Antiproliferative and anti-apoptotic effect of astaxanthin in an oxygen-induced retinopathy mouse model

• Published in: Canadian journal of ophthalmology Vol. 54; no. 1; pp. 65 - 74
• Main Authors: Küçüködük, Ali, Helvacioglu, Fatma, Haberal, Nihan, Dagdeviren, Attila, Bacanli, Didem, Yilmaz, Gursel, Akkoyun, Imren
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: England Elsevier Inc 01.02.2019
• Subjects: Animals; Animals, Newborn; Apoptosis - drug effects; Cell Proliferation - drug effects; Disease Models, Animal; Dose-Response Relationship, Drug; Fibrinolytic Agents; Hyperoxia - complications; In Situ Nick-End Labeling; Intravitreal Injections; Mice; Mice, Inbred BALB C; Microscopy, Electron; Oxygen - toxicity; Random Allocation; Retina - drug effects; Retina - ultrastructure; Retinal Diseases - diagnosis; Retinal Diseases - drug therapy; Retinal Diseases - etiology; Xanthophylls - administration & dosage
• ISSN: 0008-4182; 1715-3360
• DOI: 10.1016/j.jcjo.2018.02.017

To evaluate the impact of intravitreal (IV) and intraperitoneal (IP) astaxanthin (AST) injections on neovascular development (ND), retinal morphology, and apoptotic activity in a C57BL/6J mouse model with hyperoxia-induced retinopathy (HIR). C57BL/6J mouse model. Two negative control groups (n = 6 each; one of which received IV sterile dimethyl sulfoxide [DMSO]) of C57BL/6J-type mice were exposed to room air. The HIR groups included 36 C57BL/6J-type mice exposed to 75% ± 2% oxygen from postnatal day (PD) 7 to PD 12. On PD 12, these mice were randomized into 6 groups (n = 6 each): 2 HIR control groups (one of which received IV-DMSO), 2 IV-AST groups (10 and 100 µg/mL), and 2 IP-AST groups (0.5 and 5 mg/kg). We measured ND by counting neovascular tufts in cross sections and examined histological, ultrastructural changes via light and electron microscopy. Apoptosis was detected using terminal deoxynucleotidyl transferase–mediated nick end-labeling. No ND was detected in the negative control groups. ND levels were not significantly different between high- and low-dose AST for either means of administration. However, ND levels were significantly lower in the AST groups, regardless of delivery, compared to the control groups. The means of delivery (IP versus IV) also yielded significant differences in ND. The incidence of mitochondrial dysmorphology and apoptosis were lower in groups receiving AST. AST seems to suppress ND and has anti-apoptotic activity in the HIR mouse model. Évaluer l’effet des injections intravitréennes (IV) et intrapéritonéales (IP) d’astaxanthine (AST) sur le développement néovasculaire (DN), la morphologie rétinienne et l’activité apoptotique dans un modèle murin C57BL/6J chez lequel on a provoqué une rétinopathie par hyperoxie (RPH). Modèle murin C57BL/6J. Deux groupes témoins négatifs (6 souris dans chaque groupe, dont un a reçu du diméthylsulfoxyde [DMSO] IV stérile) de souris de type C57BL/6J ont été exposés à l’air ambiant. Les groupes RPH comprenaient 36 souris de type C57BL/6J qui ont été exposées à 75 % ± 2 % d’oxygène du jour 7 au jour 12 après la naissance. Au jour 12, ces souris ont été randomisées en 6 groupes de 6 souris chacun: 2 groupes RPH témoins (dont un a reçu le DMSO IV), 2 groupes AST IV (10 et 100 µg/mL) et enfin 2 groupes AST IP (0,5 et 5 mg/kg). Nous avons mesuré le DN en comptant les touffes néovasculaires dans les coupes transversales et avons examiné les modifications histologiques ultrastructurales au microscope optique et électronique. L’apoptose a été décelée par marquage des césures à l’extrémité des brins d’ADN avec la désoxynucléotidyl-transférase terminale. Aucun DN n’a été observé dans les groupes témoins négatifs. Les taux de DN n’étaient pas significativement différents entre les groupes AST à faible et forte dose, peu importe le mode d’administration. Par contre, les taux de DN étaient significativement moindres dans les groupes AST, peu importe le mode d’administration, comparativement aux groupes témoins. Le mode d’administration (IP vs IV) a aussi donné des différences significatives en matière de DN. L’incidence de dysmorphologie mitochondriale et d’apoptose était plus faible dans les groupes qui ont reçu l’AST. Dans ce modèle murin de RPH, l’AST a semblé empêcher le DN et a exercé un effet anti-apoptotique.