A new therapeutic approach for oropharyngeal dysphagia based on pharmacological sensory stimulation with TRP agonists and measurement of salivary neuropeptides as biomarkers for impaired pharyngeal sensitivity

Abstract

La disfagia orofaríngia (DO) engloba diferents disfuncions deglutòries que ocasionen la dificultat per a formar i/o propulsar el bolus alimentari des de la boca fins a l’esòfag, incloent les aspiracions. Està reconeguda per la OMS (ICD-9:787.2; ICD-10:R13) i és molt prevalent en ancians (23-51%) i en pacients amb malalties neurològiques (40-81%) o neurodegeneratives (57-84%). Les principals alteracions de la disfagia es divideixen en: eficàcia (conduint a malnutrició i deshidratació) i seguretat (conduint a infeccions respiratòries i pneumònia aspirativa). Tot i ser tan prevalent i amb les conseqüències negatives que suposen per al pacient, encara no existeix un tractament farmacològic específic. El nostre grup ha demostrat que la fisiopatologia de la DO no només es deu a una alteració de la biomecànica, sinó, també, a una alteració neurofisiològica. L’objectiu és aportar evidència per al desenvolupament d’un tractament farmacològic per la DO. La nostra estratègia pretén explorar diferents agonistes dels receptors TRP com a neuroestimulants de la deglució i descriure un biomarcador perifèric de l’alteració de la sensibilitat faríngia. Els objectius i resultats son: Capítol 1: avaluació de l’efecte terapèutic agut de varis agonistes dels receptors TRP en pacients amb DO. Està format per dos estudis. El primer avalua els agonistes TRPA1 cinamaldehid-zinc 100ppm-70µM (CIN-Zn) i el citral 250ppm (CIT) i la combinació d’agonistes TRPA1-TRPM8 citral-isopulegol 250ppm-200ppm (CIT-ISO), observant que l’estimulació del receptor TRPA1 millora la biomecànica de la deglució, essent CIN-Zn l’únic que, a més, millora la resposta neurofisiològica. El segon descriu com la freqüència deglutòria espontània (FDE) disminueix un 50% amb l’envelliment, també es van incloure pacients post-ictus i DO que, quan van ser estimulats amb capsaicina 10µM (agonista TRPV1), van incrementar significativament la FDE fins a 1 deglució/minuts (semblant a la població sana). Capítol 2: comparació de l’efecte terapèutic de sis agonistes dels receptors TRP a diferents concentracions (TRPV1: capsaicina 150µM/10µM; TRPV1/A1: piperina 1mM/150µM; TRPM8: mentol 10mM/1mM; TRPA1: CIN-Zn 100ppm-70µM; TRPA1: CIT 250ppm; i TRPA1-M8: CIT-ISO 250ppm-200ppm) i dos tipus d’espessidor (midó modificat i goma xantana). Els resultats mostren que els agonistes TRPV1 i TRPV1/A1 milloren la biomecànica de la deglució. L’agonista TRPA1 CIN-Zn també millora la neurofisiologia deglutòria. Contràriament, els espessidors milloren la prevalença de deglucions segures, però mitjançant l’alentiment de la velocitat del bolus i de la resposta biomecànica. Capítol 3: comparació de l’efecte terapèutic agut amb el sub-agut de l’agonista TRPV1 capsaicina 10µM. Hem observat que l’estimulació aguda no indueix cap millora. Quan els pacients van prendre el tractament 3 cops/dia durant 10 dies, van mostrar millores a nivell de la resposta biomecànica i neurofisiològica, suggerint que s’indueixen processos de neuroplasticitat traduïts en millores biomecàniques. Capítol 4: descripció d’un biomarcador perifèric de la sensibilitat faríngia, essent candidats la substància P (SP) i el calcitonin gene-related peptide (CGRP) determinats en saliva. La concentració d’ambdós neuropèptids es veu disminuïda en pacients ancians amb i sense DO quan es comparen amb joves sans. A més, ambdós correlacionen negativament amb la

sensibilitat faríngia (menor concentració, major llindar sensorial). Subdividint cada població segons la concentració en saliva de cada neuropèptid, únicament la SP ens permet diferenciar als individus amb una alteració significativa de la sensibilitat faríngia. Les principals conclusions són: 1) l’estimulació aguda amb agonistes dels receptors TRP mostren un bon potencial terapèutic pel tractament de la DO; 2) es proposa el desenvolupament d’una nova generació de productes per a tractar als pacients amb DO, basats en la combinació d’agonistes TRPV1 i TRPV1/A1 amb espessidor de goma xantana; 3) el tractament sub-agut amb capsaicina indueix processos de neuroplasticitat que es tradueixen en millores en la biomecànica deglutòria; i 4) proposem a la SP com a biomarcador de la sensibilitat faríngia.

La disfagia orofaríngea (DO) engloba diversas disfunciones deglutorias que ocasionan la dificultad para formar y/o propulsar el bolo alimentario desde la boca hasta el esófago, incluyendo las aspiraciones. Está reconocida por la OMS (ICD-9:787.2; ICD-10:R13) y es muy prevalente en ancianos (23-51%) y en pacientes con enfermedades neurológicas (40-81%) o neurodegenerativas (57-84%). Las principales alteraciones de la DO se dividen en: eficacia (conduciendo a malnutrición y deshidratación) y seguridad (conduciendo a infecciones respiratorias y neumonía aspirativa). Aún siendo tan prevalente y con las consecuencias negativas que suponen para el paciente, aun no existe un tratamiento farmacológico especifico. Nuestro grupo ha demostrado que la fisiopatología de la DO no solo se debe a una alteración biomecánica, sino, también, a una alteración de la respuesta neurofisiológica. El objetivo es aportar evidencia para desarrollar un tratamiento farmacológico para la DO. Nuestra estrategia pretende explorar diferentes agonistas de los receptores TRP como neuroestimulantes de la deglución y describir un biomarcador periférico de la alteración de la sensibilidad faríngea. Los objetivos y resultados son: Capítulo 1: evaluación del efecto terapéutico agudo de varios agonistas de los receptores TRP en pacientes con DO. Está formado por dos estudios. El primero, evalúa los agonistas TRPA1 cinemaldehído-zinc 100ppm-70µM (CIN-Zn) y citral 250ppm (CIT) y la combinación de agonistas TRPA1-TRPM8 citral-isopulegol 250ppm-200ppm (CIT-ISO), observando que la estimulación del receptor TRPA1 mejora la biomecánica de la deglución, siendo CIN-Zn el único agonista que, además, mejora la respuesta neurofisiológica. El segundo, describe cómo la frecuencia deglutoria espontánea (FDE) disminuye un 50% con el envejecimiento. También, se incluyeron pacientes post-ictus y DO que, cuando fueron estimulados con capsaicina 10µM (agonista TRPV1), incrementaron significativamente la FDE hasta 1 deglución/minuto (parecidos a la población sana). Capítulo 2: comparación del efecto terapéutico de seis agonistas de los receptores TRP a diferentes concentraciones (TRPV1:capsaicina 150µM/10µM; TRPV1/A1:piperina 1mM/150µM; TRPM8:mentol 10mM/1mM; TRPA1:CIN-Zn 100ppm-70µM; TRPA1:CIT 250ppm; y TRPA1-M8:CIT-ISO 250ppm-200ppm) y dos tipos de espesantes (almidón modificado y goma xantana). Los resultados muestran que los agonistas TRPV1 y TRPV1/A1 mejoran la biomecánica de la deglución. El agonista TRPA1 CIN-Zn también mejora la neurofisiología deglutoria. Contrariamente, los espesantes mejoran la prevalencia de degluciones seguras, pero mediante el enlentecimiento de la velocidad del bolo y de la respuesta biomecánica. Capítulo 3: comparación del efecto terapéutico agudo con el sub-agudo del agonista TRPV1 capsaicina 10M. La estimulación aguda no induce ninguna mejora, pero cuando los pacientes tomaron el tratamiento 3 veces/día durante 10 días, mostraron mejoras de la respuesta biomecánica y neurofisiológica. Además, existe una buena correlación entre la mejora biomecánica y neurofisiológica, sugiriendo que se inducen procesos de neuroplasticidad traducidos en mejoras biomecánicas.

Capítulo 4: descripción de un biomarcador periférico de la sensibilidad faríngea, siendo candidatos la substancia P (SP) y el calcitonin gene-related peptide (CGRP) determinados en saliva. La concentración de ambos neuropéptidos se ve disminuida en pacientes ancianos con y sin DO cuando se comparan con jóvenes sanos. Además, ambos correlacionan negativamente con la sensibilidad faríngea (menor concentración, mayor umbral sensorial faríngeo). Subdiviendo cada población según la concentración en saliva de cada neuropéptido, únicamente la SP nos permite diferenciar los individuos con una alteración significativa de la sensibilidad faríngea. Principales conclusiones: 1) la estimulación aguda con agonistas TRP muestra un buen potencial terapéutico para la DO; 2) proponemos el desarrollo de una nueva generación de productos para tratar a los pacientes con DO, basados en la combinación de agonistas TRPV1 y TRPV1/A1 con espesantes de goma xantana; 3) el tratamiento sub-agudo con capsaicina induce procesos de neuroplasticidad traducidos en mejoras biomecánicas deglutorias; y 4) proponemos a la SP como biomarcador de la sensibilidad faríngea.

Oropharyngeal dysphagia (OD) includes various swallowing dysfunctions that cause difficulty in forming and/or propulsing the bolus from the mouth to the esophagus and includes aspirations. It is recognized by the WHO (ICD-9:787.2; ICD-10:R13) and is highly prevalent in the elderly (23-51%) and in patients with neurological (40-81%) or neurodegenerative diseases (57 -84%). The main alterations in OD are divided into: efficacy impairments (leading to malnutrition and dehydration) and safety impairments (leading to respiratory infections and aspiration pneumonia). Although its high prevalence and negative consequences that it causes for the patient, there is still no specific pharmacological treatment for OD. Our group has shown that the pathophysiology of OD is not only due to a biomechanical impairment, but also to an alteration of the neurophysiological response. The objective is to provide evidence to develop a pharmacological treatment for OD. Our strategy aims to explore different TRP agonists as swallowing neurostimulants and to describe a peripheral biomarker of impaired pharyngeal sensitivity. The objectives and results are: Chapter 1: to evaluate the acute therapeutic effect of various TRP agonists in patients with OD. It includes two studies. The first study evaluates the agonists TRPA1 cinnamaldehyde- zinc 100ppm-70µM (CIN-Zn) and citral 250ppm (CIT) and the TRPA1-TRPM8 combined agonists citral-isopulegol 250ppm-200ppm (CIT-ISO), observing that the stimulation of TRPA1 receptor improves swallowing biomechanics, being CIN-Zn the only agonist that also improves neurophysiological response. The second study describes how the spontaneous swallowing frequency (SSF) decreases by 50% with aging. Also, post-stroke and DO patients were included and when stimulated with 10µM capsaicin (TRPV1 agonist), the SSF significantly increased up to 1 swallow/minute (similar to the healthy population). Chapter 2: to compare the therapeutic effect of six TRP receptor agonists at different concentrations (TRPV1: 150µM and 10µM capsaicin; TRPV1 / A1: 1mM and 150µM piperine; TRPM8: 10mM and 1mM menthol; TRPA1: CIN-Zn 100ppm-70µM; TRPA1: CIT 250ppm; and TRPA1-M8: CIT-ISO 250ppm-200ppm) and two types of thickeners (modified starch and xanthan gum). The results show that TRPV1 and TRPV1/A1 agonists improve swallowing biomechanics. Furthermore, the TRPA1 agonist CIN-Zn also improves swallowing neurophysiology. In contrast, thickeners improve the prevalence of safe swallows, but by slowing bolus velocity and the biomechanical response. Chapter 3: to compare the acute with the sub-acute therapeutic effect of the TRPV1 agonist capsaicin 10µM. We have observed that acute stimulation does not induce any improvement, however, when patients took the treatment 3 times/day for 10 days, they showed improvements in biomechanical and neurophysiological response. Furthermore, there is a good correlation between biomechanical and neurophysiological improvement, suggesting that neuroplasticity processes are induced that translate into improvements in biomechanics. Chapter 4: to describe a peripheral biomarker of pharyngeal sensitivity, being potential candidates the substance P (SP) and calcitonin gene-related peptide (CGRP) determined in saliva. The concentration of both neuropeptides is decreased in elderly patients with and without OD when compared to healthy young people. Furthermore, both SP and CGRP

negatively correlate with pharyngeal sensitivity (the lower the concentration, the higher the pharyngeal sensory threshold). By subdividing each population according to the saliva concentration of each neuropeptide, only SP allows us to differentiate individuals with a significant alteration in pharyngeal sensitivity. The main conclusions are: 1) acute stimulation with TRP agonists shows good therapeutic potential as a OD treatment; 2) the development of a new generation of products to treat OD patients is proposed, based on the combination of the TRPV1 and TRPA1/V1 agonists with xanthan gum thickeners; 3) the sub-acute treatment with capsaicin shows that neuroplasticity processes are induced and are translated into biomechanical swallowing improvements; and 4) we propose SP as a biomarker of pharyngeal sensitivity.