Identificación de posibles vías de intervención farmacológica para prevenir los efectos de gestaciones expuestas a dieta alta en grasas e hipoxia crónica

Abstract

Adecuados niveles de oxígeno y nutrientes son fundamentales para el correcto desarrollo de la gestación. Alteraciones en estos factores, como, por ejemplo, una disminución del oxígeno ambiental y/o una malnutrición materna pueden conducir a una insuficiencia placentaria, con la consecuente restricción de crecimiento fetal (RCF). Los efectos de esta condición no solo se manifiestan en el periodo perinatal, sino que también determinará la composición corporal y desarrollo neuronal a lo largo de la niñez, así como el riesgo cardiometabólico en la vida adulta. Algunos de los mecanismos que podrían mediar estos resultados son el estrés oxidativo y el desbalance en marcadores inflamatorios usualmente reportados en casos de insuficiencia placentaria, sin embargo, esto no está del todo claro. Del mismo modo, no existe un tratamiento para disminuir los efectos negativos de la insuficiencia placentaria en la descendencia, como, por ejemplo, la RCF. El objetivo de esta tesis fue determinar si la RCF inducida por exposición a dieta alta en grasas y azúcares, y por hipoxia ambiental se asocia a alteraciones en las vías de inflamación y estrés oxidativo materno, placentario y fetal, las cuales pueden ser intervenidas farmacológicamente con un tratamiento antioxidante. Para resolver esto, se utilizaron 3 modelos animales de RCF asociada a insuficiencia placentaria. Primero, ratonas gestantes fueron alimentadas antes y durante la gestación con una dieta obesogénica. Al día embrionario 18.5 se realizó la eutanasia y se recolectó plasma e hígado materno, así como la zona del laberinto placentario y suero fetal. Se determinaron niveles de citoquinas asociadas a la respuesta inmune en plasma materno y suero fetal, estado redox en plasma e hígado materno, y cambios en la expresión génica de genes asociados a la respuesta inmune en la zona del laberinto placentario. La dieta obesogénica se relacionó a un aumento del estrés oxidativo y un estado pro-inflamatorio materno, así como a una alteración de las citoquinas fetales. Estas alteraciones se asociaron a genes diferencialmente expresados de forma sexo-específica en la zona del laberinto placentario, particularmente relacionados a la respuesta inmune. Por otro lado, cobayas fueron preñadas y expuestas a hipoxia hipobárica a partir de la segunda mitad de la gestación. Se realizó el seguimiento del crecimiento fetal, placentario y función hemodinámica a lo largo de la gestación. Se realizó la eutanasia el día gestacional 35 y 60, mientras que un último subgrupo alcanzó el parto de forma espontánea. La hipoxia hipobárica durante la segunda mitad de la gestación indujo una RCF asociada a insuficiencia placentaria, demostrando la sensibilidad del modelo de cobayos a hipoxia hipobárica y describiendo sus valores ecográficos de referencia para ser utilizados en futuros estudios. Finalmente, ovejas gestadas a gran altura (3600msnm) fueron tratadas con melatonina durante el último tercio de la gestación hasta el parto (100-150 días). Se obtuvo sangre materna en los días gestacionales 120, 130 y 140. Se determinó la biometría postnatal al día 2 y 11. A partir del día postnatal 4 se registraron variables hemodinámicas a través de un transductor de flujo sanguíneo instalado en la arteria carótida izquierda. El día postnatal 12 se realizó la eutanasia de los corderos y se obtuvieron arterias cerebrales media para realizar miografía de alambre e histología, así como plasma. El tratamiento prenatal con melatonina previno el descenso progresivo del flujo sanguíneo carotídeo, manteniendo estable la resistencia vascular en los primeros días postnatales. Estos cambios se asociaron con un aumento de la función vasodilatadora de la arteria cerebral media mediada por un mecanismo independiente de óxido nítrico. En su conjunto, los datos presentados en esta tesis permitieron explorar distintos aspectos de los efectos de alteraciones en el ambiente materno y su impacto en la salud materna, placentaria y fetal, aportando nuevos conocimientos en la descripción de mecanismos asociados a inflamación y estrés oxidativo, además de investigar eventuales tratamientos farmacológicos en gestaciones con insuficiencia placentaria

Appropriate oxygen and nutrients levels are essential for pregnancy development. Alterations in these factors, such as a decrease in environmental oxygen and/or maternal malnutrition could lead to placental insufficiency and fetal growth restriction (FGR). The consequences of this condition are not only present during perinatal life but also it will determine body composition and neuronal development across childhood, as well as increased cardiometabolic risk at adulthood. Some mechanisms that could be related with these outcomes are the oxidative stress and unbalance of inflammatory markers usually reported in cases of placental insufficiency, however, this is not clearly stablished. In the same way, there is no treatment to decrease the negative effects of placental insufficiency in the offspring, such as the FGR. The aim of this thesis was to determine if the FGR induced by exposure to high-fat and high-sugar diet, and by environmental hypoxia, is associated to inflammatory pathways and oxidative stress maternal, placental and fetal alterations which could be intervened with an antioxidant treatment. To address this, 3 animal models of FGR associated to placental insufficiency were used. First, pregnant mice were fed prior to and during pregnancy with an obesogenic diet. At embryonic day 18.5 mice were euthanized and maternal liver and plasma, as well as placenta labyrinth zone and fetal serum, were collected. Levels of immune response cytokines in maternal plasma and fetal serum, maternal plasma and liver redox balance, and expression changes in genes related to immune function in the placental labyrinth zone were determined. The obesogenic diet was associated to an increase in oxidative stress and pro-inflammatory maternal state, as well as to alteration in fetal cytokines. These changes were associated to differentially expressed genes in a sex-specific fashion in the placental labyrinth zone, particularly related to immune function. Secondly, pregnant guinea pigs were exposed to hypobaric hypoxia from the second half of pregnancy until the end of it. Fetal and placental development, as well as hemodynamic function were supervised across pregnancy. Two subsets of guinea pig were euthanized at gestational day 35 and 60, whereas another subset was allowed to spontaneous delivery. Hypobaric hypoxia during the second half of pregnancy induced FGR associated to placental insufficiency, showing the sensitivity of the guinea pig model to hypobaric hypoxia, and describing its reference ultrasound values to be considered in future studies. Finally, pregnant sheep living at high altitude (3600 masl) were treated with melatonin during the last third of pregnancy until the delivery (100-150 days). Maternal blood, at days 120, 130 and 140 was extracted. Postnatal biometry at day 2 and 11 were determined. At postnatal day 4, hemodynamic variables were registered by a blood flow transducer inserted in the left carotid artery. At postnatal day 12, lambs were euthanized, and middle cerebral arteries were collected for wire myography and histology, as well as plasma. The prenatal melatonin treatment prevented the progressive decrease in carotid blood flow, keeping stable the vascular resistance the first postnatal days. These changes were associated with increased vasodilator function of the middle cerebral artery by independent-nitric oxide mechanisms. Altogether, the data from this thesis allowed to explore several aspects of the effects of maternal environmental alterations and its impact in maternal, placental, and fetal health, increasing the knowledge regarding the inflammatory and oxidative stress related mechanisms, and potential pharmacological treatments in pregnancies with placental insufficiency