Removal of organic content from diesel exhaust particles alters cellular responses of primary human bronchial epithelial cells cultured at an air-liquid interface

Background Exposure to air pollutants, including diesel particulate matter, has been linked to adverse respiratory health effects. Inhaled diesel particulate matter contains adsorbed organic compounds. It is not clear whether the adsorbed organics or the residual components are more deleterious to airway cells. Using a physiologically relevant model, we investigated the role of diesel organic content on mediating cellular responses of primary human bronchial epithelial cells (HBECs) cultured at an air-liquid interface (ALI). Methods Primary HBECs were cultured and differentiated at ALI for at least 28 days. To determine which component is most harmful, we compared primary HBEC responses elicited by residual (with organics removed) diesel emissions (DE) to those elicited by neat (unmodified) DE for 30 and 60 minutes at ALI, with cigarette smoke condensate (CSC) as the positive control, and filtered air as negative control. Cell viability (WST-1 cell proliferation assay), inflammation (TNF-α, IL-6 and IL-8 ELISA) and changes in gene expression (qRT-PCR for HO-1, CYP1A1, TNF-α and IL-8 mRNA) were measured. Results Immunofluorescence and cytological staining confirmed the mucociliary phenotype of primary HBECs differentiated at ALI. Neat DE caused a comparable reduction in cell viability at 30 or 60 min exposures, whereas residual DE caused a greater reduction at 60 min. When corrected for cell viability, cytokine protein secretion for TNF-α, IL-6 and IL-8 were maximal with residual DE at 60 min. mRNA expression for HO-1, CYP1A1, TNF-α and IL-8 was not significantly different between exposures. Conclusion This study provides new insights into epithelial cell responses to diesel emissions using a physiologically relevant aerosol exposure model. Both the organic content and residual components of diesel emissions play an important role in determining bronchial epithelial cell response in vitro. Future studies should be directed at testing potentially useful interventions against the adverse health effects of air pollution exposure.

Pathobiological Aspects of Nonreheumatic Aortic Valve Stenosis

Aortic valve stenosis (AS) is an active disease process akin to atherosclerosis, with chronic inflammation, lipid accumulation, extracellular matrix remodeling, fibrosis, and extensive calcification of the valves being characteristic features of the disease. The detailed mechanisms and pathogenesis of AS are still incompletely understood, however, and pharmacological treatments targeted toward components of the disease are not currently available. In this thesis project, my coworkers and I studied stenotic aortic valves obtained from 86 patients undergoing valve replacement for clinically significant AS. Non-stenotic control valves (n=17) were obtained from patients undergoing cardiac transplantation or from organ donors without cardiac disease. We identified a novel inflammatory factor, namely mast cell, in stenotic aortic valves and present evidence showing that this multipotent inflammatory cell may participate in the pathogenesis of AS. Using immunohistochemistry and double immunofluorescence stainings, we found that a considerable number of mast cells accumulate in stenotic valves and, in contrast to normal valves, the mast cells in diseased valves were in an activated state. Moreover, valvular mast cells contained two effective proteases, chymase and cathepsin G, which may participate in adverse remodeling of the valves either by inducing fibrosis (chymase and cathepsin G) or by degrading elastin fibers in the valves (cathepsin G). As chymase and cathepsin G are both capable of generating the profibrotic peptide angiotensin II, we also studied the expression and activity of angiotensin-converting enzyme (ACE) in the valves. Using RT-PCR, imunohistochemistry, and autoradiography, we observed a significant increase in the expression and activity of ACE in stenotic valves. Besides mast cell-derived cathepsin G, aortic valves contained other elastolytic cathepsins (S, K, and V). Using immunohistochemistry, RT-PCR, and fluorometric microassay, we showed that the expression and activity of these cathepsins were augmented in stenotic valves. Furthermore, in stenotic but not in normal valves, we observed a distinctive pattern of elastin fiber degradation and disorganization. Importantly, this characteristic elastin degradation observed in diseased valves could be mimicked by adding exogenous cathepsins to control valves, which initially contained intact elastin fibers. In stenotic leaflets, the collagen/elastin ratio was increased and correlated positively with smoking, a potent AS-accelerating factor. Indeed, cigarette smoke could also directly activate cultured mast cells and fibroblasts. Next, we analyzed the expression and activity of neutral endopeptidase (NEP), which parallels the actions of ACE in degrading bradykinin (BK) and thus inactivates antifibrotic mechanisms in tissues. Real-time RT-PCR and autoradiography revealed NEP expression and activity to be enhanced in stenotic valves compared to controls. Furthermore, both BK receptors (1 and 2) were present in aortic valves and upregulated in stenotic leaflets. Isolated valve myofibroblasts expressed NEP and BK receptors, and their upregulation occurred in response to inflammation. Finally, we observed that the complement system, a source of several proinflammatory mediators and also a potential activator of valvular mast cells, was activated in stenotic valves. Moreover, receptors for the complement-derived effectors C3a and C5a were expressed in aortic valves and in cultured aortic valve myofibroblasts, in which their expression was induced by inflammation as well as by cigarette smoke. In conclusion, our findings revealed several novel mechanisms of inflammation (mast cells and mast cell-derived mediators, complement activation), fibrosis (ACE, chymase, cathepsin G, NEP), and elastin fiber degradation (cathepsins) in stenotic aortic valves and highlighted these effectors as possible pathogenic contributors to AS. These results support the notion of AS as an active process with inflammation and extracellular matrix remodeling as its key features and identify possible new targets for medical therapy in AS.

Participação do L-NAME, da L-arginina e da N-acetilcisteína no enfisema pulmonar induzido por fumaça de cigarro em camundongos

O óxido nítrico (NO) constitui um dos mais importantes mediadores intra e extracelulares e tem sido descrita sua participação tanto em processos biológicos como patológicos. Nosso objetivo foi verificar se o aumento ou a diminuição do óxido nítrico apresenta um efeito benéfico na proteção do tecido pulmonar no enfisema pulmonar induzido por fumaça de cigarro em camundongos. Para tanto, utilizamos o L-NAME (inibidor do NO), a L-arginina (substrato para a formação do NO) e os comparamos com a N-acetilcisteína (utilizada no tratamento da DPOC). Foram utilizados 65 camundongos C57BL/6 machos. Cinquenta animais foram divididos em grupos controle, fumaça de cigarro (FC), fumaça de cigarro + L-NAME (FC+LN), fumaça de cigarro + L-arginina (FC+LA), fumaça de cigarro + N-acetilcisteína (FC+NAC) (n=10, por grupo). Durante sessenta dias 40 animais foram expostos a 12 cigarros comerciais por dia, 3 vezes ao dia. Os grupos controle e FC foram submetidos à gavagens orogástricas com o veículo. Os grupos FC+LN, FC+LA, FC+NAC receberam gavagens diárias de L-NAME (60 mg/kg), L-arginina (120 mg/kg) ou NAC (200 mg/kg) respectivamente. Quinze animais (n = 5, por grupo) foram expostos ao ar ambiente e tratados apenas com L-NAME, L-arginina e NAC. Realizamos a análise do perfil das células do lavado broncoalveolar após o sacrifício. O pulmão direito foi removido para as análises histológicas do alargamento dos espaços aéreos determinado pela medida do diâmetro alveolar médio (Lm) e da densidade de superfície (Sv) dos septos alveolares. Os pulmões esquerdos foram removidos e homogeneizados para a as análises da atividade enzimática (SOD, CAT e MPO) e do sistema glutationa (GSH/GSSG), para a análise dos valores de nitrito e da expressão de 4-HNE, MMP-12, NE, TIMP-1, TIMP-2. Nossos resultados apontam que o L-NAME tem uma ação voltada para a matriz extracelular (via protease-antiprotease), enquanto que a L-arginina possui uma ação voltada para os oxidantes, assim como a NAC. Porém a NAC atua aumentando os níveis de glutationa, o que interfere diretamente nos oxidantes (via oxidante-antioxidante), enquanto a L-arginina interfere aumentando o burden oxidativo concomitante a um aumento da velocidade de ação dos oxidantes o que aumenta as células inflamatórias, mas diminui seu tempo de ação permitindo uma maior proteção. Concluímos que tanto o favorecimento para a produção e liberação do NOatravés da administração da L-arginina quanto a inibição do NOpela utilização do L-NAME foi eficiente na proteção do pulmão, apesar de não terem alcançado um resultado tão bom quanto a NAC.

A influência do fumo sobre a morfologia ovariana de camundongos Swiss

Considerando que nos tempos atuais o hábito de fumar atingiu uma parcela significativa das adolescentes brasileiras e apesar de seus conhecidos efeitos deletérios sobre diversos órgãos, pouco se sabe da sua ação sobre os ovários. Este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos da exposição à fumaça de cigarro sobre o ciclo estral e a morfologia ovariana. Para tal, foram utilizados camundongos da linhagem Swiss, cujo estudo teve início com o estudo do perfil das características da maturação sexual. Após o desmame, aos 21 dias de idade, a partir da abertura vaginal, o 1 estro e o início da ciclicidade foram acompanhados através da citologia vaginal. As características do ciclo estral foram determinadas no decorrer de doze semanas. O efeito da exposição à fumaça de cigarro 3R4F utilizou fêmeas Swiss de 35 dias de idade que foram subdivididos em dois grupos expostos à fumaça de cigarro (grupo 15E) e animais controles livres de fumaça (grupo 15C). A exposição ocorreu por 15 dias e ao final deste período, metade dos animais de cada grupo foi sacrificada e ovários direitos foram coletados. A outra metade permaneceu em observação durante 30 dias, sem exposição à fumaça, originando os grupos 45Ex e 45C. A citologia vaginal foi avaliada durante todo o período experimental. Ao final dos 30 dias, sangue e ovários direitos foram coletados. Estes foram pesados e processados por técnica de rotina histológica para análise morfológica. A caracterização dos eventos da puberdade estabeleceu o tempo de abertura vaginal com média de 33,60,24 de idade, o primeiro estro 39,42,58 dias de idade e o início da ciclicidade, com média de 39,51,19 dias de idade, concomitante com o primeiro estro. Além disso, os ciclos estrais apresentaram períodos de cinco dias com freqüência baixa da fase diestro. Com relação à exposição da fumaça de cigarro ocorreu aumento significativo na extensão dos ciclos estrais e uma forte tendência ao aumento de estros nos animais 45Ex, apesar de não ser significativa. O número e o diâmetro de folículos grandes foram maiores no 15E, enquanto o de corpos lúteos foi menor. Em relação ao grupo 45C, o 45Ex não se alterou, porém, mostrou uma discreta redução da massa ovariana, do número de folículos pequenos, do número e do diâmetro dos folículos médios, dos corpos lúteos e aumento de folículos atrésicos. A comparação entre controles, 15C e 45C e expostos, 15E e 45Ex, mostrou uma redução no diâmetro de folículos médios e grandes. O estudo do perfil das características reprodutivas de fêmeas Swiss é indispensável para modelos experimentais em pesquisa que fazem uso desta linhagem. Permitiu verificar que a exposição à fumaça de cigarro promove alteração do ciclo estral, da massa ovariana e antecipa alterações morfológicas tempo dependente que sinaliza a finalização da vida reprodutiva

A exposição a fumaça de cigarro altera distribuição de tecido adiposo branco de camundongos fêmeas jovens

O tabagismo e a obesidade são as principais causas de morbidade e mortalidade no mundo. Estudos populacionais relatam que fumantes, principalmente do sexo feminino, apresentam baixo índice de massa corporal. Porém, são escassos os estudos que avaliem a composição corporal de humanos e animais expostos a fumaça de cigarro, em especial nos adolescentes. Aos 35 d de idade, camundongos fêmeas foram expostos à fumaça de cigarros 3R4F (médio teor de nicotina), 8 h/dia, por 15 dias (F, n=12), paralelamente foi avaliado animais não expostos (C, n=12). Imediatamente após a exposição, metade dos animais de cada grupo foi sacrificada e a outra metade permaneceu em observação por 30dias. Durante todo o período experimental, a massa e comprimento corporal e ingestão alimentar foram avaliados. Ao final de cada período, os animais foram avaliados por DXA (Dual Energy X-ray Absorptiometry) e sacrificados por exsanguinação. Para avaliação e comprovação da exposição ao fumo foi utilizado a cotinina e morfologia do pulmão. No plasma foram avaliados colesterol, triglicerídeos, glicose, cotinina e insulina. Amostras de tecido adiposo intra-abdominal (IA) e subcutâneo (SC) foram coletadas e processadas por técnica histológica de rotina para análise morfológica. As expressões de PPAR, UCP2 e CPT1 foram avaliadas no tecido IA por western blotting. Durante a exposição, a massa, o comprimento corporal, a ingestão alimentar, a massa magra e a massa de tecido IA, bem como a glicose e o colesterol e a expressão de PPAR permaneceram inalterados. A expressão de UCP2 e CPT1, assim como a insulina circulante diminuiram. A gordura corporal total e do tronco, triglicerídeos e cotinina aumentaram. A análise morfológica não evidenciou alteração no tecido IA, mas, houve aumento do número e diminuição da área dos adipócitos no tecido SC. Após trinta de dias de abstinência a massa corporal, a massa e o número de adipócitos do tecido IA e a glicose aumentaram no grupo F, enquanto houve diminuição do colesterol, da área do adipócito IA e SC e do número do SC. Porém, sem alteração da ingestão, do comprimento corporal, da massa magra, da massa de gordura total e do tronco, da insulina e dos triglicerídeos e também da expressão de PPAR, UCP2 e CPT1 no IA. A exposição à fumaça de cigarro, em camundongos fêmeas jovens, desencadeou mudanças na adiposidade, que repercutiram de forma prejudicial e precoce sobre o metabolismo. Mesmo com a cessação do hábito de fumar os distúrbios metabólicos permanecem expressivos

Estudos dos efeitos antioxidantes e anti-inflamatórios da própolis sobre as células RAW 264.7 e na resposta inflamatória pulmonar aguda causada pela exposição à fumaça de cigarro em camundongos

A doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) causa a redução da capacidade respiratória e seu desenvolvimento é associado à fumaça de cigarro. O cigarro possui mais de 4800 substâncias tóxicas e causa a morte de seis milhões de pessoas por ano no mundo. Estudos buscam meios de reverter os males causados pela fumaça de cigarro. A própolis (P) é um produto produzido por abelhas que possui várias propriedades. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos antioxidantes da P em macrófagos murinos e na inflamação pulmonar aguda induzida pela fumaça de cigarro (CS) em camundongos. A análise dos compostos fitoquímicos do extrato alcóolico da P (EAP) foi feita por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa (GC-MS). Células da linhagem RAW 264.7 foram tratadas em diversas concentrações de P durante 24 horas. Após tratamento, as seguintes análises foram realizadas: polifenóis totais; viabilidade celular (MTT); potencial redutor (DPPH); espécies reativas de oxigênio totais (ROS) e de malondialdeído (MDA). Trinta camundongos C57BL/6 foram divididos em 3 grupos (n=10/grupo): Controle+P, CS e CS+P. Ambos os grupos CS foram expostos a 6 cigarros/dia durante 5 dias. O grupo CS foi tratado com veículo. O pulmão e o lavado broncoalveolar (BAL) foram coletados para análise histológica e contagem diferencial de células. As análises para mieloperoxidase (MPO), superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx), glutationa reduzida (GSH) e oxidada (GSSG), MDA, nitrito e western blotting para TNF-alfa foram realizadas. A análise fitoquímica do EAP mostrou a presença dos ácidos hidrocinâmicos e coumárico, a artepilina C e a drupanina. Foi observado o aumento concentração-dependente dos níveis de polifenóis totais (p<0,001), do MTT (p<0,001) e do DPPH (p<0,001), e o inverso com o MDA (p<0,001). Os níveis de ROS diminuem nas concentrações de 15,6 e 31,2 mg/mL (p<0,05, ambos). A histologia pulmonar do grupo Controle+P foi similar ao do CS+P e foi observado um influxo de macrófagos e neutrófilos no grupo CS (p<0,01 e p<0,001, respectivamente). Os níveis de MPO foram aumentados no grupo CS (526,534,72 mU/mg ptn, p<0,01), mas houve uma redução no grupo CS+P (385,127,64 mU/mg ptn, p<0,05) comparável ao Controle+P (13412,99 mU/mg ptn, p<0,001), o mesmo aconteceu com as enzimas antioxidantes: SOD (Controle+P: 523,529,6 U/mg ptn; CS: 523,529,6 U/mg ptn, p<0,001; CS+P: 246,815,69 U/mg ptn, p<0,001); CAT (Controle+P: 37,383,39 U/mg ptn; CS: 92,686,24 U/mg ptn, p<0,001; CS+P: 59,844,55 U/mg ptn, p<0,05); GPx (Controle+P: 2,230,17 (M/min/mg ptn) x 10-1; CS: 4,510,31 (M/min/mg ptn) x 10-1, p<0,001; CS+P: 2,640,19 (M/min/mg ptn) x 10-1, p<0,05). O inverso ocorreu com a relação GSH/GSSG (Controle+P: 1,0880,17; CS: 0,7360,07, p<0,05; CS+P: 1,2580,10, p<0,05). Os níveis de MDA (Controle+P: 0,2660,05 nMol/mg ptn; CS: 0,940,076 nMol/mg ptn, p<0,001; CS+P: 0,4980,06 nMol/mg ptn, p<0,01) e de nitrito (Controle+P: 50,014,19 Mol/mg ptn; CS: 108,77,73 Mol/mg ptn, p<0,001; CS+P: 58,843,42 nMol/mg ptn, p<0,01) estavam aumentados no CS que em outros grupos. A expressão de TNF-α foi observada no grupo CS. O tratamento da P apresentou ação anti-inflamatória e antioxidante em macrófagos e em camundongos expostos à fumaça de cigarro, possivelmente pela ação dos polifenóis presentes nela

Disfunções endócrinas no modelo de programação pela exposição à fumaça de cigarro na lactação

Eventos ou estímulos no início da vida podem afetar o desenvolvimento do indivíduo; dentre esses o tabagismo materno. A exposição materna isolada à nicotina, principal componente do cigarro, causa na prole alterações metabólicas, em curto e longo prazo, como aumento da adiposidade, resistência à leptina, e disfunção tireoideana e adrenal. Entretanto é sabido que na fumaça de cigarro estão presentes outros componentes com potenciais efeitos tóxicos. Assim propomos comparar o efeito de duas formas de exposição neonatal à fumaça do cigarro sobre o perfil endócrino-metabólico da prole em curto e longo prazo. Para isso, no 3 dia após o nascimento, ratos lactentes foram submetidos a dois modelos: Modelo I (exposição pelo leite materno), ninhadas separadas em: exposição à fumaça (EF; n=8) lactantes expostas à fumaça de cigarros 2R1F (1,7 mg de nicotina/cigarro por 1h, 4 vezes ao dia), separadas de suas proles e grupo controle (C; n=8), onde as mães foram separadas de suas proles e expostas ao ar filtrado; Modelo II (exposição direta à fumaça), ninhadas separadas em: exposição à fumaça (EF; n=8) mães e proles expostas à fumaça de cigarros 2R1F e controle (C; n=8) mães e proles expostas ao ar filtrado. A exposição ao tabaco ocorreu até o desmame. Mães sacrificadas aos desmame e proles aos desmame e aos 180 dias de idade. As mães lactantes expostas à fumaça (EF) apresentaram hipoleptinemia (-46%), hiperprolactinemia (+50%), hipoinsulinemia (-40%) e diminuição de triglicérides (-53%). Quanto a composição bioquímica do leite, as lactantes EF mostraram aumento de lactose (+52%) e triglicérides (+78%). No modelo I, as proles EF apresentaram ao desmame: diminuição da gordura corporal total (-24%), aumento de proteína corporal total (+17%), diminuição da glicemia (-11%), hiperinsulinemia (+28%), hipocorticosteronemia (-40%) e aumento de triglicérides (+34%). Quando adultas, as proles EF apresentaram somente alteração da função adrenal onde observou-se menor conteúdo de catecolaminas (-50%) e da expressão de tirosina hidroxilase na medula adrenal (-56%). No modelo II, as proles EF aos 21 dias exibiram diminuição da MC (-7%), do comprimento nasoanal (-5%), da gordura retroperitoneal (-59%), da área dos adipócitos viscerais (-60%) com maior área dos adipócitos subcutâneos (+95%), aumento do T4 (+59), da corticosterona (+60%), do conteúdo adrenal de catecolaminas (+58%) e hipoinsulinemia (-29%). Aos 180 dias, as proles EF apresentaram aumento da ingestão alimentar (+10%), dos depósitos de gordura visceral (~60%) e conteúdo de gordura corporal total (+50%), menor área dos adipócitos subcutâneos (-24%), aumento da leptina (+85%), glicemia (+11%), adiponectina (+1.4x), T3 (+71%), T4 (+57%) e TSH (+36,5%) com menor corticosterona (-41%) e catecolaminas adrenais (-57%) e aumento dos triglicerídeos (+65%). Somados nossos dados evidenciam o impacto negativo que a exposição à fumaça do cigarro tem sobre o desenvolvimento do neonato com o surgimento de desordens endócrinas futuras, que ocorrem pelo menos em parte devido às alterações observadas nas mães. Portanto, independente da forma de exposição, seja via aleitamento materno ou por inalação direta, é de grande importância alertar a sociedade sobre as possíveis complicações metabólicas em longo prazo decorrente da exposição involuntária do neonato ao tabagismo.

Efeitos da exposição à fumaça de cigarro e/ou etanol durante a adolescência: alterações dos níveis de ansiedade e da atividade locomotora em camundongos durante o período de exposição e em período curto e longo de retirada

O consumo de tabaco está freqüentemente associado ao consumo de álcool e a maioria dos usuários inicia o uso e abuso destas drogas na adolescência. Como a ansiedade pode ser um fator de risco para a etiologia do uso e da retirada destas drogas, no presente estudo investigamos os efeitos da fumaça do cigarro e/ou exposição ao etanol durante a adolescência nos níveis de ansiedade ao final do período de exposição e em período curto e longo após retirada. Do 30 ao 45 dia de vida pós-natal (PN30-PN45), camundongos Suíços de ambos os sexos foram expostos a fumaça do cigarro gerada a partir da queima de cigarros para pesquisa contendo 1,7mg de nicotina 8 h/dia e/ou ao etanol (2g/kg, 25%, v/v) através de injeção intraperitoneal em dias alternados. Assim foram utilizados 4 grupos experimentais: 1) SMK+ETOH (exposição a fumaça de cigarro e injeção i.p. de etanol); 2) SMK (exposição a fumaça de cigarro e a salina i.p.); 3) ETOH (exposição a ar e injeção i.p. de etanol); 4) VEH (exposição a ar e injeção i.p. salina). Ao final do período de exposição (PN44-45) e durante a retirada de curta (PN49-50) e longa duração (PN74-75) utilizamos o Labirinto em Cruz Elevado (LCE) para avaliar os níveis de ansiedade e o Teste de Campo Aberto (CA) para avaliar os níveis de ansiedade e a atividade locomotora. Ao final do período de exposição, as fêmeas do grupo SMK apresentaram uma resposta ansiolítica no LCE. Esta resposta foi intensificada pela co-exposição ao etanol. A retirada de curto prazo da fumaça do cigarro provocou um efeito ansiogênico. Os machos do grupo ETOH apresentaram um efeito ansiogênico no LCE ao final do período de exposição, no entanto, este efeito não persistiu em um período curto de retirada. Embora nem os efeitos da fumaça de cigarro, nem os efeitos do etanol tenham persistido após um período longo de retirada, os animais do grupo SMK+ETOH apresentaram uma resposta ansiogênica no CA. Assim, nossos resultados sugerem que fêmeas adolescentes são mais susceptíveis aos efeitos ansiolíticos do fumo do tabaco. O efeito mais intenso no grupo SMK+ETOH sugere que as fêmeas co-usam estas drogas para chegar a níveis mais baixos de ansiedade. Além disso, um aumento da ansiedade após um período longo da retirada conjunta do cigarro e do etanol, pode facilitar as recaídas ao uso destas drogas.

Curso temporal dos efeitos da exposição à nicotina durante a lactação no sistema colinérgico cerebral de ratos

A Organização Mundial da Saúde estima que existam aproximadamente 250 milhões de mulheres tabagistas no mundo. Em países em desenvolvimento, a prevalência do tabagismo pode variar de 11 a 35% em mulheres grávidas, constituindo um problema de saúde pública. Nicotina, um agonista colinérgico considerado o mais importante componente ativo da fumaça do cigarro, é capaz de causar déficits em um cérebro em desenvolvimento, no entanto, muitos estudos investigam estes efeitos durante a gestação de roedores, que corresponde aos dois primeiros trimestres de gestação em humanos. O presente estudo, foi focado nos efeitos da nicotina sobre o sistema colinérgico cerebral durante o equivalente ao terceiro trimestre de gestação em humanos. Ratas lactantes foram expostas a nicotina (NIC, 6 mg/Kg/dia) ou a salina (SAL) via mini-bombas osmóticas (s.c.) a partir do 2 dia ate o 16 dia pós-natal (PN). Filhotes NIC e SAL foram sacrificados durante a exposição, em PN15, e após a retirada em três momentos diferentes, PN21, PN30 e em PN90. Quatro biomarcadores foram considerados. Para avaliação dos efeitos sobre os receptores nicotínicos de acetilcolina (nAChRs), nós utilizamos [3H]citisina, que é um ligante seletivo para α4β2. Nos também medimos o marcador [3H]hemicholinium-3 (CH-3) de alta afinidade para o transportador pré-sináptico de colina, e a atividade das enzimas colina acetiltransferase (ChAT) e acetilcolinesterase (AChE) no córtex cerebral (CX), mesencéfalo (MB) e hipocampo (HP) na prole. O grupo NIC apresentou supra-regulação de nAChRs em todas as regiões durante a exposição, este efeito foi revertido pouco tempo após a retirada. Interessantemente, uma significante infra-regulação de nAChRs foi observada após um longo tempo da retirada somente em CX. A exposição à nicotina reduziu a marcação para HC-3 durante a exposição em todas as regiões e foi revertida em PN21. Já em PN30, o grupo NIC apresentou uma diminuição do HC-3. Em contraste, em PN90, foi observado um aumento de HC-3. Não foram observados efeitos para atividade da ChAT e da AChE em CX. No que diz respeito ao MB, o grupo NIC apresentou um aumento de atividade para ambas as enzimas, ChAT e AChE, em PN30. Para a mesma idade, nos observamos um decréscimo desta atividade somente em HP. E, após um longo tempo de retirada, somente HP apresentou um aumento na atividade da ChAT. Estes dados sugerem que a exposição à nicotina em ratos durante o equivalente ao terceiro trimestre de gestação em humanos promove alterações no sistema colinérgico dos filhotes. Somado a isto, nossos resultados indicam que os efeitos prejudiciais são observáveis mesmo muito tempo após a exposição ter sido interrompida.

A susceptibilidade à nicotina e etanol é afetada pela exposição à nicotina, fumaça de cigarro e etanol durante o período gestacional: alterações comportamentais e eletrofisiológicas no período pós-natal de camundongos

Uma questão particularmente relevante é o fato de exposições precoces a drogas de abuso durante o desenvolvimento potencialmente aumentarem a susceptibilidade a estas drogas posteriormente durante o desenvolvimento. No presente estudo utilizando estudos comportamentais e eletrofisiológicos, investigamos efeitos tardios da exposição de camundongos à fumaça de cigarro, à nicotina e ao etanol durante o período que corresponde à gestação em humanos. Para tal, esta tese foi dividida em 2 estudos. No Estudo 1, submetemos camundongos durante o período que corresponde à gestação de humanos à fumaça de cigarro e/ou etanol visando investigar se a estas drogas de abuso, separadamente ou quando combinadas, programam maior susceptibilidade aos efeitos da nicotina durante a adolescência (PN30) ou idade adulta (PN90). Para avaliar a susceptibilidade, utilizamos 3 testes: campo aberto (CA), preferencia pela nicotina (PPN) e preferencia condicionada por lugar (CPP). No Estudo 2, os animais foram expostos a nicotina durante o período gestacional e, no período que corresponde à infância (PN9 a PN20), fatias de cérebro contendo o núcleo tegumental laterodorsal (LDT) foram expostas a etanol. Este núcleo foi escolhido uma vez que estudos recentes indicam sua participação em mecanismos de toxicodependência. Foram realizados registros eletrofisiológicos de uma única célula. No Estudo 1, identificamos maior sensibilidade para os efeitos da reexposição à nicotina na adolescência quando comparada com a idade adulta . Em animais testados no CA durante a adolescência, a nicotina foi capaz de causar aumento da atividade locomotora nos animais controle, previamente expostos à fumaça de cigarro e ao etanol. Contudo, em animais expostos à fumaça combinada com etanol, não houve aumento da locomoção. Na idade adulta, a nicotina causou um aumento da atividade locomotora no CA somente nos animais expostos à fumaça de cigarro. Quanto ao CPP, a exposição prévia à fumaça de cigarro e ao etanol causaram aumento da resposta condicionada à nicotina em fêmeas adolescentes. Nos animais previamente expostos à combinação entre fumaça de cigarro e etanol, a resposta condicionada à nicotina não atingiu significância estatística. Não houve alterações na idade adulta. A exposição a fumaça de cigarro e/ou etanol não afetou a PPN. No Estudo 2, os dados eletrofisiológicos mostraram que a exposição pré-natal à nicotina foi capaz de alterar as correntes de despolarização basais e o potencial de repouso de células do LDT A nicotina também foi capaz de alterar as respostas deste núcleo ao etanol reduzindo as correntes de despolarização e aumentando, embora que não de forma significativa, as correntes inibitórias. De acordo com estes dados, injurias causadas pela exposição à fumaça do cigarro, à nicotina isoladamente, e ao etanol durante o desenvolvimento são capazes de perdurar por um logo tempo na vida do individuo, alterando as respostas a comportamentais e celulares a uma exposição tardia à nicotina e ao etanol.

Efeitos da exposição à nicotina e à fumaça de cigarro durante a lactação sobre o sistema de recompensa cerebral em ratos

Crianças de mães fumantes são mais suscetíveis a se tornarem adultos obesos e se viciarem em drogas ou alimentos palatáveis. Drogas e alimentos ativam a via mesolímbica de recompensa, causando sensação de prazer que induz ainda mais o consumo. Assim, avaliamos a relação entre a exposição apenas à nicotina ou à fumaça do cigarro durante a lactação com a preferência alimentar e sistema dopaminérgico de recompensa cerebral das proles, em dois modelos de programação: Modelo I: no 2o dia pós-natal (PN), lactantes receberam implante de minibombas osmóticas que liberam nicotina (NIC) ou salina (C), durante 14 dias. Em PN150 e novamente em PN160, as proles foram divididas em 4 grupos para um desafio alimentar: N-SC e C-SC que receberam ração padrão; N-SSD e C-SSD que podiam escolher livremente entre as dietas hiperlipídica e hiperglicídica. A ingestão alimentar foi avaliada após 12 h. As mães foram sacrificadas apenas na 21 da lactação (desmame) e as proles em PN15 (com nicotina), PN21 e PN170 (ausência da NIC). Ao desmame, as ratas lactantes NIC apresentaram menor conteúdo de tirosina hidroxilase (TH), maior OBRb e SOCS3 na area tegmentar ventral (VTA); menor TH, maior receptor de dopamina 1 (D1R), receptor de dopamina 2 (D2R) e transportador de dopamina (DAT) no núcleo accumbens (NAc); maior conteúdo de TH no estriado dorsal (DS); e maior D2R e SOCS3 no núcleo arqueado (ARC). Em PN15, os filhotes NIC apresentaram maior conteúdo de D1R, D2R e menor DAT no NAc, enquanto em PN21, apresentaram apenas menor DAT no DS, e menor conteúdo de pSTAT3 em ARC. Aos 170 dias, as proles SSD demonstraram maior preferência para a ração hiperlipídica. No entanto, os animais N-SSD consumiram mais ração hiperglicidica do que as proles C-SSD. A prole N apresentou menor conteúdo de D2R e DAT no NAc e menor D2R no ARC. Modelo II: as mães e suas proles foram divididas em: expostos à fumaça do cigarro (grupo S: 4 vezes / dia, do 3 ao 21 dia de lactação), e expostos ao ar filtrado (grupo C). Em PN175, as proles foram divididas em 4 grupos para o desafio alimentar S-SC, C-SC, S-SSD e C-SSD. A ingestão alimentar foi avaliada após 30 min e 12 h. Em PN180, as proles foram sacrificadas. O grupo S-SSD ingeriu mais das rações palatáveis do que o grupo C-SSD em 30 min e 12 h. Ambos os grupos preferiram a ração hiperlipídica. No entanto, os animais S-SSD consumiram mais ração hiperlipídica do que C-SSD em 30 min. A prole S apresentou menor conteúdo de TH no VTA, menor conteúdo de TH, D2R e maior conteúdo de D1R no NAc e menor OBRb no ARC. Demonstramos que tanto a nicotina isolada como a exposição à fumaça do cigarro durante a lactação resultaram em mudanças no sistema dopaminérgico das proles, programando o comportamento alimentar devido à diminuição da dopamina no NAc.

SIEGE: Smoking Induced Epithelial Gene Expression Database

The SIEGE (Smoking Induced Epithelial Gene Expression) database is a clinical resource for compiling and analyzing gene expression data from epithelial cells of the human intra-thoracic airway. This database supports a translational research study whose goal is to profile the changes in airway gene expression that are induced by cigarette smoke. RNA is isolated from airway epithelium obtained at bronchoscopy from current-, former- and never-smoker subjects, and hybridized to Affymetrix HG-U133A Genechips, which measure the level of expression of ~22 500 human transcripts. The microarray data generated along with relevant patient information is uploaded to SIEGE by study administrators using the database's web interface, found at http://pulm.bumc.bu.edu/siegeDB. PERL-coded scripts integrated with SIEGE perform various quality control functions including the processing, filtering and formatting of stored data. The R statistical package is used to import database expression values and execute a number of statistical analyses including t-tests, correlation coefficients and hierarchical clustering. Values from all statistical analyses can be queried through CGI-based tools and web forms found on the �Search� section of the database website. Query results are embedded with graphical capabilities as well as with links to other databases containing valuable gene resources, including Entrez Gene, GO, Biocarta, GeneCards, dbSNP and the NCBI Map Viewer.

CARBON MONOXIDE AND PREGNANCY: A SEARCH FOR A POSSIBLE THERAPEUTIC IN THE TREATMENT OF PRE-ECLAMPSIA

Pre-eclampsia (PE) is a pregnancy disorder that affects roughly 5-7% of all pregnancies and is a leading cause of both maternal and fetal/neonatal morbidity and mortality. With no present cure for the disease, researchers are interested in the lower incidence of PE observed among the cigarette smoking pregnant population. However, women who use smokeless tobacco do not experience the same decreased incidence of PE, leading to hypothesis of protection against PE from the largest combustible product of cigarette smoke, carbon monoxide (CO). Studies evaluated levels of CO in PE women and found that they were statistically lower than those of healthy pregnancy. Researchers have found CO to possess many cytoprotective and regulatory properties and specifically within the placenta, it has been found to increase perfusion pressure, decrease oxidative stress, decreases ischemia/reperfusion induced apoptosis and maintain endothelial functioning. The idea for use of CO as a possible therapeutic for PE has thus become a real possibility. This study determined CO levels in pregnant women ± smoking as well as in PE women±smoking, as to discover a possible therapeutic range for future treatments. The best correlated automated CO measurement device with blood CO levels was determined, for use in future clinical studies. This thesis also sought a possible CO delivery concentration, in order to achieve the CO levels observed in the human correlation study. A threshold level of maternal CO exposure in a murine animal model was found, for which fetal and maternal negative toxicities were not observed. The results of this thesis lend a few more pieces to the complicated puzzle involving CO and PE and offer another step toward the possibility of a therapeutic treatment/prevention using this gaseous molecule.

Comparison of nasal and bronchial epithelial cells obtained from patients with COPD

For in vitro studies of airway pathophysiology, primary epithelial cells have many advantages over immortalised cell lines. Nasal epithelial cells are easier to obtain than bronchial epithelial cells and can be used as an alternative for in vitro studies. Our objective was to compare nasal and bronchial epithelial cells from subjects with COPD to establish if these cells respond similarly to pro-inflammatory stimuli. Cell cultures from paired nasal and bronchial brushings (21 subjects) were incubated with cigarette smoke extract (CSE) prior to stimulation with Pseudomonas aeruginosa lipopolysaccharide. IL-6 and IL-8 were measured by ELISA and Toll-like receptor 4 (TLR-4) message and expression by RT-PCR and FACS respectively. IL-8 release correlated significantly between the two cell types. IL-6 secretion was significantly less from bronchial compared to nasal epithelial cells and secreted concentrations did not correlate. A 4 h CSE incubation was immunosuppressive for both nasal and bronchial cells, however prolonged incubation for 24 h was pro-inflammatory solely for the nasal cells. CSE reduced TLR-4 expression in bronchial cells only after 24 h, and was without effect on mRNA expression. In subjects with COPD, nasal epithelial cells cannot substitute for in vitro bronchial epithelial cells in airway inflammation studies. © 2012 Comer et al.

Airway epithelial cell apoptosis and inflammation in COPD, smokers and non-smokers

We hypothesised that primary bronchial epithelial cells (PBECs) from subjects with COPD respond differently to Pseudomonas aeruginosa lipopolysaccharide (PA LPS) after cigarette smoke extract (CSE) exposure than PBECs obtained from smokers without airflow obstruction (SWAO) and non-smokers (NS).PBECs from 16 COPD subjects, 10 SWAOand 9 NS were cultured at air-liquid interface. Cultures were incubated with CSE prior to stimulation with PA LPS. IL-6 and IL-8 were measured by ELISA and Toll-like receptor 4 expression by FACS. Activation of NF-?B was determined by western blotting and ELISA, and MAPK and caspase-3 activity by western blotting. Apoptosis was evaluated using Annexin-V staining and the terminal transferase-mediated dUTP nick end-labeling (TUNEL) methods.Constitutive release of IL-8 and IL-6 was greatest from the COPD cultures.However, CSE pre-treatment followed by PA LPS stimulation reduced IL-8 release from COPD PBECs, but increased it from cells of SWAOand NS. TLR-4 expression,MAPK and NF-?B activation in COPD cultures were reduced after CSE treatment, but not in the SWAOor NS groups, which was associated with increased apoptosis.CSE attenuates inflammatory responses to LPS in cells from people with COPD but not those from non-smoking individuals and those who smoke without airflow obstruction.