Encapsulation of glutamine synthetase in mouse erythrocytes: a new procedure for ammonia detoxification

There are a number of pathological situations in which ammonia levels increase leading to hyperammonemia, which may cause neurological alterations and can lead to coma and death. Currently, there are no efficient treatments allowing rapid and sustained decrease of ammonia levels in these situations. A way to increase ammonia detoxification would be to increase its incorporation in glutamine by glutamine synthetase. The aim of this work was to develop a procedure to encapsulate glutamine synthetase in mouse erythrocytes and to assess whether administration of these erythrocytes containing glutamine synthetase (GS) reduce ammonia levels in hyperammonemic mice. The procedure developed allowed the encapsulation of 3 ± 0.25 IU of GS / mL of erythrocytes with a 70% cell recovery. Most metabolites, including ATP, remained unaltered in glutamine synthetase-loaded erythrocytes (named ammocytes by us) compared with native erythrocytes. The glutamine synthetase-loaded ammocytes injected in mice survived and retained essentially all of their glutamine synthetase activity for at least 48 h in vivo. Injection of these ammocytes into hyperammonemic mice reduced ammonia levels in the blood by about 50%. The results reported indicate that ammocytes are able to keep their integrity, normal energy metabolism, the inserted glutamine synthetase activity, and can be useful to reduce ammonia levels in hyperammonemic situations.

Il existe un nombre de situations pathologiques dans lesquelles les niveaux d’ammoniac augmentent, conduisant à une hyperammoniémie qui peut causer des dommages neurologiques et conduire au coma et à la mort. Il n’y a encore aucun traitement efficace qui permette une diminution rapide et soutenue des niveaux d’ammoniac dans ces situations. Un moyen d’augmenter la détoxication de l’ammoniac serait d’augmenter son incorporation dans la glutamine par la glutamine synthase. Le but de ce travail était de développer une méthode d’encapsulation de la glutamine synthase dans des érythrocytes de souris et d’évaluer si l’administration de ces érythrocytes contenant la glutamine synthase réduit les niveaux d’ammoniac chez des souris hyperammoniémiques. Cette méthode a permis d’encapsuler 3 ± 0.25 UI GS / mL d’érythrocytes avec un taux de récupération cellulaire de 70 %. La plupart des métabolites, incluant l’ATP, étaient intacts dans les érythrocytes chargés de glutamine synthase (que nous avons appelé ammocytes), comparativement aux érythrocytes naturels. Les ammocytes chargés de glutamine synthase injectés dans les souris survivaient et conservaient essentiellement toute leur activité glutamine synthase pendant au moins 48 h in vivo. L’injection de ces ammocytes dans les souris hyperammoniémiques a réduit les niveaux d’ammoniac du sang d’environ 50 %. Les résultats rapportés indiquent que les ammocytes peuvent conserver leur intégrité, un métabolisme énergétique normal et l’activité glutamine synthase ajoutée et qu’ils pourraient être utiles pour diminuer les niveaux d’ammoniac dans des cas d’hyperammoniémie.