Glucocorticoids Exert Direct Toxicity on Microvasculature: Analysis of Cell Death Mechanisms

Glucocorticoids (GCs) are routinely administered systemically or injected into the eye when treating numerous ocular diseases; however, their toxicity on the retinal microvasculature has not been previously investigated. In this article, the effects of hydrocortisone (Hydro), dexamethasone, dexamethasone-phosphate and triamcinolone acetonide (TA) were evaluated in vitro on human skin microcirculation cells and, bovine endothelial retinal cells, ex-vivo, on flat mounted rat retinas. The degree of GCs induced endothelial cell death varied according to the endothelial cell type and GCs chemical properties. GCs toxicity was higher in skin microvascular endothelial cells and for hydrophobic GC formulations. The mechanism of cell death differed between GCs, Hydro and TA activated the leukocyte elastase inhibitor/L-DNase II pathways but did not activate caspases. The mechanisms of cell death observed in cell cultures were similar to those observed in rat retinal explants. Taken together these results indicate that particular attention should be paid to the potential vascular side effects when administrating GCs clinically and in particular when developing sustained-release intraocular device

Tolerance of high and low amounts of PLGA microspheres loaded with mineralocorticoid receptor antagonist in retinal target site

Mineralocorticoid receptor (MR)contributes to retinal/choroidal homeostasis. Excess MR activation has been shown to be involved in pathogenesis of central serous chorioretinopathy (CSCR). Systemic administration of MR antagonist (MRA) reduces subretinal fluid and choroidal vasodilation, and improves the visual acuity in CSCR patients. To achieve long term beneficial effects in the eye while avoiding systemic side-effects, we propose the use ofbiodegradable spironolactone-loaded polylactic-co-glycolic acid (PLGA)microspheres (MSs). In this work we have evaluated the ocular tolerance of MSs containing spironolactone in rats’ eyes. As previous step, we have also studied the tolerance of the commercial solution of canrenoate salt, active metabolite of spironolactone. PLGA MSs allowed in vitro sustained release of spironolactone for 30 days. Rat eyes injected with high intravitreous concentration of PLGA MSs (10 mg/mL) unloaded and loaded with spironolactone maintained intact retinal lamination at 1 month. However enhanced glial fibrillary acidic protein immunostaining and activated microglia/macrophages witness retinal stress were observed. ERG also showed impaired photoreceptor function. Intravitreous PLGA MSs concentration of 2 mg/mL unloaded and loaded with spironolactone resulted well tolerated. We observed reduced microglial/macrophage activation in rat retina compared to high concentration of MSs with normal retinal function according to ERG. Spironolactone released from low concentration of MSs was active in the rat retina. Low concentration of spironolactone-loaded PLGA MSs could be a safe therapeutic choice for chorioretinal disorders in which illicit MR activation could be pathogenic

Study of corticosteroids-induced toxicity and cell death mechanisms in vascular endothelial cells

Les glucocorticoïdes (GCs) présentent un intérêt majeur dans le traitement de nombreuses pathologies. Dans l’œil, ils sont injectés à fortes doses directement dans le globe oculaire pour traiter les inflammations, l’œdème maculaire et la néovascularisation qui menacent la vision. Bien que spectaculaires, les effets anatomiques bénéfiques obtenus par ce traitement ne sont pas toujours corrélés avec les résultats fonctionnels et la récupération d’une acuité visuelle normale. En effet, cette thérapeutique empirique (hors AMM) a montré une corticotoxicité sur les cellules de la rétine et les vaisseaux assurant leur viabilité. Un double effort s’impose pour pallier ces inconvénients. D’une part, les études fondamentales visant à mieux comprendre les mécanismes de toxicité des glucocorticoïdes sont encore nécessaires pour être en mesure deproposer des schémas thérapeutiques rationnels. D’autre part, la mise en œuvre des compétences des laboratoires pharmaceutiques, avec le développement de nouvelles molécules, pour répondre au compromis d’obtenir une efficacité thérapeutique équivalente aux glucocorticoids avec moins d’effets secondaires sur les tissus s’impose. Dans cette optique, l’objectif de mon travail de thèse a été de mieux comprendre les mécanismes de toxicité cellulaire induits par different glucocorticoïdes sur les cellules endothéliales de la microcirculation générale dermique et rétinienne. J’ai montré que la toxicité varie selon le type cellulaire et du type GC, aussi que les mécanismes de mort déclenchés avec ces principes actifs ne sont pas toujours les mêmes. Le second vol et de ma thèse a porté sur la confirmation et l’évaluation de l’efficacité préclinique d’un nouveau traitement anti-inflammatoire, conçu par un laboratoire pharmaceutique suisse, dans le traitement des états inflammatoires en ophtalmologie. Ces travaux améliorent notre connaissance de la toxicité cellulaire des glucocorticoïdes en général et de la cytotoxicité microvasculaire en particulier.Glucocorticoids (GCs) present a major interest in the treatment of numerous pathologies. In the eye, they are injected directly in high doses to treat inflammation, macular edema, and vision-threatening neovascularization. Although spectacular, the beneficial anatomical effects obtained by this treatmentare not still correlated to the functional resultsand the recovery of a normal visual acuteness. These empirical therapeutics (except AMM) showed a corticotoxicity on the cells of the retina and the vessels that assure their viability. A two-fold effort is imperative to mitigate these inconveniences. First, fundamental studies to better understand the mechanisms of toxicity of glucocorticoids are still necessary to be able to propose rational therapeutic plans. Second, the implementation of the skills of pharmaceutical companies, with the development of new molecules, in order to obtain an equivalently efficient therapy using glucocorticoids with fewer side effects on tissues is imperative. From this perspective, the objective of my work was to understandthe mechanisms of cellular toxicity caused by different glucocorticoids on endothelial cellsof the dermic and retinal general microcirculation. I showed that toxicity varies according to the cellular type and that the mechanisms of cells death activated with these drugs are not always the same. The second part of my thesis concerned the confirmation and the evaluation of the preclinical efficiency of a new anti-inflammatory treatment, conceived by a Swiss pharmaceutical company, in the treatment of the inflammatory states in ophthalmology. These works improve our knowledge of the general cellular toxicity of glucocorticoids and provides further insight to the microvascular cytotoxicity associated with this treatment option

Etude de la toxicité et des mécanismes de mort cellulaire induits par les glucocorticoïdes sur les cellules endothéliales

Glucocorticoids (GCs) present a major interest in the treatment of numerous pathologies. In the eye, they are injected directly in high doses to treat inflammation, macular edema, and vision-threatening neovascularization. Although spectacular, the beneficial anatomical effects obtained by this treatmentare not still correlated to the functional resultsand the recovery of a normal visual acuteness. These empirical therapeutics (except AMM) showed a corticotoxicity on the cells of the retina and the vessels that assure their viability. A two-fold effort is imperative to mitigate these inconveniences. First, fundamental studies to better understand the mechanisms of toxicity of glucocorticoids are still necessary to be able to propose rational therapeutic plans. Second, the implementation of the skills of pharmaceutical companies, with the development of new molecules, in order to obtain an equivalently efficient therapy using glucocorticoids with fewer side effects on tissues is imperative. From this perspective, the objective of my work was to understandthe mechanisms of cellular toxicity caused by different glucocorticoids on endothelial cellsof the dermic and retinal general microcirculation. I showed that toxicity varies according to the cellular type and that the mechanisms of cells death activated with these drugs are not always the same. The second part of my thesis concerned the confirmation and the evaluation of the preclinical efficiency of a new anti-inflammatory treatment, conceived by a Swiss pharmaceutical company, in the treatment of the inflammatory states in ophthalmology. These works improve our knowledge of the general cellular toxicity of glucocorticoids and provides further insight to the microvascular cytotoxicity associated with this treatment option.Les glucocorticoïdes (GCs) présentent un intérêt majeur dans le traitement de nombreuses pathologies. Dans l’œil, ils sont injectés à fortes doses directement dans le globe oculaire pour traiter les inflammations, l’œdème maculaire et la néovascularisation qui menacent la vision. Bien que spectaculaires, les effets anatomiques bénéfiques obtenus par ce traitement ne sont pas toujours corrélés avec les résultats fonctionnels et la récupération d’une acuité visuelle normale. En effet, cette thérapeutique empirique (hors AMM) a montré une corticotoxicité sur les cellules de la rétine et les vaisseaux assurant leur viabilité. Un double effort s’impose pour pallier ces inconvénients. D’une part, les études fondamentales visant à mieux comprendre les mécanismes de toxicité des glucocorticoïdes sont encore nécessaires pour être en mesure deproposer des schémas thérapeutiques rationnels. D’autre part, la mise en œuvre des compétences des laboratoires pharmaceutiques, avec le développement de nouvelles molécules, pour répondre au compromis d’obtenir une efficacité thérapeutique équivalente aux glucocorticoids avec moins d’effets secondaires sur les tissus s’impose. Dans cette optique, l’objectif de mon travail de thèse a été de mieux comprendre les mécanismes de toxicité cellulaire induits par different glucocorticoïdes sur les cellules endothéliales de la microcirculation générale dermique et rétinienne. J’ai montré que la toxicité varie selon le type cellulaire et du type GC, aussi que les mécanismes de mort déclenchés avec ces principes actifs ne sont pas toujours les mêmes. Le second vol et de ma thèse a porté sur la confirmation et l’évaluation de l’efficacité préclinique d’un nouveau traitement anti-inflammatoire, conçu par un laboratoire pharmaceutique suisse, dans le traitement des états inflammatoires en ophtalmologie. Ces travaux améliorent notre connaissance de la toxicité cellulaire des glucocorticoïdes en général et de la cytotoxicité microvasculaire en particulier