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Au@16-pH-16/miR-21 mimic nanosystem: An efficient treatment for obesity through browning and thermogenesis induction - 04/02/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.116104 
Said Lhamyani a, b, c, 1, Adriana-Mariel Gentile a, b, 1, María Mengual-Mesa a, d, 1, Elia Grueso e, Rosa M. Giráldez-Pérez f, José Carlos Fernandez-Garcia a, b, c, Antonio Vega-Rioja g, n, Mercedes Clemente-Postigo a, c, h, i, John R. Pearson j, Isabel González-Mariscal a, m, Gabriel Olveira a, b, k, l, Francisco-Javier Bermudez-Silva a, b, k, Rajaa El Bekay a, b, c,
a Instituto de Investigación Biomédica de Málaga y Plataforma en Nanomedicina-IBIMA Plataforma BIONAND, 29580 Malaga, Spain 
b Clinical Unit of Endocrinology and Nutrition, University Regional Hospital of Malaga, 29009 Malaga, Spain 
c Obesity and Nutrition CIBER (CIBERobn), Instituto de Salud Carlos III, Madrid, Spain 
d Universidad de Málaga. Andalucía Tech, Faculty of Health Sciences, Department of Systems and Automation Engineering, Malaga, Spain 
e Departamento de Física Química, Facultad de Farmacia, Universidad de Sevilla, Sevilla, Spain 
f Departamento de Biología Celular, Fisiología e Inmunología, Universidad de Córdoba, Córdoba, Spain 
g Laboratorio de Inmunología y Alergia-FISEVI, UGC de Alergología. Hospital Universitario Virgen Macarena, Sevilla, Spain 
h Department of Endocrinology and Nutrition, Virgen de la Victoria University Hospital, Malaga, Spain 
i Department of Cell Biology, Genetics, and Physiology, Faculty of Science, University of Malaga, Malaga, Spain 
j Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBiS), Seville, Spain 
k The Spanish Biomedical Research Centre in Diabetes and Associated Metabolic Disorders (CIBERDEM), Madrid, Spain 
l Departamento de Medicina y Cirugía, Universidad de Málaga, Málaga, Spain 
m Inserm UMR1190, CHU de Lille, Universite de Lille, Institute Pasteur de Lille, Lille, France 
n Departamento de Medicina. Facultad de Medicina. Universidad de Sevilla, Sevilla, Spain 

Correspondence to: IBIMA-Plataforma Bionand, Hospital Regional Universitario de Málaga, Plaza Hospital Civil s/n. Pabellón 5, Sótano, Málaga, Spain.IBIMA-Plataforma Bionand, Hospital Regional Universitario de MálagaPlaza Hospital Civil s/n. Pabellón 5, SótanoMálagaSpain

Abstract

Despite the abundance of registered clinical trials worldwide, the availability of effective drugs for obesity treatment is limited due to their associated side effects. Thus, there is growing interest in therapies that stimulate energy expenditure in white adipose tissue. Recently, we demonstrated that the delivery of a miR-21 mimic using JetPEI effectively inhibits weight gain in an obese mouse model by promoting metabolism, browning, and thermogenesis, suggesting the potential of miR-21 mimic as a treatment for obesity. Despite these promising results, the implementation of more advanced delivery system techniques for miR-21 mimic would greatly enhance the advancement of safe and efficient treatment approaches for individuals with obesity in the future. Our objective is to explore whether a new delivery system based on gold nanoparticles and Gemini surfactants (Au@16-ph-16) can replicate the favorable effects of the miR-21 mimic on weight gain, browning, and thermogenesis. We found that dosages as low as 0.2 μg miR-21 mimic /animal significantly inhibited weight gain and induced browning and thermogenic parameters. This was evidenced by the upregulation of specific genes and proteins associated with these processes, as well as the biogenesis of beige adipocytes and mitochondria. Significant increases in miR-21 levels were observed in adipose tissue but not in other tissue types. Our data indicates that Au@16-ph-16 could serve as an effective delivery system for miRNA mimics, suggesting its potential suitability for the development of future clinical treatments against obesity.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

Au@16-ph-16 nanosystem conserved miR-21 mimic beneficial effects previously obtained with the JetPEI vehicle.
Au@16-ph-16/miR21 mimic resulted in approximately 7% reduction in body weight gain in a murine model of diet-induced obesity.
Au@16-ph-16/miR21 mimic induced browning and thermogenesis in inguinal and interscapular adipose tissues.
Au@16-ph-16 allowed a significant reduced dosage of the synthetic miR-21 mimic at a range of 0.2-0.3μg.
Au@16-ph-16/miR21 mimic increased significantly miR-21 levels in adipose tissues, without affecting non-adipose tissues.

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Keywords : MiRNA, Gold Nanoparticles, Gemini surfactant, Obesity, Adipose tissue, Browning, Thermogenesis


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