Microencapsulated bile salt hydrolyzing probiotic lactic acid bacteria for use in hypercholesterolemia and associated cardiovascular diseases

Elevated serum cholesterol, particularly in the low-density lipoprotein (LDL) fraction, is a major independent risk factor for atherosclerosis and coronary artery disease. Current evidence from a variety of human and animal trials suggests a cholesterol lowering effect of specific strains of probiotic lactic acid bacteria; however the results are frequently inconclusive and supportive mechanistic data is scarce. A need therefore exists for low-cost and effective new technologies to meet the present demands and future challenges of probiotics for use in hypercholesterolemia. In this thesis, microcapsule formulations for the entrapment of genetically engineered and non-genetically engineered lactic acid bacteria with elevated bile salt hydrolase activity were designed and developed. Strain specific microencapsulation techniques were used to produce spherical microcapsules with narrow size distribution and high cell loading. By enhancing the micro-environment of the encased strains, a high number of viable cells were delivered to the intestine with protection from acid, bile and mechanical stresses. Furthermore, enzymatic activity towards conjugated bile salt substrates was maintained, with significant preference for glyco-conjugates, when administered through a dynamic model simulating human gastrointestinal (GI) transit. The Bio F1B golden Syrian hamster was selected, after species and diet based studies, as a model of hyperlipidemia and cholesterol and bile acid metabolism. Using this model, orally delivered microencapsulated genetically engineered L. plantarum 80 strain significantly lowered total and LDL cholesterol, and improved the atherogenic profile associated with hypercholesterolemia. The effectiveness of the formulation was shown to be dependent on dose and frequency of administration. Furthermore, heart histological samples confirmed a protective effect. Microencapsulated bile salt hydrolase acUn taux de cholestérol élevé, en particulier dans les lipoprotéines de faible densité (LDL), est un facteur de risque important pour l'athérosclérose et la maladie coronarienne. La recherche chez les humains et les animaux indique que des souches spécifiques de bactéries lactiques probiotiques peuvent réduire le taux de cholestérol; cependant les résultats sont fréquemment peu concluants et les données mécanistiques sont rares. Un besoin existe donc pour de nouvelles technologies peu coûteuses et efficaces pour répondre aux demandes présentes et futures de traitement probiotique pour l'hypercholestérolémie. Dans cette thèse, je présente la conception et le développement des formulations pour la micro-encapsulation des bactéries génétiquement et non-génétiquement modifiées qui produisent une hydrolase de sel biliaire. Des techniques spécifiques de micro-encapsulation ont été employées pour produire des microcapsules sphériques, de dimension régulière et avec une concentration élevée de cellules. Les microcapsules permettent l'administration d'un grand nombre de bactéries viable jusqu'à l'intestin en les protégeant contre l'acide gastrique, la bile et les dommages mécaniques. De plus, l'utilisation d'un modèle dynamique de passage gastrointestinal démontre que l'activité enzymatique contre les sels biliaires conjugués est maintenue, avec une préférence significative pour les glyco-conjugués. Le hamster Syrien bio F1B a été sélectionné comme modèle de l'hyperlipidémie et pour le métabolisme du cholestérol et des acides biliaires. Utilisant ce modèle, la souche génétiquement modifiée L. plantarum 80 micro-encapsulée a réduit le taux de cholestérol total et cholestérol LDL, et a amélioré le profil athérogenique associé à l'hypercholestérolémie. L'efficacité de la formulation était dépendante de la dose et de la fréquence. De plus,