Ex vivo and in vivo studies with VO (dmpp) : validation of its anti-diabetic properties

Abstract

The compound bis(1,2-dimethyl-3-hydroxy-4-pyridinone) oxovanadium(IV), VO(dmpp)2 has been extensively studied in our group. Structural studies were already carried out to characterize the vanadium species present in solution at physiological conditions and it was also determined pKa values and stability constants. Biochemical studies with cellular models have shown that this compound has properties indicative of insulin mimetism. In particular, ex vivo studies with rat adipocytes demonstrated that it increases glucose uptake, inhibits FFA release and promotes Akt phosphorylation, in non-toxic concentrations. More recently, in vivo studies with Zucker fatty rats, an obese pre-diabetic animal model, clearly showed that treatment with a daily dose of this compound during 30 days, ameliorates the diabetic features characteristic of this animal model such as gain of body weight, abdominal fat width and hepatic triglycerides content as assessed by MRI/MRS techniques. It was also demonstrated a totally reverses the glucose intolerant profile. In this work further studies were carried out to validate the promising anti-diabetic capacity of VO(dmpp)2, using ex vivo studies with isolated GK rat adipocytes and pancreatic islets, adipocytes from human adipose tissue and in vivo studies with GK rats, a type 2 diabetic model. Ex vivo parameters indicative of insulin mimetism were evaluated such as stimulated glucose uptake, inhibition of glycerol release and glucose induced insulin secretion in hypoglycaemic and hyperglycaemic states. Additionally, in vivo parameters observed were body weight, blood glucose levels and the oral glucose tolerant test. In glucose uptake studies, insulin was used as a positive control and, in experiences of adipocytes from rats, BMOV, a compound which was already in clinical trials, was also tested for comparison. Wistar rats were used as a normal control. The data obtained indicates that VO(dmpp)2, in non-toxic concentrations, promotes glucose uptake by GK rat and human adipocytes, similarly to physiological insulin concentrations, and has a better performance than BMOV in 6 the same concentration. This means that VO(dmpp)2 can act as a substitute of insulin although the results showed that it doesnʼt enhance insulin action. Preliminary results showed that this compound seems to inhibit glycerol release from human adipocytes, reinforcing previous published data about specific effects on lipid metabolism. It was also observed a increase of glucose-induced insulin secretion by β-cells in the presence of VO(dmpp)2 which is concentration –dependent. A daily dose of 44 μmol/Kg body weight of VO(dmpp)2, was intraperitoneal administered to GK and Wistar rats during 21 days. It was verified that the treatment had no much effect on the normal progression of body weight of Wistar and GK rats, however, decreased blood glucose levels in the type 2 diabetic model and ameliorates the glucose intolerant profile characteristic of these animals. The data here obtained corroborate previous published results with other cell and animal models, and provide additional positive information. Thus, it was reinforced the antidiabetic properties of VO(dmpp)2.

O composto bis(1,2-dimetil-3-hidroxi-4-piridinona) oxovanadio(IV), VO(dmpp)2 tem sido extensivamente estudado no nosso grupo. Estudos estruturais foram já realizados com o objetivo de caracterizar as espécies de vanádio presentes em solução, em condições fisiológicas, assim como, determinar os valores de pKa e as constantes de estabilidade. Estudos bioquímicos com modelos celulares mostraram que este composto tem propriedades insulino-miméticas. Em particular, estudos ex vivo com adipocitos de ratos demonstraram um aumento na captação de glicose, inibição da libertação de FFA e aumento da fosforilação da Akt na presença de concentrações não toxicas. Recentemente, estudos in vivo com ratos obesos Zucker, um modelo animal diabético e obeso, demonstraram claramente que o tratamento com doses diárias deste composto durante 30 dias, reduz as características diabéticas típicas deste modelo animal como o ganho de peso, a gordura abdominal e os triglicerídeos hepáticos, monitorizados pela técnica de MRI/MRS. Foi também demonstrado uma total regressão do perfil de intolerância a glicose. Neste trabalho novos estudos foram realizados para validar a capacidade antidiabética do VO(dmpp)2, utilizando adipócitos e ilhéus pancreáticos isolados de ratos GK, adipócitos isolados de humanos e estudos in vivo com ratos GK, um modelo animal diabético tipo 2. Foram avaliados os parâmetros ex vivo indicativos de insulino mimetismo, tais como, captação de glicose, inibição da libertação de glicerol e a secreção de insulina estimulada por glucose num estado hipo e hiperglicémico. Adicionalmente, os parêmetros in vivo observados foram o peso do corpo, os níveis de glicose no sangue e o teste de tolerância à glicose. Nos estudos de captação de glicose, a insulina foi utilizada como controlo positivo e, nas experiências com adipócitos de ratos, o BMOV, um composto que já teve em testes clínicos, foi também testado para comparação. Os ratos Wistar foram utilizados como controlo normal. Os resultados obtidos indicam que o VO(dmpp)2, em concentrações não tóxicas, promove a captação de glucose in adipócitos de ratos GK e humanos, com valores semelhantes aos correspondentes às concentração de insulina em condições fisiológicas, e possui uma maior eficiência comparando com a mesma concentração de BMOV. Estes resultados significam que VO(dmpp)2 pode atuar como substituto da insulina, embora os resultados mostram que não aumenta o seu efeito. Resultados preliminares demonstraram que este composto parece inibir a libertação de gliceraol em adipócitos humanos, reforçando os resultados previamente publicados sobre o efeito especifico no metabolismo dos lípidos. Foi também demonstrado um aumento da secreção de insulina estimulada por glicose, em células-β do pâncreas, na presenção de VO(dmpp)2, demonstrando um efeito dependente da concentração. Uma dose diária de 44 μmol/Kg por peso de corpo de VO(dmpp)2 foi administrado i.p. a ratos Wistar (control) e GK durante 21 dias. Não foi verificado nenhum efeito na normal progressão de crescimentos de ambos os ratos, no entanto, foi verificado uma diminuição do nível de glicose no sangue dos ratos diabéticos e foi também verificado um melhoramento no perfil de intolerância a glicose característico destes animais. Os resultados apresentados aqui estão de acordo com os resultados publicados com outras células e outros modelos animais, e providenciam importante informação. Assim, foram reforçadas as propriedades anti-diabéticas do VO(dmpp)2.