسيمات للمواد النانوية المصنوعة باستخدام قياسات تشتت الضوء الديناميكي (DLS) ، مما يدل على نجاح تغليف بوليمر البكتين على CaCO3 NPs وتشكيل CaCO3 @ pectin core-shell NPs.
تم تحديد البنية البلورية لـ CaCO3 @ pectin بشكل أكبر من خلال نمط حيود الأشعة السينية (XRD). أظهرت النتائج أن CaCO3 NPs شديدة البلورية بينما CaCO3@ pectin NPs غير متبلور. تشير هذه النتائج بوضوح إلى التكوين الناجح لـ NPs المركب CaCO3@ pectin. الامتصاص البصري لـ CaCO3 @ Pectin NPs له CaCO3 والذي ما يقارب من 400 نانومتر دليل واضح على تكوين CaCO3 @ Pectin NPs. كان نشاط تجمع بمصل amylase في وجود CaCO3 @ Pectin NPs وجسيمات الكالسيوم النانوية وجزيئات البكتين النانوية 63.1 <82.2 <109.3 (U / L) على التوالي ، بينما كان نشاط تجمع lipaseالمصل 12.9 < 12.2 <20U / L) ). تم استخدام تحليل اختبار سبيرمان لتحليل علاقة الاستجابة بين الماركرات. بشكل أساسي ، كان FBS المصل مرتبطًا بشكل إيجابي بمستويات HbA1c و TG و VLDL. بالإضافة إلى ذلك ، ارتبطت مستويات TG بشكل كبير مع مستويات الكوليسترول الكلي ، VLDL ، ومستويات الأنسولين. كعامل خطر لخلل شحميات الدم في (T2DM) ، كان LDL في الدم مرتبطًا بشكل كبير وإيجابي بمستويات عالية من الكوليسترول الكلي (الكل P <0.001). العلاقة الكلية بين الماركرات وحالات الدراسة هي أيضًا معامل الارتباط لـ Ghrelin و Lipase و Amylase.
الخلاصة: CaCO3 @ Pectin NPs لها تأثير مثبط على نشاط إنزيمات lipase وamylase، بينما أظهرت جزيئات البكتين النانوية تأثيرًا منشطًا على إنزيم amylase . لذلك ، من الممكن دراسة إمكانية استخدام جزيئات البكتين النانوية بأشكال مختلفة كناقل لأدوية السكري حسب الحالة الفسيولوجية لمريض السكري.

Effectiveness of Pectin on Serum Pancreatic Enzymes Activity of Type 2 Diabetes Mellitus

Background: Diabetes mellitus (DM) is a series of metabolic conditions that lead to hyperglycemia which is caused by impaired insulin secretion, poor insulin efficiency, or both. Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is an islet paracrinopathy, in which the equal relationship between both the glucagon secreting alpha cell and the insulin-secreting beta cell is disrupted, resulting in hyperglucagonemia and hyperglycemia. Patients with T2DM are mostly characterized by being obese or having a higher body fat percentage, distributed pre-dominantly in the abdominal region. In this condition, adipose tissue promotes insulin resistance through various inflammatory mechanisms, including increased free fatty acid (FFA) release and adipokine deregulation. Pectin is a biocompatible polysaccharide polymer with intrinsic biological activity, which may exhibit different structures depending on its source or extraction method. Pectin is susceptible to physical, chemical, and/or enzymatic changes. Apple pomace and a smaller extent is the main source of commercial pectin. Pectin-modified nanomaterials has an antidiabetic agent in (T2DM) through decreasing blood glucose levels and/or insulin secretion after a sugar load, helps to reduce blood cholesterol, and reduces the risk of cardiovascular disease. Due to its high availability and low production cost, pectin can benefit treatments for weight reduction and obesity. Besides, as pectin is a weak acid, it resists dissociation in the gastric environment and binds covalently to the active sites of pancreatic lipase. Furthermore, it is highly desirable to study the effect of pectin-modified nanoparticles on the pancreatic enzymes in sera of (T2DM) patients by evaluating the lipase and amylase activities in the absence and presence of nanoparticles, evaluating of lipid profile, as well as ghrelin levels in sera of (T2DM) patients, and assess the relationship of pancreatic enzymes and studied biochemical parameters.
Method: It included a group of 39 patients with type 2 diabetes mellitus and 39 healthy people between the age of 35 to 60 years. Quantitative determination of α-amylase in serum was done by kinetic method (CNPG3) and the fasting serum glucose, lipase, total serum cholesterol, serum triglycerides, and HDL were determined by the colorimetric method. Additionally, LDL was calculated by the indirect method and VLDL was calculated by dividing the triglycerides concentration by 5. The HbA1c determination was based on the turbid metric inhibition immunoassay (TINIA) for hemolyzed whole blood and the measurement of serum human insulin and serum human ghrelin were done by an Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA). The preparation of pectin nanoparticles, and calcium carbonate nanoparticles (CaCO3 NPs). As well, calcium pectin core-shell nanoparticles denoted as Ca@pectin NPs were synthesized coating of the surface of calcium carbonate nanoparticles with pectin polymer. The characterization of prepared nanomaterials was done by using field-emission scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), dynamic laser scattering (DLS), ultra violet visible spectrophotometer (UV-Vis-NIR), Zeta potential, and transmission electron microscopy (TEM).
Results: Results indicated a significant difference in FBS among groups, The mean levels of FBS for DM was (203.7 ± 72.3) mg/dL which was significantly higher than for the control group (88.6 ±7.64) mg/dL, ( p ≤ 0.001). The mean of HbA1c for DM (9.5 ±2.35) was significantly higher than for control (4.9 ±0.48), p ≤ 0.001. The mean levels of the Amylase & Lipase activity in the DM patients group were (71.4 ±29.11) and (49.7 ±14.69) (U/L) respectively, while the mean levels in the control group were (72.7 ±27.19) and (42.0 ±7.35) (U/L). The mean levels of Lipase activity were shown a significant difference in T2DM patients compared to the healthy control group, (p <0.05). Serum hormones were also increased significantly (P < 0.05), suggesting that DM patients had an obvious insulin resistance. The mean levels of the serum Insulin & Ghrelin in the DM patients group were (18.3 ±6.04) and (3.3 ±1.01) (IU/L) respectively, while the mean levels in the control group were (14.5 ±5.41) and (2.6 ±0.71) (IU/L). Lipid abnormalities in patients with diabetes often termed “diabetic dyslipidemia”, are typically characterized by high total cholesterol (T-Chol), high triglycerides (TG), low range of high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C), and massively increased levels of small dense (VLDL and LDL) particles. The morphology and structure of the prepared nanopectin were characterized by using scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The average size of Ca@pectin NPs increased after coating with pectin polymer, indicating successful coating of pectin on the surface of CaCO3 NPs. The particle sizes of the as-made nanomaterials were also further examined using dynamic laser scattering (DLS) measurements, demonstrating the successful pectin polymer coating on CaCO3 NPs and the formation of CaCO3@pectin core-shell NPs. The crystalline structure of CaCO3@pectin was further identified by the X-ray diffraction (XRD) pattern. The results showed that the CaCO3 NPs are highly crystalline while the Ca@pectin NPs are amorphous. These results clearly indicate the successful formation of Ca@pectin composite NPs. The optical absorption of CaCO3@Pectin NPs has the characteristic peak of CaCO3 which at near 400 nm is clear evidence for the formation of CaCO3@Pectin NPs. The pool activity of serum Amylase in the presence of CaCO3@Pectin NPs, calcium nanoparticle, and pectin polmer was 63.1< 82.2< 109.3 (U/L) respectively, while the pool activity of serum lipase was 12.9˃ 12.2< 20 (U/L). The spearman rank test analysis was used to analyse the response relationship between parameters. Mainly, serum FBS was positively related to the HbA1c, TG, and VLDL levels. In addition, TG levels were significantly associated with total cholesterol, VLDL, and Insulin levels. As a risk factor for dyslipidemia in (T2DM), serum LDL was highly significantly and positively related to high levels of total cholesterol (all P < 0.001). The overall relationship between the parameters and study cases are also the individual Correlation Coefficient of the Ghrelin, Lipase, and Amylase.
Conclusion: CaCO3@Pectin NPs have an inhibitory effect on the activity of the enzymes lipase and amylase, while the pectin polymer showed an activating effect on enzyme amylase. Therefore, it is possible to study the possibility of using pectin nanoparticles in various forms as a carrier of diabetes drugs according to the physiological state of the diabetic patient.