Evaluation of the anti-inflammatory and antioxidant activities of curcumin derivatives

Abstract

Currently, type 2 diabetes mellitus is one of the major public health problems. Although the list of antidiabetic drugs is extent, the truth is therapeutic goals are not fully accomplished. Additionally, some adverse effects may provoke a low adherence to therapy, which is the driving force for the investigation of new antidiabetic drugs. Our interest in curcumin is due to the traditional use of Curcuma longa rhizome in India and China to treat diabetes. Besides, several studies have demonstrated that curcumin and its derivatives show a wide range of biological effects, such as antioxidant, anti-inflammatory and immunomodulatory activities. Thus, the aim of this pilot study was to evaluate the impact of three synthesized curcumin derivatives – curcumin, derivative 20 and derivative 27 – on type 2 diabetes mellitus. To evaluate the hypoglycemic activity, it was performed a three-day in vivo study consisting in a daily subcutaneous administration of curcumin derivatives in Goto-Kakizaki rats. At day 3, the ability to decrease the insulin resistance was evaluated through Insulin Tolerance Test. The Alamar Blue assay was used in the murine macrophage cell line RAW 264.7 and fibroblast-like cell line COS-7 to assess the cytotoxic activity of curcumin and its derivatives. The same cell line RAW 264.7 enrolled a Griess assay to determine the anti-inflammatory activity. Finally, the antioxidant activity was determined by a modified Thiobarbituric Acid Reactive Substances assay. The authors concluded that derivative 27 is quite promising for future research, as it revealed a strong antidiabetic activity and a selectivity to inhibit macrophage proliferation, which may be useful in the established inflammation in type 2 diabetes mellitus. Future research should focus on the cellular and molecular mechanisms underlying the observed effects and on the development of an ideal formulation compatible with biological matrices, since dissolution of curcumin and its derivatives is a major problem.

Atualmente, a Diabetes Mellitus tipo 2 é um dos principais problemas de saúde pública. Embora a lista de fármacos antidiabéticos seja extensa, a verdade é que os objetivos terapêuticos não são totalmente cumpridos. Adicionalmente, alguns efeitos adversos podem provocar uma baixa adesão à terapêutica, sendo a força motriz para a investigação de novos fármacos antidiabéticos. O nosso interesse pela curcumina deve-se ao uso tradicional do rizoma de Curcuma longa na Índia e na China para tratar a diabetes. Para além disso, vários estudos têm demonstrado que a curcumina e os seus derivados apresentam uma ampla variedade de efeitos biológicos, tais como atividades antioxidante, anti-inflamatória e imunomoduladora. Desta forma, o objetivo deste estudo piloto foi avaliar o impacto de três derivados sintetizados da curcumina – curcumina, derivado 20 e derivado 27 – na Diabetes Mellitus tipo 2. Para avaliar a atividade hipoglicemiante, foi realizado um estudo in vivo de três dias consistindo na administração subcutânea diária de derivados de curcumina em ratos Goto-Kakizaki. No terceiro dia, a capacidade de diminuir a resistência à insulina foi avaliada através do Teste de Tolerância à Insulina. O ensaio Alamar Blue foi utilizado na linha celular de macrófagos murinos RAW 264.7 e na linha celular semelhante a fibroblastos COS-7 para avaliar a atividade citotóxica da curcumina e dos seus derivados. A mesma linha celular RAW 264.7 foi submetida ao ensaio de Griess para determinar a atividade anti-inflamatória. Finalmente, a atividade antioxidante foi determinada através de um ensaio modificado de Substâncias Reativas do Ácido Tiobarbitúrico. Os autores concluíram que o derivado 27 é bastante promissor para estudos futuros, uma vez que revelou uma forte atividade antidiabética e uma seletividade para inibir a proliferação de macrófagos, o que poderá ser útil na inflamação instaurada na Diabetes Mellitus tipo 2. Os estudos futuros deverão focar-se nos mecanismos celulares e moleculares subjacentes aos efeitos observados e no desenvolvimento de uma formulação ideal compatível com matrizes biológicas, uma vez que a dissolução da curcumina e dos seus derivados é um problema relevante.