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FM19G11-loaded nanoparticles modulate energetic status and production of reactive oxygen species in myoblasts from ALS mice - 22/03/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116380 
Claudia Malacarne a, Eleonora Giagnorio a, , Cristina Chirizzi b, c, Marco Cattaneo d, e, Fulvia Saraceno a, f, Paola Cavalcante a, Silvia Bonanno a, Renato Mantegazza a, Victoria Moreno-Manzano g, Giuseppe Lauria d, h, Pierangelo Metrangolo c, i, Francesca Baldelli Bombelli c, Stefania Marcuzzo a, i,
a Neuroimmunology and Neuromuscular Diseases Unit, Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, Via Celoria 11, Milan 20133, Italy 
b Neuroradiology Unit, Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, Via Celoria 11, Milan 20133, Italy 
c Laboratory of Supramolecular and Bio-Nanomaterials (SupraBioNano Lab), Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering, "Giulio Natta", Politecnico di Milano, Milan 20131, Italy 
d Neuroalgology Unit, Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, Via Celoria 11, Milan 20133, Italy 
e PhD Program in Pharmacological Biomolecular Sciences, Experimental and Clinical, University of Milano, Via G.Balzaretti 9, Milan 20133, Italy 
f Department of Chemistry, Life Sciences and Environmental Sustainability, University of Parma, Parco Area delle Scienze 11/a, Parma 43124, Italy 
g Neuronal and Tissue Regeneration Laboratory, Prince Felipe Research Center, Carrer d´Eduardo Primo Yúfera 3, Valencia 46012, Spain 
h Department of Medical Biotechnology and Translational Medicine, University of Milano, Milan 20133, Italy 
i Brains Lab, Joint Research Platform, Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta-Politecnico di Milano, Via Celoria 11, 20133 Milan, Italy 

Corresponding author.⁎⁎Corresponding author at: Neuroimmunology and Neuromuscular Diseases Unit, Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, Via Celoria 11, Milan 20133, Italy.Neuroimmunology and Neuromuscular Diseases Unit, Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo BestaVia Celoria 11Milan20133Italy

Abstract

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease affecting motor neurons. Considerable evidence indicates that early skeletal muscle atrophy plays a crucial role in the disease pathogenesis, leading to an altered muscle-motor neuron crosstalk that, in turn, may contribute to motor neuron degeneration. Currently, there is no effective treatment for ALS, highlighting the need to dig deeper into the pathological mechanisms for developing innovative therapeutic strategies. FM19G11 is a novel drug able to modulate the global cellular metabolism, but its effects on ALS skeletal muscle atrophy and mitochondrial metabolism have never been evaluated, yet.

This study investigated whether FM19G11-loaded nanoparticles (NPs) may affect the bioenergetic status in myoblasts isolated from G93A-SOD1 mice at different disease stages. We found that FM19G1-loaded NP treatment was able to increase transcriptional levels of Akt1, Akt3, Mef2a, Mef2c and Ucp2, which are key genes associated with cell proliferation (Akt1, Akt3), muscle differentiation (Mef2c), and mitochondrial activity (Ucp2), in G93A-SOD1 myoblasts. These cells also showed a significant reduction of mitochondrial area and networks, in addition to decreased ROS production after treatment with FM19G11-loaded NPs, suggesting a ROS clearance upon the amelioration of mitochondrial dynamics.

Our overall findings demonstrate a significant impact of FM19G11-loaded NPs on muscle cell function and bioenergetic status in G93A-SOD1 myoblasts, thus promising to open new avenues towards possible adoption of FM19G11-based nanotherapies to slow muscle degeneration in the frame of ALS and muscle disorders.

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Graphical Abstract




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Highlights

FM19G11-loaded nanoparticles modulate muscle function related genes in ALS myoblasts.
FM19G11-loaded nanoparticles modulate mithocondrial activity in ALS myoblasts.
FM19G11-loaded nanoparticles regulate ROS production in ALS myoblasts.
FM19G11-loaded nanoparticles represent a muscle-targeting strategy for ALS treatment.

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Keywords : Amyotrophic lateral sclerosis, Muscle, FM19G11, G93A-SOD1 mouse model, Nanomedicine


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