Chala D. The corrective effect of the grape natural complex of polyphenols on diabetes-induced disorders in pancreas and peripheral blood cells.

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0825U000044

Thesis Registration Form

0825U000044.pdf

Applicant for

Dariya Y. Chala

Specialization

091 - Біологія

Date of defense

23-01-2025

Specialized Academic Board

PhD 7315

Ivan Franko National University of Lviv

Essay

The dissertation is devoted to the study of antioxidant, hypoglycemic, and immunomodulatory properties of the grape pomace extract and the red grape wine concentrate, rich in a natural complex of polyphenols, under the condition of streptozotocin-induced diabetes mellitus in rats, as well as the study of the qualitative and quantitative composition of these concentrate and extract. Diabetes mellitus (DM) is one of the most common diseases in the world. Thus, searching for the basis for diabetes-correcting drugs characterized by hypoglycemic, antioxidant and immunomodulatory properties is one of the advanced tasks. Natural polyphenols, that are contained in grapes (Vitis vinifera L.), and accordingly in grape wine and grape pomace, are known as biologically active compounds. That is why obtaining and studying in vivo and in vitro abilities of red grape wine concentrate and grape pomace extract are important in order to evaluate the possibility of further usage of these biologically active substances as a basis for new diabetes-correcting drugs. Detailed qualitative and quantitative analysis of red grape wine concentrate (PC (polyphenolic complex) concentrate) and grape pomace extract (NCP (natural complex of polyphenols) extract) were conducted. The study of the antioxidant activity of PC concentrate and NCP extract in vitro was carried out using the DPPH-radical. The antioxidant activity was revealed for both substances, PC concentrate and NCP extract, but the scavenging capacity of NCP extract was higher. The study of the properties of PC concentrate was carried out in vivo under the conditions of administration of PC concentrate to rats with experimental DM for 14 days at a dose of 45 mg of polyphenolic compounds per 1 kg of animal body weight. The hypoglycemic and immunomodulatory properties of the studied concentrate were confirmed. The antioxidant potential of the studied concentrate is manifested in the ability to correct the activity antioxidant enzymes. In addition, the ability of PC concentrate to increase the number of erythrocytes and hemoglobin concentration under pathology conditions was revealed. The minimal bactericidal concentration (MBC) for Escherichia coli strain and Staphylococcus aureus strain was established in vitro for the PC concentrate. The hypoglycemic properties of NCP extract were studied in vivo by administering NCP extract to rats with streptozotocin-induced DM for 14 days at a dose of 45 mg of polyphenols per 1 kg of animal body weight. The sugar-lowering activity of the studied extract was confirmed. It was also found that treating rats with NCP extract contributed to the normalization of the fructosamine and L-lactate concentration in the blood plasma, and the total level of AGEs in pancreas, and to the increase in the level of ATP in pancreas and leukocytes under DM. Also, administration of NCP extract contributed to the normalization of the blood plasma lipid profile of rats with DM. NCP extract leads to normalization under DM of the number of erythrocytes, total hemoglobin concentration and reticulocytes quantity. A decrease in the total number of leukocytes and a normalization of the white blood cell differential were detected after NCP extract administration to animals with DM. The extract also increased the phagocytic capacity of leukocytes of rats with DM, the average cytochemical coefficient of cationic proteins and decreased the activity of NADPH-oxidase of leukocytes. In the studies in vivo an impact of NCP extract on state of antioxidant defense system elements of leukocytes and pancreatic cells of rats with DM was established. The studied extract contributed to the normalization of the activity of main antioxidant enzymes, such as catalase, glutathione peroxidase and superoxide dismutase. It was detected that under DM the administration of the extract helped to reduce the content of TBA-reactive substances and proteins oxidation products of neutral and basic character in pancreas and peripheral blood leukocytes, and the level of lipofuscin in the blood plasma. It was found that NCP extract helps to reduce the activity of separate NO-synthase isoforms both in pancreas and in peripheral blood leukocytes. It was detected that the administration of NCP extract to rats with DM led to a decrease of nitrite- and nitrate-anions levels, and nitrotyrosine-modified proteins in pancreas and leukocytes. The positive effect of grape polyphenols on carbohydrate metabolism, the lipid profile of blood plasma, the morpho-functional state of peripheral blood cells and indicators of oxidative-nitrative stress under experimental DM confirm that the studied natural complex of polyphenols of grape is able to serve as a potential basis for new drugs that would be used in the complex therapy of DM.

Thesis supervisor

Nataliia O. Sybirna

Official opponents

Oleksii M. Savchuk
Lesya I. Kobylinska

Reviewers

Iryna V. Brodyak
Mariia R. Nagalievska

Research papers

1. Hertsyk (Chala), D. Yu., Sabadashka M. V., Kaprelyants L. V., & Sybirna N. O. (2021). Corrective effect of red wine concentrate enriched with natural complex of polyphenols on activity of antioxidant defense enzymes in cardiac muscle under experimental diabetes mellitus. Studia Biologica, 15(1), 37–48.

2. Sabadashka M., Hertsyk (Chala) D., Strugała-Danak P., Dudek A., Kanyuka O., Kucharska A. Z., Kaprelyants L., & Sybirna N. (2021). Anti-Diabetic and Antioxidant Activities of Red Wine Concentrate Enriched with Polyphenol Compounds under Experimental Diabetes in Rats. Antioxidants, 10(9), 1399.

3. Skorobahatko, V., Sabadashka, M., Chala, D., & Sybirna, N. (2023). Diabetescorrecting and antioxidant effects of grape pomace extract rich in natural complex of polyphenols. Studia Biologica, 17(4), 51-62.

4. Chala, D., Sabadashka, M., Morozovych, A., Krychowiak-Maśnicka, M., Królicka, A., & Sybirna, N. (2024). Immunomodulatory and antibacterial effect of red wine concentrate rich in a natural complex of polyphenols under diabetes mellitus. Biomedicine & Pharmacotherapy, 170, 116023.

5. Chala, D., Sabadashka, M., & Sybirna, N. (2024). The impact of grape pomace extract rich in natural complex of polyphenols on morpho-functional state of leukocytes under experimental diabetes mellitus. Studia Biologica, 18(2), 33-48.

6. Hertsyk (Chala) D., Sabadashka M., Krychowiak-Maśnicka M., Sybirna N. (2020, April 27-29). Diabetes-correcting and antibacterial effect of red wine polyphenolic complex. Presentation at the XVI International Scientific Conference for Students and PhD Students “Youth and Progress of Biology”, Lviv, 41-42.

7. Герцик (Чала) Д. Ю., Сабадашка М. В., Сибірна Н. О. (2021, 2 квітня). Вплив концентрату червоного виноградного вина, збагаченого природним комплексом поліфенолів, на окремі гематологічні показники за цукрового діабету. Тези представлені на V Міжнар. наук. конф. «Лікарські рослини: традиції та перспективи досліджень», Березоточа, 235-240.

8. Hertsyk (Chala) D., Sabadashka M., Sybirna N. (2021, April 19-21). Effect of red wine concentrate enriched with natural complex of polyphenols on hepatocytes of rats experimental diabetes mellitus. Presentation at the XVII International Scientific Conference for Students and PhD Students “Youth and Progress of Biology”, Lviv, 57-58.

9. Сабадашка М., Морозович А., Герцик (Чала) Д., Стецюк В., Сибірна Н. (2021, 1 жовтня). Функціональна активність імунокомпетентних клітин за експериментального цукрового діабету у разі введення концентрату червоного виноградного вина, збагаченого природним комплексом поліфенолів. Тези представлені на науково-практичній on-line конференції з міжнародною участю «Актуальні питання експериментальної та клінічної біохімії», Харків, 141-142.

10. Hertsyk (Chala) D., Sabadashka M., Sybirna N. (2021, October 13-14). Inhibition of oxidative stress by red wine concentrate enriched with natural complex of polyphenols under diabetes mellitus. Presentation at the 8 th International Conference “Human-Nutrition-Environment”, Rzeszow, 94.

11. Герцик (Чала) Д., Стецюк В., Сабадашка М., Сибірна Н. (2022, 19 травня). Антиоксидантна та діабет-коригувальна активності екстракту з виноградних вижимок. Тези представлені на ХХ Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих вчених, присвяченій 90-річчю від Дня народження доктора біологічних наук, професора, члена-кореспондента НААН, заслуженого діяча науки і техніки України Макара І. А., Львів, 33.

12. Chala D., Sabadashka M., Karmash O., Sybirna N. (2022, October 6–7). Impact of grape pomace extract enriched with natural complex of polyphenols on oxidative-nitrative stress of leukocytes under diabetes mellitus. Presentation at the XVIII International Scientific Conference for Students and PhD students “Youth and progress of biology”, Lviv, 30-31.

13. Красій М., Чала Д., Сабадашка М., Сибірна Н. (2022, 6-7 жовтня). Антиоксидантна дія екстракту з виноградних вичавок, збагаченого поліфенольним комплексом, у лейкоцитах периферичної крові щурів з експериментальним цукровим діабетом. Тези представлені на XVIII Міжнародній науковій конференції студентів і аспірантів «Молодь і поступ біології», Львів, 25-26.

14. Стецюк В., Чала Д., Сабадашка М., Сибірна Н. (2022, 6-7 жовтня). Гепатопротекторна дія екстракту з виноградних вичавок, збагаченого природним поліфенольним комплекcом, за експериментального цукрового діабету. Тези представлені на XVIII Міжнародній науковій конференції студентів і аспірантів «Молодь і поступ біології», Львів, 27-28.

15. Чала Д., Сабадашка М., Сибірна Н. (2022, 6-7 жовтня). Антиоксидантний вплив екстракту з виноградних вичавок, збагаченого природним комплексом поліфенолів, на панкреатичні клітини за експериментального цукрового діабету. Тези представлені на VI Міжнародній науковій конференції «Актуальні проблеми сучасної біохімії, клітинної біології та фізіології», Дніпро, 50-51.

16. Чала Д. Ю., Стецюк В. В., Сабадашка М. В., Сибірна Н. О. (2023, 25 березня). Вплив екстракту з виноградних вичавок на показники оксидативного стресу у плазмі крові щурів за цукрового діабету. Тези представлені на VІ Міжнар. наук. конф. «Лікарські рослини: традиції та перспективи досліджень», Березоточа, 223–226.

17. Chala D., Sabadashka M., Sybirna N. (2023, April 26-28). Impact of grape pomace extract rich in natural complex of polyphenols on nitrative stress in pancreatic cells under type 1 diabetes mellitus. Presentation at the XIХ International Scientific Conference for Students and PhD students “Youth and progress of biology”, Lviv, 42-43.

18. Красій М., Чала Д., Сабадашка М., Сибірна Н. (2023, 26-27 квітня). Імуномодулюючий ефект екстракту з виноградних вичавок, збагаченого природним комплексом поліфенолів, за експериментального цукрового діабету. Тези представлені на XIХ Міжнародній науковій конференції студентів і аспірантів «Молодь і поступ біології», Львів, 30-31.

19. Стецюк В., Чала Д., Сабадашка М., Сибірна Н. (2023, 26-27 квітня). Антиоксидантна активність екстракту з виноградних вичавок, збагаченого природним комплексом поліфенолів, у плазмі крові щурів з експериментальним цукровим діабетом. Тези представлені на XIХ Міжнародній науковій конференції студентів і аспірантів «Молодь і поступ біології», Львів, 36-37.

20. Качмар Х. В., Сабадашка М. В., Чала Д. Ю., Сибірна Н. О. (2024, 7 березня). Ефект екстракту з виноградних вичавок, багатого на природний комплекс поліфенолів, за експериментального цукрового діабету. Тези представлені на І Міжнародній науково-практичній online конференції «Сучасні досягнення експериментальної, клінічної, екологічної біохімії та молекулярної біології», Харків, 517-519.

21. Chala D., Sabadashka M., Sybirna N. (2024, April 18-20). Impact of grape pomace extract under diabetes-induced hyperglycemia and dyslipidemia. Presentation at the XХ International Scientific Conference for Students and PhD students “Youth and progress of biology”, Lviv, 74-75.

22. Krasii M., Chala D., Sabadashka M., Sybirna N. (2024, April 18-20). Influence of grape pomace extract, rich in polyphenolic complex, on functional state of leukocytes of rats with diabetes mellitus. Presentation at the XХ International Scientific Conference for Students and PhD students “Youth and progress of biology”, Lviv, 76-77.

0824U003741

Kseniia-Oksana A. Zhukrovska

Genetic control of the biosynthesis of ramoplanin and related antibiotics in actinomycetes.

0824U003766

Oleh I. Demianchuk

Influence of alpha-ketoglutarate on Drosophila and mice: parameters of behavior, oxidative stress and energy metabolism

0824U003612

Yuliia P. Mamedova

Ecological patterns of formation of bird complexes at wastewater treatment facilities in Kharkiv Region

0824U003572

Mykola Drohvalenko

Composition diversity of Pelophylax esculentus complex hemiclonal population systems in Ukraine and the factors maintaining their stability

0824U003423

Roman Tsyhannyk

Individual peculiarities of functioning and reactivity of the cardiovascular system during Tilt test