The drug interaction between N-acetylcysteine, ascorbic acid-2 phosphate and metformin
Date
2023-11
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Background: Type 2 diabetes (T2DM) is a glucose metabolism disorder. Its prevalence is increasing rapidly in sub-Saharan Africa with it negatively impacting global health systems and the economy. The South African Department of Health management objectives for thetreatment of T2DM is to relieve symptoms, prevent acute metabolic and long-term complications, improve quality of life and productivity of patients and reduce the economic burden on individuals, family, and community. However, despite achieving glucose control, >80% of T2DM patients still develop co-morbidities because of persistent oxidative stress and inflammation. Adjuvant treatments using antioxidants are effective at counteracting oxidative stress, it is however unclear if these treatments will interfere with the insulin-sensitizing function of metformin, which is available as the first-line oral medication for the treatment of T2DM. This study therefore investigated if there is any drug interaction between metformin and the antioxidants, N-acetylcysteine (NAC) and ascorbic acid-2-phosphate (AAP). Methods: In vitro experiments were performed using C2C12 skeletal muscle myoblasts under different treatment periods and pretreatments to determine if the antioxidants NAC and AAP alters glucose uptake and thus the requirement for Metformin. Cellular growth and viability under low and high glucose culture conditions were assessed over a period of 48 hours. Additionally, a dose response experiment over a period of 6 days exposing cells to 5 different concentrations of NAC and AAP was performed to determine the optimal and non-toxic concentration of the specific antioxidants. Glucose uptake was assessed using fluorescent microscopy and the 2NBDG assay under various conditions (insulin, metformin) following pretreatment (24h) with either NAC and/or AAP. The beneficial effect(s) of combination therapy was also determined by assessing the Total Antioxidant Capacity (colorimetric assay) and reactive oxygen species (ROS) (fluorometric assay) within the culture supernatants with and without NAC and/or AAP pretreatment (24h). Results: Over the 48-hour period, cells cultured in high glucose conditions had a significantly (p<0,0001) higher cell number per 10mm2 plate surface area when compared to cells cultured in low glucose conditions. The optimal concentrations of NAC and AAP was determined to be 3.75mM and 0.6mM, respectively. The combination of AAP, NAC and metformin treatment significantly decreased ROS levels (2-fold, p<0.05) and increased the total antioxidant capacity (p<0.01) (11.57±5.66 U/mL) when compared to metformin treatment on its own (0.81±2.48 U/mL). The pretreatment (24h) of cells with a combination of AAP/NAC prior to glucose tarvation (2h) and exposure to either insulin (30min) and/or metformin (2h) significantly increased glucose uptake compared to cells without pre-treatment. Conclusion: There is a comparable effect between metformin, NAC and AAP when used in combination with each other, which reduces oxidative stress in vitro. Additionally, the combination of metformin, NAC and AAP improves glucose uptake in C2C12 mouse myoblasts in vitro that resulted in altered glucose profiles. Thus, patients taking adjuvant antioxidants may require glucose monitoring and changes in metformin requirements. This study warrants further investigation to determine the precise mechanism of action underlying the synergistic effect observed between NAC, AAP and metformin affecting glucose uptake. Screening the efficacy of other anti-diabetic agents and antioxidants that target both glucose homeostasis and oxidative stress within a diabetic microenvironment as well as its associated comorbidities is furthermore recommended.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Agtergrond: Tipe 2 diabetes (T2DM) is 'n glukose metabolisme siekte_ Daar is 'n vinnige groei in gevalle in sub-Sahara Afrika wat Wéreldwyd 'n negatiewe invlæd het op albei stelsels_ Die Suid•Afrikaanse Departement van Gesondheid se dælwitte met betreking tot die beheer en behandeling van T2DM is om simptorne te verlig, lang termyn en akute metaboliese komplikasies te verhoed, om die lewensgehalte en produktiwiteit van die pasiént te verbeter asook om die ekorÜmiese uitdagings op die individu, hul familie en gemeenskap te verminder. Alhoewel daar beheer van glukose onder pasiénte is, word daar steeds komorbiditeite aangetref onder van T2DM pasiente as gevolg van langdurige Oksidatiewe stres en innamasie. Die gebruik van antbksidante as Wyse van behandeling is effektief en Werk teen Oksidatiewe Stres, maar dit is egter onduidelik Of hierdie manier van behandeling enige invloed het op die kornponent van metformien wat 'n rd speel in die hsulien-sensitiwiteit van pasiénte het, Mt as 'n medikasie beskikbaar en die eerste opsie aan pasiente vir die behandeling van T2DM is. Hierdie studie het ondersoek Of daar enige interaksie is tussen rnetformien en die antioksidante N•asetielsistieén (NAC) en skorbiensuur•240sfaat (MP) _ Metodes: In vitro eksperimente is gedoen en daar is van C2CI 2 skeletspier mioblaste gebruik gemaak om vas te stel Of die antioksidante NAC en AAP die opname van glucose beinvioed en dus cnk die die gebruik van metformien_ Sellulére groei en lewensvatbaarheid is 'n tydperk van 6 dae onder hoe so-•wel as lae glukose-konsentrasie kulture gemeet. h Dosis• reaksie eskperiment is 00k 'n tydperk van 6 dae gedoen waartydens selle aan 5 verskillende konsentrasies van NAC en AAP blootgestel is om vas te stel Mt die deale dosis is en hoe toksisiteit te verhoed rakende die spesifieke antbksidante_ Die opname van glukose onder verskeie omstandighede is getætS deur middel van fluoresserer& mikroskopie asook die 2DG•toets (Insulien, Metformien) nå die toediening van NAC enlof AAP behandeling. Die voordelige effek(te) van die kombinasie-terapie is bepaal deur die Totale Antioksidant Kapasiteit (kleurmetriese toets) en reaktiewe suurstof spesie (ROS) (flourometriese toets) te asæsseer binne die kultuur suprnante met en sonder NAC Of AAP. Resultate: Oor 'n tydperk van 48-uur selle hoe glukose-konsentrasie omstandighede aansienlike hoer selnommers per 10mrn2 open.'iakte getoon as dié wat in lae glukose-konsentrasie Ornstandighede gekweek is. Die optimale konsentrasies van NAC en AAP is vasgestel as 3_75mm en 0.6mm onderskeidelik. Deur NAC, AAP en Metformien te kombineer het die behandeling die ROS-Vlakke aansienlik gedaal (2-wudig, p<O.05) en die Totale Antioksidant Kapasiteit (pool) (Il .57 •1-5.66 IJ/mI) verhoog invergelyking met Metformien as alleenlike behandeling u/ml)_ Deur selle vooraf vir 24-uur met 'n kombinasie van NAC/MP te behandeling, gevolg deur 2 ure in die afwesigheid van glukose en uiteindelik blootstelling aan insulien (30min) en/of metformien (2 ure), het die glukose opname van die selle beduidend verhoog in vergelyking met selle 'Nat nie die vcx)raf behandeling het nie. Gevolgtrekking: D kombinasie van Metformien, NAC en AAP toon 'n sinergistiese effek wat Oksidatiewe stres verminder in vitro. Verder, verbeter die kombinasie van metformien, NAC en AAP die glukose opname in C2C12 muis mbblaste in vitro en het dit gelei tot veranderde glukose profiele_ Dus, mag pasiente wat ekstra antioksidante neem dalk glukose•monitering sowel as veranderinge in Metformien vereistes benodig. Hierdie studie Wil verdere ondersæk regverdig om vas te stel wat die presiese meganisme van aksie is Mt lei tot die singergistiese effek wat Margeneem is tussen NAC, AAP en rnetformien en glukose opname beinvloed_ 'n Siftingstoets wat die doeltreffendheid van ander anti-diabetiese en antioksidante wat beide glukose opname en homeostase teiken sowell as Oksidatiewe stress binne a diabetiese mikro-orngewing en die ko•morbiditeite wat daarmee geassosieer word ondersoek, word verder voorgestel
AFRIKAANSE OPSOMMING: Agtergrond: Tipe 2 diabetes (T2DM) is 'n glukose metabolisme siekte_ Daar is 'n vinnige groei in gevalle in sub-Sahara Afrika wat Wéreldwyd 'n negatiewe invlæd het op albei stelsels_ Die Suid•Afrikaanse Departement van Gesondheid se dælwitte met betreking tot die beheer en behandeling van T2DM is om simptorne te verlig, lang termyn en akute metaboliese komplikasies te verhoed, om die lewensgehalte en produktiwiteit van die pasiént te verbeter asook om die ekorÜmiese uitdagings op die individu, hul familie en gemeenskap te verminder. Alhoewel daar beheer van glukose onder pasiénte is, word daar steeds komorbiditeite aangetref onder van T2DM pasiente as gevolg van langdurige Oksidatiewe stres en innamasie. Die gebruik van antbksidante as Wyse van behandeling is effektief en Werk teen Oksidatiewe Stres, maar dit is egter onduidelik Of hierdie manier van behandeling enige invloed het op die kornponent van metformien wat 'n rd speel in die hsulien-sensitiwiteit van pasiénte het, Mt as 'n medikasie beskikbaar en die eerste opsie aan pasiente vir die behandeling van T2DM is. Hierdie studie het ondersoek Of daar enige interaksie is tussen rnetformien en die antioksidante N•asetielsistieén (NAC) en skorbiensuur•240sfaat (MP) _ Metodes: In vitro eksperimente is gedoen en daar is van C2CI 2 skeletspier mioblaste gebruik gemaak om vas te stel Of die antioksidante NAC en AAP die opname van glucose beinvioed en dus cnk die die gebruik van metformien_ Sellulére groei en lewensvatbaarheid is 'n tydperk van 6 dae onder hoe so-•wel as lae glukose-konsentrasie kulture gemeet. h Dosis• reaksie eskperiment is 00k 'n tydperk van 6 dae gedoen waartydens selle aan 5 verskillende konsentrasies van NAC en AAP blootgestel is om vas te stel Mt die deale dosis is en hoe toksisiteit te verhoed rakende die spesifieke antbksidante_ Die opname van glukose onder verskeie omstandighede is getætS deur middel van fluoresserer& mikroskopie asook die 2DG•toets (Insulien, Metformien) nå die toediening van NAC enlof AAP behandeling. Die voordelige effek(te) van die kombinasie-terapie is bepaal deur die Totale Antioksidant Kapasiteit (kleurmetriese toets) en reaktiewe suurstof spesie (ROS) (flourometriese toets) te asæsseer binne die kultuur suprnante met en sonder NAC Of AAP. Resultate: Oor 'n tydperk van 48-uur selle hoe glukose-konsentrasie omstandighede aansienlike hoer selnommers per 10mrn2 open.'iakte getoon as dié wat in lae glukose-konsentrasie Ornstandighede gekweek is. Die optimale konsentrasies van NAC en AAP is vasgestel as 3_75mm en 0.6mm onderskeidelik. Deur NAC, AAP en Metformien te kombineer het die behandeling die ROS-Vlakke aansienlik gedaal (2-wudig, p<O.05) en die Totale Antioksidant Kapasiteit (pool) (Il .57 •1-5.66 IJ/mI) verhoog invergelyking met Metformien as alleenlike behandeling u/ml)_ Deur selle vooraf vir 24-uur met 'n kombinasie van NAC/MP te behandeling, gevolg deur 2 ure in die afwesigheid van glukose en uiteindelik blootstelling aan insulien (30min) en/of metformien (2 ure), het die glukose opname van die selle beduidend verhoog in vergelyking met selle 'Nat nie die vcx)raf behandeling het nie. Gevolgtrekking: D kombinasie van Metformien, NAC en AAP toon 'n sinergistiese effek wat Oksidatiewe stres verminder in vitro. Verder, verbeter die kombinasie van metformien, NAC en AAP die glukose opname in C2C12 muis mbblaste in vitro en het dit gelei tot veranderde glukose profiele_ Dus, mag pasiente wat ekstra antioksidante neem dalk glukose•monitering sowel as veranderinge in Metformien vereistes benodig. Hierdie studie Wil verdere ondersæk regverdig om vas te stel wat die presiese meganisme van aksie is Mt lei tot die singergistiese effek wat Margeneem is tussen NAC, AAP en rnetformien en glukose opname beinvloed_ 'n Siftingstoets wat die doeltreffendheid van ander anti-diabetiese en antioksidante wat beide glukose opname en homeostase teiken sowell as Oksidatiewe stress binne a diabetiese mikro-orngewing en die ko•morbiditeite wat daarmee geassosieer word ondersoek, word verder voorgestel
Description
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2023.