Mechanism of Calcium Incorporation Inside Sol–Gel Silicate Bioactive Glass and the Advantage of Using Ca(OH)2 over Other Calcium Sources

Calcium is an essential component of osteogenesis and is often required for imparting significant bioactivity to synthetic bone substitutes and, in particular, silicate-based materials. However, the mechanism of calcium incorporation inside sol–gel silicates is poorly understood. In this work, we shed light on the determinant parameters for incorporation of calcium into acid–base-catalyzed sol–gel silicates at ambient temperature: increasing the pH above the isoelectric point of silicic acid and the nature of the calcium counterion in the calcium precursor are found to be the key. Based on our proposed reaction sequence, we were able to compare calcium precursors and select an ideal candidate compound for the synthesis of bioactive glasses (BG) and organic–inorganic hybrids at ambient temperature. Reproducible syntheses and gel times of SiO2–CaO BG were obtained using calcium hydroxide (CH), and we demonstrate its usability in the synthesis of promising BG–polycaprolactone hybrid scaffolds. BG and hybrids prepared with CH were able to form nanocrystalline nonstoichiometric apatite in simulated body fluid. The increased reliability of low-temperature syntheses associated with the use of a stable and inexpensive alkaline-earth precursor are major steps toward the translation of calcium silicate hybrids or other alkaline-earth silicates from bench to clinic

Circulating human serum metabolites derived from the intake of a saffron extract (Safr’Inside™) protect neurons from oxidative stress: Consideration for depressive disorders

Increases in oxidative stress have been reported to play a central role in the vulnerability to depression, and antidepressant drugs may reduce increased oxidative stress in patients. Among the plants exerting anti-inflammatory and anti-oxidant properties, saffron, a spice derived from the flower of Crocus sativus, is also known for its positive effects on depression, potentially through its SSRI-like properties. However, the molecular mechanisms underlying these effects and their health benefits for humans are currently unclear. Using an original ex vivo clinical approach, we demonstrated for the first time that the circulating human metabolites produced following saffron intake (Safr’Inside™ ) protect human neurons from oxidative-stress-induced neurotoxicity by preserving cell viability and increasing BNDF production. In particular, the metabolites significantly stimulated both dopamine and serotonin release. In addition, the saffron’s metabolites were also able to protect serotonergic tone by inhibiting the expression of the serotonin transporter SERT and down-regulating serotonin metabolism. Altogether, these data provide new biochemical insights into the mechanisms underlying the beneficial impact of saffron on neuronal viability and activity in humans, in the context of oxidative stress related to depression

Prebiotic effects: metabolic and health benefits

The different compartments of the gastrointestinal tract are inhabited by populations of micro-organisms. By far the most important predominant populations are in the colon where a true symbiosis with the host exists that is a key for well-being and health. For such a microbiota, 'normobiosis' characterises a composition of the gut 'ecosystem' in which micro-organisms with potential health benefits predominate in number over potentially harmful ones, in contrast to 'dysbiosis', in which one or a few potentially harmful micro-organisms are dominant, thus creating a disease-prone situation. The present document has been written by a group of both academic and industry experts (in the ILSI Europe Prebiotic Expert Group and Prebiotic Task Force, respectively). It does not aim to propose a new definition of a prebiotic nor to identify which food products are classified as prebiotic but rather to validate and expand the original idea of the prebiotic concept (that can be translated in 'prebiotic effects'), defined as: 'The selective stimulation of growth and/or activity(ies) of one or a limited number of microbial genus(era)/species in the gut microbiota that confer(s) health benefits to the host.' Thanks to the methodological and fundamental research of microbiologists, immense progress has very recently been made in our understanding of the gut microbiota. A large number of human intervention studies have been performed that have demonstrated that dietary consumption of certain food products can result in statistically significant changes in the composition of the gut microbiota in line with the prebiotic concept. Thus the prebiotic effect is now a well-established scientific fact. The more data are accumulating, the more it will be recognised that such changes in the microbiota's composition, especially increase in bifidobacteria, can be regarded as a marker of intestinal health. The review is divided in chapters that cover the major areas of nutrition research where a prebiotic effect has tentatively been investigated for potential health benefits. The prebiotic effect has been shown to associate with modulation of biomarkers and activity(ies) of the immune system. Confirming the studies in adults, it has been demonstrated that, in infant nutrition, the prebiotic effect includes a significant change of gut microbiota composition, especially an increase of faecal concentrations of bifidobacteria. This concomitantly improves stool quality (pH, SCFA, frequency and consistency), reduces the risk of gastroenteritis and infections, improves general well-being and reduces the incidence of allergic symptoms such as atopic eczema. Changes in the gut microbiota composition are classically considered as one of the many factors involved in the pathogenesis of either inflammatory bowel disease or irritable bowel syndrome. The use of particular food products with a prebiotic effect has thus been tested in clinical trials with the objective to improve the clinical activity and well-being of patients with such disorders. Promising beneficial effects have been demonstrated in some preliminary studies, including changes in gut microbiota composition (especially increase in bifidobacteria concentration). Often associated with toxic load and/or miscellaneous risk factors, colon cancer is another pathology for which a possible role of gut microbiota composition has been hypothesised. Numerous experimental studies have reported reduction in incidence of tumours and cancers after feeding specific food products with a prebiotic effect. Some of these studies (including one human trial) have also reported that, in such conditions, gut microbiota composition was modified (especially due to increased concentration of bifidobacteria). Dietary intake of particular food products with a prebiotic effect has been shown, especially in adolescents, but also tentatively in postmenopausal women, to increase Ca absorption as well as bone Ca accretion and bone mineral density. Recent data, both from experimental models and from human studies, support the beneficial effects of particular food products with prebiotic properties on energy homaeostasis, satiety regulation and body weight gain. Together, with data in obese animals and patients, these studies support the hypothesis that gut microbiota composition (especially the number of bifidobacteria) may contribute to modulate metabolic processes associated with syndrome X, especially obesity and diabetes type 2. It is plausible, even though not exclusive, that these effects are linked to the microbiota-induced changes and it is feasible to conclude that their mechanisms fit into the prebiotic effect. However, the role of such changes in these health benefits remains to be definitively proven. As a result of the research activity that followed the publication of the prebiotic concept 15 years ago, it has become clear that products that cause a selective modification in the gut microbiota's composition and/or activity(ies) and thus strengthens normobiosis could either induce beneficial physiological effects in the colon and also in extra-intestinal compartments or contribute towards reducing the risk of dysbiosis and associated intestinal and systemic pathologies

Osteogenic effect of fisetin doping in bioactive glass / polycaprolactone hybrid with dual cortical / trabecular structure.

Session III: Mobilité et motricité (Modérateurs : A. Pinel et E. Rock)Osteogenic effect of fisetin doping in bioactive glass / polycaprolactone hybrid with dual cortical / trabecular structure.. 4. Assises Régionales Auvergne Rhône-Alpes de Nutrition et Sant

Nouvelles approches thérapeutiques des ostéosarcomes.

L'ostéosarcome est la plus fréquente des tumeurs osseuses primitives non hématologiques affectant une population relativement jeune, dont les thérapies conventionnelles montrent désormais leurs limites, et nécessite par conséquent de développer de nouveaux traitements. Récemment découverte, la triade moléculaire Receptor Activator of NFkB / RANK Ligand / Ostéoprotégérine (RANK / RANKL / OPG) représente un pivot dans la régulation de la balance apposition/ résorption osseuse. Cet équilibre est affecté lors développement de l'ostéosarcome. L'objectif de cette thèse a été de développer de nouvelles approches thérapeutiques dans des modèles expérimentaux d'ostéosarcomes basées sur une meilleure connaissance de la biologie osseuse, notamment le rôle physiologique et le potentiel thérapeutique de triade. Par ailleurs, en raison de l'interaction des systèmes osseux et immunitaire, l'élaboration de protocoles d'immunothérapie active par l'utilisation de cellules dendritiques a été entreprise.Osteosarcoma is the most frequent primary bone tumour that develops mainly in the young, the median age of diagnosis being 18 years. Despite recent improvements, current strategy for treatment of high-grade osteosarcoma lead to pulmonary metastasis apparition and new therapeutic approaches need to be developed. Recently discovered, the molecular triad Receptor Activator of NFkB / RANK Ligand / Ostéoprotégérine (RANK / RANKL / OPG) is a pivotal key in bone formation/degradation balance regulation. Osteosarcoma affects this regulation. The aim of this thesis was to develop new therapeutic design based upon better knowledge in bone biology, most notably physiologic role and therapeutic potential of OPG/RANK/RANKL using animal models. Moreover, due to bone and immune systems interaction, we started active immunotherapy's protocols using dendritic cells.NANTES-BU Médecine pharmacie (441092101) / SudocPARIS-BIUP (751062107) / SudocSudocFranceF

Nutrition lipidique, inflammation et tissu osseux

Fats are prevalent in western diets; they have known deleterious effects on muscle insulin resistance and may contribute to bone loss most notably in the elderly population. Because current treatments for osteoporosis may lead to important side effects, several studies aimed at investigating the relevance of nutritional approaches and most notably the role of lipid diets on bone health status. Literature has widely linked lipid intake and inflammation status, a key protagonist involved in bone resorption. Regarding inflammation, lipids exhibit a duality, with both pro- and anti-inflammatory effects depending on their structures and metabolism. In this light, a growing body of evidence has revealed that ω-6 increase bone loss while ω-3 are believed to protect bone health. Nevertheless, this debate remains controversial and the mechanisms of action are poorly understood

Vitamine D et santé osseuse

Le calcium est l’élément déterminant de la qualité du squelette parce qu’il lui confère ses propriétés de rigidité. Ainsi, en raison de l’enjeu majeur de santé publique représenté par les atteintes de l’appareil locomoteur chez les séniors, l’optimisation du statut calcique doit donc être assurée par la couverture des besoins définis par les apports nutritionnels conseillés, mais aussi par une potentialisation de sa biodisponibilité. Par conséquent, toute stratégie capable de favoriser l’absorption calcique doit être considérée. C’est pourquoi, la consommation alimentaire de calcium, ainsi que toute calcithérapie, doit être associée à la vitamine D qui, sous sa forme di-hydroxylée, intervient dans le mécanisme de transport actif du minéral à travers la paroi entérocytaire. Ce concept bénéficie d’un consensus et est solidement établi. D’autre part, des études récentes indiquent que la 25(OH)D pourrait directement moduler les cellules osseuses qui possèdent, non seulement des récepteurs spécifiques (VDR), mais aussi la 1α-hydroxylase nécessaire à la transformation de la molécule en son métabolite actif. En ce qui concerne la démonstration des effets osseux de la vitamine D, il est évident que l’hyperparathyroïdisme secondaire qui se développe lors d’une déficience du statut en vitaminique D est extrêmement délétère puisque qu’elle engendre une accélération de la résorption. C’est la raison pour laquelle, en situation de carence, une supplémentation peut améliorer le remodelage et la masse osseuse. Toutefois, l’effet reste faible. En revanche, les scientifiques s’accordent à considérer qu’une supplémentation associant calcium et vitamine D peut réduire le risque de fracture, l’intensité dépendant notamment du seuil initial de consommation, de la dose prescrite et bien sûr de l’observance du traitement. Plusieurs méta-analyses ont pu confirmer ces travaux initiaux. Cette apparente disparité entre la masse osseuse et le risque fracturaire pourrait s’expliquer par le cumul des effets de la vitamine sur le squelette avec l’impact exercé sur des cibles extra-osseuses comme, par exemple, le muscle, puisque le risque de chute diminue lors d’une prise en charge vitaminique. En outre, selon des données récentes, la vitamine D pourrait également réduire la masse adipeuse et l’insulino-résistance qui sont aussi des facteurs de risque pour la santé osseuse. En résumé, même si tous les mécanismes cellulaires et moléculaires ne sont pas totalement élucidés, le bénéfice d’une supplémentation en vitamine D est réel chez la personne carencée (en particulier le sujet âgé). Il est donc évident qu’il faut être vigilant au respect des recommandations. De plus, une correction des déficiences éventuelles devrait précéder ou accompagner toute thérapeutique en matière de pathologies osseuses

Santé de l'appareil locomoteur : Mécanismes globaux musculo-squelettiques, effets des nutriments

Ce volume rassemble les articles présentés lors du colloque du 27 novembre 2013 à Dijon. "L'alimentation des seniors et le bien vieillir"National audienceFeeding the elderly is a central concern of the Authorities because it is a major determinant of the quality of health and life during aging. Obviously, conventional therapeutic strategies for management of chronic age-related diseases, whether curative or palliative, are insufficient. Implementation of nutritional prevention and nutritional support is a social and economic emergency to improve the quality of life of the elderly, by helping them maintain their independence and a satisfactory social integration. In addition, as part of a multimodal approach to health, a holistic taking account of the problems posed by aging is essential. Indeed, at the body level, the establishment of a pathological context with age is correlated with deregulation of protein, lipid, carbohydrate and phospho-calcic metabolism, leading to impairement of the musculoskeletal system, wich is particularly disabling. This greatly accelerates the entry into dependency and even leads to increased mortality (> 25%). These disorders are characterized by demineralization of the skeleton (osteopenia) and altered trabecular architecture leading to osteoporosis and, as far as muscles are concerned, to sarcopenia which is defined by a reduction in mass, force and functionality. At the same time, fat mass increases. Actually, the intrinsic relationship between muscle and bone is described in the Mechanostat theory from Frost, which is based on the principle that any change in the maximum muscle force modulates bone size, weight, and strength. Thus the bone mineral content /muscle area ratio would be an excellent index to evaluate the functionality of the muscle-bone unit. Due to this metabolic interdependence, to such tissue, cellular and molecular cross-talks, nutritional strategies must target the three tissues simultaneously (bone, muscle and adipose tissues). They should therefore not be focused only on the calcium/vitamin D couple for bone and proteins for the muscle. Besides these constitutive nutrients, our diet actually provides a wide variety of interesting molecules for the skeleton, muscles and to manage the adipose tissue, to preserve our health and avoid any "dysmobility syndromeL’alimentation de la personne âgée est inscrite au premier rang des préoccupations des pouvoirs publics car c'est un déterminant majeur de la qualité du vieillessement. A l'évidence, les stratégies thérapeutiques classiques de prise en charge des pathologies chroniques liées à l’âge, qu'elles soient curatives ou palliatives, sont insuffisantes. La mise en place d'une prévention et d'un accompagnement nutritionnel du vieillissement et de ses conséquences est une urgence sociale et économique pour améliorer la qualité de vie des séniors en les aidant à préserver leur autonomie et une intégration sociale satisfaisante. De plus, dans le cadre d’une approche multimodale de la santé, une prise en compte holistique des problématiques posées par le vieillissement est indispensable. En effet, au niveau de l’organisme, la mise en place d’un contexte pathologique avec l'âge est corrélée à des dérégulations des métabolismes protéique, lipidique, glucidique et phospho-calcique, à l'origine de dysfonctionnements de l’appareil locomoteur particulièrement invalidants. Ceci accélère considérablement l’entrée en dépendance des séniors, voire engendre une surmortalité (>25%). Ces troubles sont caractérisés par une déminéralisation du squelette (ostéopénie) et une altération de l’architecture trabéculaire qui engendrent une fragilité à l’origine de l’ostéoporose et, au niveau du muscle, par une sarcopénie définie par une réduction de la masse, de la force et de la fonctionalité musculaire. En parallèle, la masse grasse augmente. La relation intrinsèque existant entre le muscle et l'os est décrite dans la théorie du mécanostat de Frost qui repose sur le principe selon lequel toute modification de la force musculaire maximale en réponse à une mise en charge croissante influence la masse, les dimensions et la résistance osseuse. Ainsi le ratio "contenu minéral osseux/surface musculaire serait un excellent indice d'évaluation de l'unité fonctionnelle muscle-os. Du fait de cette interdépendance métabolique et des dialogues inter-tissulaires (voire cellulaires et moléculaires), les stratégies de prise en charge nutritionnelle doivent donc cibler simultanément les trois tissus (osseux, musculaire et adipeux). Elles ne doivent donc plus être exclusivement centrées sur le couple calcium/ vitamine D pour le squelette et les protéines pour le muscle. Outre ces élements constitutifs, notre alimentation effectivement fournit un panel varié de molécules intéressantes pour le squelette, les muscles et la gestion du tissu adipeux, de façon à préserver notre capital santé et éviter le "syndrome de dysmobilité"

Vitamine D et santé osseuse

Le calcium est l’élément déterminant de la qualité du squelette parce qu’il lui confère ses propriétés de rigidité. Ainsi, en raison de l’enjeu majeur de santé publique représenté par les atteintes de l’appareil locomoteur chez les séniors, l’optimisation du statut calcique doit donc être assurée par la couverture des besoins définis par les apports nutritionnels conseillés, mais aussi par une potentialisation de sa biodisponibilité. Par conséquent, toute stratégie capable de favoriser l’absorption calcique doit être considérée. C’est pourquoi, la consommation alimentaire de calcium, ainsi que toute calcithérapie, doit être associée à la vitamine D qui, sous sa forme di-hydroxylée, intervient dans le mécanisme de transport actif du minéral à travers la paroi entérocytaire. Ce concept bénéficie d’un consensus et est solidement établi. D’autre part, des études récentes indiquent que la 25(OH)D pourrait directement moduler les cellules osseuses qui possèdent, non seulement des récepteurs spécifiques (VDR), mais aussi la 1α-hydroxylase nécessaire à la transformation de la molécule en son métabolite actif. En ce qui concerne la démonstration des effets osseux de la vitamine D, il est évident que l’hyperparathyroïdisme secondaire qui se développe lors d’une déficience du statut en vitaminique D est extrêmement délétère puisque qu’elle engendre une accélération de la résorption. C’est la raison pour laquelle, en situation de carence, une supplémentation peut améliorer le remodelage et la masse osseuse. Toutefois, l’effet reste faible. En revanche, les scientifiques s’accordent à considérer qu’une supplémentation associant calcium et vitamine D peut réduire le risque de fracture, l’intensité dépendant notamment du seuil initial de consommation, de la dose prescrite et bien sûr de l’observance du traitement. Plusieurs méta-analyses ont pu confirmer ces travaux initiaux. Cette apparente disparité entre la masse osseuse et le risque fracturaire pourrait s’expliquer par le cumul des effets de la vitamine sur le squelette avec l’impact exercé sur des cibles extra-osseuses comme, par exemple, le muscle, puisque le risque de chute diminue lors d’une prise en charge vitaminique. En outre, selon des données récentes, la vitamine D pourrait également réduire la masse adipeuse et l’insulino-résistance qui sont aussi des facteurs de risque pour la santé osseuse. En résumé, même si tous les mécanismes cellulaires et moléculaires ne sont pas totalement élucidés, le bénéfice d’une supplémentation en vitamine D est réel chez la personne carencée (en particulier le sujet âgé). Il est donc évident qu’il faut être vigilant au respect des recommandations. De plus, une correction des déficiences éventuelles devrait précéder ou accompagner toute thérapeutique en matière de pathologies osseuses