Chitosan-Jahresrückblick 2017 und das Potential von Chitosan und COS zur Behandlung von Alzheimer

Zum Jahresende reflektieren wir kurz um welche Themen sich die Chitosan Welt dieses Jahr gedreht hat. Außerdem stellen wir einen Artikel zum Thema Alzheimer und der neuroprotektiven Wirkung von Chitosan, Chitosanoligosacchariden und deren Derivative vor.

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Im Jahr 2017 gab es viele neue, spannende und innovative Publikationen rund um Chitosan und Chitosan Derivative. Insgesamt erschienen 2804 Artikel mit dem Suchbegriff Chitosan gemäß Pubmed (Stand 11.12.2017). Der größte Anteil der Forschung in 2017 beschäftigte sich mit dem Einsatz von Chitosan für Nanopartikel (891), Hydrogele (283) und Scaffolds (204) (Tabelle 1). Das International Journal of Biological Macromolecules und Carbohydrate Polymers veröffentlichten die meisten Chitosan-bezogenen Artikel (381 bzw. 320).

Top terms Anzahl an Publikationen 2017* Chitosan  2804 Chitosan nanoparticle  891 Chitosan hydrogels  283 Chitosan scaffold  204 Chitosan composites  126 Chitosan oligosaccharide  59 Chitosan vaccines 39 Chitosan obesity 8 Chitosan alzheimer 3

* Stand 11. Dezember 2017 (PubMed)

Die Forschungs- und Anwendungsgebiete von Chitosan sind unglaublich vielfältig und wir haben bereits einige interessante Artikel zu Chitosan Hydrogelen (Link zu April und September) sowie Chitosan-basierten Implantatmaterialien (Link zu Februar und Juli) vorgestellt. Zum Jahresende präsentieren wir noch einen Artikel, der sich mit der von Dr. Alois Alzheimer entdeckten Volkskrankheit unserer alternden Gesellschaft beschäftigt.

Anwendung von Chitosan, Chitooligosacchariden und deren Derivate für die Behandlung von Alzheimer

Application of chitosan, chitooligosaccharide, and their derivatives in the treatment of alzheimer´s disease. Ouyang Q. Q., Zhao S., Li S. D., Song C.; Marine Drugs, 2017 Nov 7; 15(11). pii: E322. doi: 10.3390/md15110322.

Weltweit liegt die Prävalenz von Demenz bei bis zu 24 Millionen Betroffenen, wobei bis zum Jahr 2050 eine Vervierfachung dieses Wertes vorausgesagt wird [1]. Die am weitesten verbreitete Form ist die Alzheimer Demenz. Bei Alzheimer handelt es sich um eine progressive, neurodegenerative Erkrankung, welche mit Gedächtnisverlust, räumlicher Orientierungslosigkeit und dem deutlichen Rückgang der intellektuellen Fähigkeiten einhergeht. Folgende Punkte gehören zu den wichtigsten pathologischen Veränderungen des Hirngewebes von Erkrankten und sind die Ansatzpunkte für die Behandlung von Alzheimer:

• Extrazelluläre Ablagerungen von β-Amyloid Peptiden in Form von senilen Plaques
• Intrazelluläre Neurofibrillenbündel aus hyperphosphoryliertes Tau Protein
• Anstieg an Entzündungsreaktionen
• Apoptose von Neuronen
• Defizit an Acetylcholin (Ach)
• Ansammlung reaktiver Sauerstoffradikale
• Gestörtes dynamisches Gleichgewicht an Metallionen

Keiner dieser Faktoren alleine ist der Grund für Alzheimer, jedoch sind alle mit der Bildung von Amyloid-beta und Tau-Proteinen assoziiert. Derzeitige Behandlungsansätze für Alzheimer beinhalten Antioxidantien, Vitamine, Stammzellen, Estrogene, Blutdrucksenker und Lipidsenker, sowie Phosphodiesterase-Inhibitoren und β-Sekretase. Zusätzlich wird der Einsatz von Inhibitoren der Tau Hyperphosphorylierung und der Bildung von intrazellulären Neurofibrillenbündeln, sowie von Metallchelatoren, nichtsteroidalen Antirheumatika (NSAIDs) und vielem mehr erforscht.

Da die aktuelle klinische Behandlung von Alzheimer noch mit vielen Nebenwirkungen einhergeht, wird intensiv nach natürlichen neuroprotektiven Mitteln gesucht, die die Hauptsymptome stark verbessern oder die Krankheit sogar umkehren können. Im Mittelpunkt des vorgestellten Reviews steht der aktuelle Forschungsstand zu Chitosan, Chitosanoligosacchariden (COS) und COS Derivativen, welche neuroprotektive Aktivität, immunmodulatorische und entzündungshemmende Effekte besitzen und dabei nur geringe Nebenwirkungen festgestellt werden konnten.

Die Autoren des Reviews stellten verschiedenste Studien (siehe Tabelle) vor, die das neuroprotektive Potential von Chitosan und COS im Kontext von Alzheimer in verschiedenen Modellen untersuchten.

Wirkung von Chitosan und COS		Quelle
Anti-Neuroinflammatorisch	Hochmolekulares, wasserlösliches Chitosan kann die Produktion von proinflammatorischen Proteinen in vitro unterbinden	[2]
Anti-Oxidant	Reduktion von oxidativen Zellschäden Antioxidative Wirkung abhängig von Dosis und Polymerisationsgrad von COS Vorbehandlung mit COS inhibierte die Aβ Protein-induzierte Apoptose in Ratten	[3],[4]
Acetylcholinesterase Inhibition	COS Derivative (Dimethyl-COS und Diethyl-COS) wirken als nicht-toxische AChE Inhibitoren, wobei ein höherer Deacetylierungsgrad die Inhibition verstärkt	[5]
Adsorption von Kupferionen	COS bilden Chelatkomplexe mit Kupferionen, reduzieren dadurch oxidativen Stress und verhindern neuronale Schädigungen Behandlung mit COS erhöhte die Zellvitalität von Cu2+-behandelten neuronalen Zellen	[6]
Hemmung des Amyloid-beta Spaltungsenzyms	Orale Einnahme von COS (200-800 mg/kg) verbesserte Lern- und Gedächtnis-Defizite im Aβ1-24-induzierten Rattenmodel Inhibition der Aggregation von Aβ und reduzierte Fibrillenbildung durch COS	[7],[8]

Die genannten Studien zeigten die neuroprotektiven Wirkungen von Chitosan und COS, jedoch sind weitere Studien notwendig um Einschränkungen zu überwinden und die positiven Effekte auf Wahrnehmung, Lernen und Gedächtnis im Alzheimer-Tiermodel nachzuweisen.

Schlussfolgerung: Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Chitosan, COS und deren Derivative Effekte besitzen, die sich positiv auf die Symptome in der Entwicklung und dem Fortschreiten von Alzheimer auswirken. Jedoch ist weitere Forschung notwendig um die neuroprotektive Wirkung von Chitosan und COS zu belegen und die Entwicklung von Alzheimer Medikamenten mit Chitosan zu ermöglichen.

Quellen:

http://www.mdpi.com/1660-3397/15/11/322

[1] Reitz, C.; Mayeux, R. Alzheimer disease: Epidemiology, Diagnostic Criteria, Risk Factors and Biomarkers. Biochem Pharmacol. 2014 Apr 15, 88 (4): 640-651.
[2] Kim, M.S.; Sung, M.J.; Seo, S.B.; Yoo, S.J.; Lim, W.K.; Kim, H.M. Water-soluble chitosan inhibits the production of pro-inflammatory cytokine in human astrocytoma cells activated by amyloid beta peptide and interleukin-1beta. Neurosci. Lett. 2002, 321, 105–109.
[3] Jia, S.; Lu, Z.; Gao, Z.; An, J.;Wu, X.; Li, X.; Dai, X.; Zheng, Q.; Sun, Y. Chitosan oligosaccharides alleviate cognitive deficits in an amyloid-_1-42-induced rat model of Alzheimer’s disease. Int. J. Biol. Macromol. 2016, 83, 416–425.
[4] Dai, X.; Chang, P.; Zhu, Q.; Liu, W.; Sun, Y.; Zhu, S.; Jiang, Z. Chitosan oligosaccharides protect rat primary hippocampal neurons from oligomeric beta-amyloid 1-42-induced neurotoxicity. Neurosci. Lett. 2013, 554, 64–69.
[5] Yoon, N.Y.; Ngo, D.-N.; Kim, S.-K. Acetylcholinesterase inhibitory activity of novel chitooligosaccharide derivatives. Carbohydr. Polym. 2009, 78, 869–872.
[6] Huang, H.C.; Hong, L.; Chang, P.; Zhang, J.; Lu, S.Y.; Zheng, B.W.; Jiang, Z.F. Chitooligosaccharides attenuate Cu2+-induced cellular oxidative damage and cell apoptosis involving Nrf2 activation. Neurotox. Res. 2015, 27, 411–420.
[7] Jia, S.; Lu, Z.; Gao, Z.; An, J.;Wu, X.; Li, X.; Dai, X.; Zheng, Q.; Sun, Y. Chitosan oligosaccharides alleviate cognitive deficits in an amyloid-_1-42-induced rat model of Alzheimer’s disease. Int. J. Biol. Macromol. 2016, 83, 416–425.
[8] Dai, X.; Hou,W.; Sun, Y.; Gao, Z.; Zhu, S.; Jiang, Z. Chitosan Oligosaccharides Inhibit/Disaggregate Fibrils and Attenuate Amyloid beta-Mediated Neurotoxicity. Int. J. Mol. Sci. 2015, 16, 10526–10536.