Συγκριτική μελέτη των τοξικών επιδράσεων της κανναβιδιόλης και της νικοτίνης σε πνευμονικά και ενδοθηλιακά κύτταρα και διερεύνηση της αγχολυτικής και αντιοξειδωτικής δράσης της κανναβιδιόλης in vivo

Abstract

Smoking is a major risk factor for numerous diseases, including cardiovascular, respiratory, and neurodegenerative disorders. Nicotine, the primary active compound in tobacco, is involved in biological mechanisms related to oxidative stress, inflammation, cellular dysfunction, and dysregulation of the nervous and cardiovascular systems. At acutely high doses or with prolonged use, nicotine may exacerbate anxiety-like behavior by impairing brain plasticity through the downregulation of Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) and disruption of cholinergic neurotransmission. The rapid expansion of Reduced Risk Products (RRPs), such as electronic cigarettes, heated tobacco products (e.g., IQOS, Glo), and cannabidiol (CBD)-containing refill liquids, necessitates independent scientific evaluation of their toxicity and biological effects at both the cellular and systemic levels. This thesis comparatively investigates and in vivo experimental approaches. In the in vitro part, the effects of tobacco smoke, heated tobacco products, e-cigarette aerosols, and CBD-liquids were assessed on pulmonary and endothelial cell lines. Parameters examined included cell viability, secretion of pro-inflammatory cytokines (MMP-1, IL-6, IL-8), wound healing capacity (scratch assay), and monocyte (MM6) adhesion to HCAEC cells. RRPs exhibited lower cytotoxicity compared to conventional cigarette smoke, with CBD-liquids demonstrating the most favorable profile regarding cell survival and inflammatory response. In the in vivo part, a well-established mouse model (C57BL/6) was used, with high-dose nicotine administration to induce anxiety-like behavior. Co-administration of CBD resulted in a significant reduction in anxiety markers (open field test), preservation of BDNF levels in the cerebral hemispheres, modulation of oxidative stress markers (GSH, MDA), and decreased production of pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-6). Furthermore, metabolic homeostasis was maintained, and cholinergic function was favorably regulated (acetylcholine levels and acetylcholinesterase activity). The findings of this study support the potential neuroprotective and anxiolytic effects of CBD against nicotine-induced toxicity, highlighting its therapeutic potential.

Το κάπνισμα αποτελεί μείζονα παράγοντα κινδύνου για πλήθος παθήσεων, μεταξύ των οποίων καρδιοαγγειακές, αναπνευστικές και νευροεκφυλιστικές διαταραχές. Η νικοτίνη, κύριο δραστικό συστατικό του καπνού, εμπλέκεται σε βιολογικούς μηχανισμούς που σχετίζονται με το οξειδωτικό στρες, τη φλεγμονή, την κυτταρική δυσλειτουργία και την απορρύθμιση του νευρικού και του καρδιαγγειακού συστήματος. Σε οξείες υψηλές δόσεις ή κατά την παρατεταμένη κατανάλωση, η νικοτίνη δύναται να ενισχύσει την εκδήλωση έντονου άγχους, επηρεάζοντας την εγκεφαλική πλαστικότητα μέσω μείωσης των επιπέδων του Εγκεφαλικού Νευροτροφικού Παράγοντα (BDNF) και διαταραχής της χολινεργικής νευροδιαβίβασης. Η ταχεία εξάπλωση των Προϊόντων Μειωμένου Κινδύνου (Reduced Risk Products – RRPs), όπως τα ηλεκτρονικά τσιγάρα, τα θερμαινόμενα προϊόντα καπνού (π.χ. IQOS, Glo) και τα υγρά αναπλήρωσης με κανναβιδιόλη (CBD), καθιστά επιτακτική την ανεξάρτητη επιστημονική αξιολόγηση της τοξικότητας και της βιολογικής τους επίδρασης, τόσο σε κυτταρικό όσο και σε συστημικό επίπεδο. Η παρούσα διατριβή διερευνά συγκριτικά τις τοξικές και προστατευτικές ιδιότητες της νικοτίνης και της CBD, μέσω in vitro και in vivo πειραματικών προσεγγίσεων. Στο in vitro σκέλος, εξετάστηκε η επίδραση καπνού, προϊόντων θέρμανσης καπνού, ηλεκτρονικών τσιγάρων και CBD-υγρών ηλεκτρονικού τσιγάρου σε πνευμονικά και ενδοθηλιακά κύτταρα. Εκτιμήθηκαν η κυτταρική βιωσιμότητα, η έκκριση προφλεγμονωδών κυτταροκινών (MMP-1, IL-6, IL-8), η ικανότητα επούλωσης τραύματος (scratch wound assay) και η προσκόλληση μονοκυττάρων MM6 σε HCAEC κύτταρα. Τα προϊόντα μειωμένου κινδύνου εμφάνισαν χαμηλότερη κυτταροτοξικότητα σε σχέση με τον καπνό, με τα CBD-υγρά να εμφανίζουν το ευνοϊκότερο προφίλ ως προς την κυτταρική επιβίωση και τη φλεγμονώδη απόκριση. Στο in vivo σκέλος, εφαρμόστηκε ένα καλά εδραιωμένο πειραματικό μοντέλο μυών C57BL/6 με χορήγηση υψηλής δόσης νικοτίνης για την επαγωγή αγχώδους συμπεριφοράς. Η ταυτόχρονη χορήγηση CBD οδήγησε σε σημαντική μείωση των δεικτών άγχους (open field test), διατήρηση των επιπέδων του BDNF στα εγκεφαλικά ημισφαίρια, τροποποίηση των δεικτών οξειδωτικού στρες (GSH, MDA), καθώς και μείωση της παραγωγής προφλεγμονωδών κυτταροκινών (TNF-α, IL-6). Επιπλέον, παρατηρήθηκε διατήρηση της μεταβολικής ομοιόστασης και ευνοϊκή ρύθμιση της χολινεργικής λειτουργίας (επίπεδα ακετυλοχολίνης και ενεργότητα ακετυλοχολινεστεράσης). Τα ευρήματα της διατριβής τεκμηριώνουν τον πιθανό νευροπροστατευτικό και αγχολυτικό ρόλο της CBD έναντι των βλαπτικών επιδράσεων της νικοτίνης, αναδεικνύοντας τη θεραπευτική της δυναμική.