A novel oral polymeric membrane Lactobacillus formulation for amelioration of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease and associated disorders

Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a leading cause of progressive liver damage. It is commonly associated with conditions such as obesity, diabetes or dyslipidemia. Currently, there are no therapeutic interventions for this potentially serious disorder. The foremost challenge is to decrease liver fat and progression toward steatohepatitis and fibrosis, and the subsequent risk of cirrhosis. In this thesis, a treatment modality for use in NAFLD is investigated. Specifically, this thesis aims to develop an oral microencapsulated feruloyl esterase active probiotic bacterial cell formulation for amelioration of NAFLD and the associated cluster of diseases. The formation and preparation of alginate-poly-L-lysine-alginate (APA) microencapsulated lactobacilli was established and optimized. The feruloyl esterase activity, yield of generated ferulic acid, gastrointestinal viability and stability of APA microencapsulated lactobacilli was determined in vitro in flasks as well as in a computer controlled simulated dynamic gastrointestinal tract model. Microencapsulated Lactobacillus fermentum 11976 feruloyl esterase active cells were found to be most suitable for use in real time analysis for oral therapeutic applications. Results also show that in-vivo, a high fat high cholesterol diet successfully induced NAFLD in a novel hamster model along with central obesity, insulin resistance, and dyslipidemia. Treatment of NAFLD afflicted hamsters with microencapsulated Lactobacillus fermentum 11976 probiotic formulation, in contrast to control untreated hamsters, showed significant reduction in the risk of a coronary event and progression of atherosclerotic plaque formation, reduced hepatic fat deposition and normalization of key liver damage enzymes (e.g. Alanine transaminase [ALT], Gamma-glutamyl transferase [GGT]). In addition, insulin resistance and central obesity was reduced, better glycemic control was achieved, and progression of various other parameters of pathological event to severe forms of NAFLD was attenuated. We also elucidated the mechanisms by which this formulation asserts its beneficial effect. This work indicates the immense potential of the novel microencapsulated Lactobacillus fermentum 11976 probiotic formulation as an orally delivered therapy for NAFLD and other associated diseases. Further studies will investigate its full potential as a therapeutic option in human populations.La stéatose non alcoolique (NAFLD) est souvent trouvée chez les patients atteintes de l'obésité, du diabète ou de la dyslipidémie. Actuellement, il n'y a aucune intervention thérapeutique pour traité ce désordre potentiellement sérieux. Le premier défi est de diminuer la graisse dans le foie et alors la progression vers le steatohepatitis et la fibrose, et le risque suivant de cirrhose. Cette thèse a pour but d'étudier et développer une modalité de traitement pour l'usage dans NAFLD. Spécifiquement, cette thèse vise à développer une formulation orale qui contient de cellules bactériennes probiotique micro-encapsulée. Ces bactéries possèdent une estérase de feruloyl active qui a pour but, l'amélioration de NAFLD et le faisceau associé des maladies. La formation et la préparation des lactobacilles micro-encapsulés dans l'alginate-poly-L-lysine-alginate (APA) ont été établies et optimisées. L'activité d'estérase de feruloyl, le rendement d'acide férulique produit, la viabilité gastro-intestinale et la stabilité des lactobacilles micro-encapsulés d'APA ont été déterminés in vitro dans des flacons aussi bien que dans un modèle gastro-intestinal dynamique, simulé et contrôlé par ordinateur. Les cellules Lactobacillus fermentum 11976 actives d'estérase de feruloyl micro-encapsulé se sont avérés le plus approprié pour l'analyse en temps réel que pour des applications thérapeutiques orales. Les résultats in vivo montrent que dans notre modèle original de hamster, un régime riche en cholestérol et à haute teneur de graisses induit NAFLD, l'obésité centrale, la résistance d'insuline, et la dyslipidémie. Le traitement avec la formulation probiotique Lactobacillus fermentum 11976 micro-encapsulés a été administré aux hamsters atteintes de NAFLD. En comparaison avec les hamsters non traités, le traitement a révélé la diminution de plusieurs indicateurs comme les suivantes : risque d'un événement coronaire, la formation de plaques athérosclérotique, l'accumulation de gras hépatique. Aussi, les enzymes associés au foie endommagée, plus spécifiquement, la transaminase d'alanine [ALT], la transférase de Gamma-glutamyle [GGT]) sont revenu aux niveaux plus normales. En outre, la résistance d'insuline et l'obésité centrale ont été réduites, une meilleure commande glycémique a été réalisée, et la progression de divers autres paramètres d'événement pathologique aux formes graves de NAFLD ont été atténuée. Élucidation des mécanismes par lesquels cette formulation affirme son effet bénéfique est proposé. Ce travail indique l'immense potentiel de la formulation probiotique orale du Lactobacillus fermentum 11976 micro-encapsulés comme thérapie pour NAFLD et autres maladies associées. D'autres études poursuivront pour déterminer la capacité de ce traitement comme option thérapeutique dans la population humaine