Conception et réalisation d’un biocapteur pour l’évaluation de la variation du stress oxydant appliqué à un modèle expérimental du syndrome métaboliqu

Abstract

Des recherches récentes mettent en évidence le rôle crucial du stress oxydatif dans les dysfonctionnements cérébraux, hépatiques et cardiaques. Ce stress à long terme contribue à la pathogenèse des maladies neurodégénératives, des troubles hépatiques ainsi que des affections cardiovasculaires. En conséquence, l’intérêt pour l’utilisation des substances naturelles antioxydantes issues de plantes médicinales telles que Nigella sativa L. s’est renforcé, cette approche s’impose comme stratégie préventive prometteuse et ce en raison de la faible toxicité et de la forte biodisponibilité de ces composés par rapport aux produits de synthèse. Cependant cette approche, bien que pertinente, demeure à elle seule insuffisante. Dans ce contexte, l’objectif de cette présente étude est d’associer des stratégies préventives basées sur l’utilisation de plantes médicinales à un diagnostic rapide, réalisé à l’aide des biocapteurs, et ce afin de détecter les altérations et les variations de stress oxydatif induites par un régime alimentaire déséquilibré et une surcharge en fer, ainsi qu’à évaluer la capacité des molécules bioactives issues de NS à restaurer le stress oxydatif chez la souris NMRI. L’étude s’est focalisée essentiellement sur les biomarqueurs du stress oxydant, incluant l’oxydation lipidique, le pouvoir antioxydant réducteur du fer (FRAP), les dosages des groupements thiols, l’évaluation de la catalase et le glutathion réduit (GSH). Par ailleurs, l’exploitation de matrice biologique sous forme d’homogénat tissulaire immergé dans un liquide ionique a permis la réalisation des mesures diélectrique, mesures par diffraction des rayons X (DRX) et spectroscopie UV-visible. Ces données ont ensuite été intégrées dans deux modèles biologiques et électrochimiques, utilisés conjointement à un modèle informatique d’apprentissage (réseaux neuronaux artificiels RNA). Pour ce faire, quatre groupes de souris NMRI expérimentales (six souris par groupe) ont été constitués : groupe témoin (ST), témoin + 4 % de poudre de graines de NS (ST+N), régime HG enrichi en FeCl₃ (HG/Fe) et HG/Fe + N. À l’issue de 11 semaines d’expérimentation, les résultats obtenus indiquent que le traitement à base de NS rétablit les dommages oxydatifs induits par le régime HG, on constate une augmentation du pouvoir réducteur plasmatique et tissulaire cardiaque, hépatique et cérébrale. En effet, le groupe HG/Fe présente un pouvoir réducteur significativement plus faible, estimé à 29,72 % vis-à-vis du groupe ST au niveau plasmatique. Parallèlement on note une réduction de 31,39 % au niveau cérébral, de 32,16 % au niveau hépatique et de 32,45 % au niveau cardiaque. En revanche, l’incorporation de la SN dans le régime HG/Fe améliore de manière significative le pouvoir réducteur, avec des augmentations respectives de 29,48 %, 41,27 %, 19,62 % enregistrées dans le plasma, le cerveau et le foie. L'évaluation des taux des groupements thiols, au niveau plasmatique et tissulaire, indique que le groupe HG/Fe présente des altérations oxydatives protéiques significatives marquées par une réduction des groupements SH en comparaison avec les groupes ST avec ou sans supplémentation en poudre NS. On note ainsi des augmentations respectives de 46,39 % ; de 55,81 % au niveau du plasmatique, de 29,27 % ; 45,16 % au niveau cérébral, de 36,63 % ; 23,97 % au niveau hépatique et de 34,49 % ; 44,71 % au niveau cardiaque. L’ajout de la SN au régime HG/Fe améliore significativement le taux de groupement thiols, avec des augmentations respectives de 30,47 % ; 40,89 % ; 27,48 % ; et 55,26 % mesurées dans le plasma, le cerveau, le foie et le coeur. Parallèlement, l'évaluation de GSH au niveau cérébral indique des résultats concordants, caractérisés par une réduction de 16,62 % et 28,40 % comparé au groupe ST supplémenté ou non en poudre de NS et de 24,99 % versus le groupe HG/Fe+N. Une tendance similaire est observée pour l’enzyme antioxydante la catalase au niveau cérébral et érythrocytaire. Le groupe HG/Fe présente une diminution hautement significative de l'activité catalase, avec des réductions de 66,50 % ; 53,47 % au niveau des érythrocytes et de 3,88 % ; 8,44 % au niveau du cerveau, et ce en comparaison avec les groupes ST et ST+N respectivement. Le régime HG/Fe utilisé dans cette étude génère une oxydation lipidique, estimée par le dosage de MDA. On note une hausse de (30,21 % ; 52,90 %) au niveau plasmatique, (46,13 % ; 32,85 %) au niveau cérébral, (46,31 % ; 22,65 %) au niveau hépatique et (65,08 % ; 35,55 %) au niveau cardiaque comparée aux groupes ST et ST+N respectivement. L’incorporation de la NS dans le régime HG/Fe réduit d’une manière très significative le taux de MDA. En effet, une réduction de 66,95 % ; 39,15 % ; 32,74 % ; 56,64 % au niveau du plasma, du cerveau, du foie et du coeur, respectivement, est constatée dans le groupe HF/Fe+N par rapport au groupe HF/Fe. Dans cette étude, les mesures DRX et UV offrent une vision complémentaire des propriétés moléculaires et structurales de l’homogénat. Afin de tester la fiabilité de ces tests électrochimiques et biologiques, nous avons introduit l’intelligence artificielle (RNA). La configuration finale a démontré une capacité robuste à prédire les mesures DRX et biologiques avec une marge d'erreur d'environ 7 degrés.