Multi-parametric hydrogels support 3D in vitro bioengineered microenvironment models of tumour angiogenesis

Tumour microenvironment greatly influences the development and metastasis of cancer progression. The development of three dimensional (3D) culture models which mimic that displayed in vivo can improve cancer biology studies and accelerate novel anticancer drug screening. Inspired by a systems biology approach, we have formed 3D in vitro bioengineered tumour angiogenesis microenvironments within a glycosaminoglycan-based hydrogel culture system. This microenvironment model can routinely recreate breast and prostate tumour vascularisation. The multiple cell types cultured within this model were less sensitive to chemotherapy when compared with two dimensional (2D) cultures, and displayed comparative tumour regression to that displayed in vivo. These features highlight the use of our in vitro culture model as a complementary testing platform in conjunction with animal models, addressing key reduction and replacement goals of the future. We anticipate that this biomimetic model will provide a platform for the in-depth analysis of cancer development and the discovery of novel therapeutic targets.

Vermiculite improves early development and survival of low chill stone-fruit embryos rescued in vitro

There are many reports of efficient embryo germination and the method has been optimized to suit subtropical low chill genotypes. However the subsequent growth, vigor, and ability of germinated embryos to develop and survive acclimatization is rarely reported. Many germinated embryos do not survive acclimatization, develop slowly, or fail to develop normally. Methods to improve plant development from in vitro embryo cultures are needed to improve the number of plants that survive to be useful in breeding programs. This paper describes an improved method of embryo rescue that significantly increases embryo shoot and root development that leads to increased plant survival. Four treatments: Woody Plant Media (WPM) solidified with agar, vermiculite with liquid WPM, vermiculite with WPM plus agar, and conventional stratification, were evaluated for embryo growth and subsequent plantlet development and survival for two low-chill peach and one low-chill nectarine cultivar. Highly significant improvements were found for shoot and root development of seedlings germinated in vermiculite based media compared to embryos germinated in conventional agar-based media. Vermiculite with WPM and agar improved plantlet growth subsequent to in vitro culture and significantly increased survival of germinated embryos resulting in more plants reaching the field.

Combined Effect of Cryogel Matrix and Temperature-Reversible Soluble-Insoluble Polymer for the Development of in Vitro Human Liver Tissue

Hepatic cell culture on a three-dimensional (3D) matrix or as a hepatosphere appears to be a promising in vitro biomimetic system for liver tissue engineering applications. In this study, we have combined the concept of a 3D scaffold and a spheroid culture to develop an in vitro model to engineer liver tissue for drug screening. We have evaluated the potential of poly(ethylene glycol)-alginate-gelatin (PAG) cryogel matrix for in vitro culture of human liver cell lines. The synthesized cryogel matrix has a flow rate of 7 mL/min and water uptake capacity of 94% that enables easy nutrient transportation in the in vitro cell culture. Youngs modulus of 2.4 kPa and viscoelastic property determine the soft and elastic nature of synthesized cryogel. Biocompatibility of PAG cryogel was evaluated through MTT assay of HepG2 and Huh-7 cells on matrices. The proliferation and functionality of the liver cells were enhanced by culturing hepatic cells as spheroids (hepatospheres) on the PAG cryogel using temperature-reversible soluble-insoluble polymer, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm). Pore size of the cryogel above 100 mu m modulated spheroid size that can prevent hypoxia condition within the spheroid culture. Both the hepatic cells have shown a significant difference (P < 0.05) in terms of cell number and functionality when cultured with PNIPAAm. After 10 days of culture using 0.05% PNIPAAm, the cell number increased by 11- and 7-fold in case of HepG2 and Huh-7 cells, respectively. Similarly, after 10 days of hepatic spheroids culture on PAG cryogel, the albumin production, urea secretion, and CYP450 activity were significantly higher in case of culture with PNIPAAm. The developed tissue mass on the PAG cryogel in the presence of PNIPAAm possess polarity, which was confirmed using F-actin staining and by presence of intercellular bile canalicular lumen. The developed cryogel matrix supports liver cells proliferation and functionality and therefore can be used for in vitro and in vivo drug testing.

Avaliação do potencial antimalárico de Norantea brasiliensis Choisy (Marcgraviaceae) cultivada in vitro e in vivo

A malária é uma doença infecciosa causada por protozoários do gênero Plasmodium, transmitidos ao homem, principalmente, através da picada do mosquito infectado. O tratamento é realizado por meio do uso de drogas, como a cloroquina, uma vez que não há vacina eficiente contra a doença. Porém, a resistência dos parasitos aos medicamentos tem levado à busca por novas substâncias com atividade antimalárica, inclusive de origem vegetal. Nesse contexto, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a atividade antimalárica de extratos metanólicos de Norantea brasiliensis cultivada sob condições in vivo e in vitro, espécie nativa ocorrente em restingas, com potencial medicinal já comprovado para várias atividades. Foram desenvolvidos protocolos de calogênese e cultura de raízes da espécie visando à definição de um sistema de produção de metabólitos. Para a cultura in vitro, explantes foram inoculados em meio líquido e sólido contendo diferentes fitorreguladores e concentrações. A partir da cultura de tecidos, foram testados extratos do material produzido biotecnologicamente para comparação com o material botânico cultivado no campo. Os testes sobre o potencial antimalárico foram realizados in vivo, utilizando-se camundongos infectados pelo Plasmodium berghei ANKA, e in vitro utilizando o Plasmodium falciparum. Em seguida foram administrados a cloroquina e os extratos vegetais. A parasitemia foi observada seguindo os protocolos já estabelecidos pelo Laboratório de Imunofarmacologia do Instituto Oswaldo Cruz (IOC). Resultados mostraram que explantes foliares e caulinares de plantas germinadas in vitro, inoculados em meio sólido B5 suplementado com 2,0 mg.mL-1 de ANA, são as melhores fontes para a produção de raízes, apresentando maiores valores de peso fresco e peso seco, mostrando-se um sistema promissor para a produção in vitro de metabólitos da espécie. A avaliação da atividade antimalárica in vivo revelou seu potencial a partir de extrato de raízes de planta cultivada in vivo, na concentração de 50 mg/kg apresentando redução significativa da parasitemia quando comparada com o controle não tratado. Paralelamente, nos testes in vitro a concentração de 100 μg/kg do extrato de raízes de planta cultivada in vivo apresentou diferença significativa quando comparada com as outras concentrações testadas e o controle negativo. Além disso, há uma tendência de aumento do efeito inibitório conforme o aumento da concentração do extrato. Os resultados indicam o potencial de atividade antimalárica em raízes de N. brasiliensis, sendo este estudo o primeiro realizado para a espécie

Conservação in vitro de germoplasma de Petiveria alliacea L. utilizando cultura de tecidos e criopreservação

A implementação de estratégias visando à conservação de espécies medicinais apresenta grande importância, tanto do ponto de vista ecológico quanto econômico. Petiveria alliacea L., espécie da família Phytolacaceae, conhecida como guiné, erva-de alho, erva-tipi ou amansa-senhor, pode ser encontrada desde a América Central até a América do Sul. Esta espécie possui ampla utilização medicinal, devido à presença, em sua composição, de vários polissulfetos, como o DTS (dibenziltrissulfeto), com propriedades antifúngica, antineoplásica e imunomodulatória, entre outras. O objetivo deste trabalho foi a conservação in vitro de germoplasma de Petiveria alliacea obtido de diferentes populações ocorrentes no Rio de Janeiro, através de métodos baseados em cultura de tecidos e criopreservação. Plantas obtidas através da germinação in vitro foram utilizadas como matrizes para a micropropagação através da multiplicação de meristemas pré-existentes em meio MS sem reguladores de crescimento, e embriões somáticos foram obtidos de forma direta a partir da cultura de explantes foliares das linhagens estudadas (Magé MG; Marechal Hermes MH; Niterói NT; Vila Isabel VI e Planta envasada AL), em presença de PIC (20μM) e 2,4D (22,6 μM), após 60 dias de cultivo. Os ápices caulinares das plantas micropropagadas e os embriões somáticos obtidos foram submetidos à criopreservação através de técnicas de vitrificação, encapsulamento-vitrificação e encapsulamento-desidratação, com a avaliação da pré-cultura e de soluções crioprotetoras (PVS2 e PVS3), em diferentes concentrações e tempos de exposição. Os resultados mostraram uma taxa de 100% de germinação in vitro. As condições para a pré-cultura de ápices foram padronizadas, entretanto não foram obtidos resultados positivos após o descongelamento. Por outro lado, os embriões da linhagem AL (linhagem embriogênica em cultura há 24 meses) mantiveram sua capacidade multiplicativa (100%) (embriogênese secundária) quando submetidos à desidratação em sacarose (0,5M) e expostos às soluções de vitrificação PVS2 e PVS3 pelos menores tempos (15 e 30 minutos). Os diferentes meios de recuperação apresentaram respostas variáveis em relação à capacidade multiplicativa dos embriões. O encapsulamento/vitrificação foi a técnica que promoveu maior tolerância dos embriões ao congelamento. A recuperação dos embriões através de multiplicação após a criopreservação abre uma perspectiva de conservação de genótipos com alta produção de polissulfetos, de interesse para a indústria farmacêutica

Produção de plantas e metabólitos de Cleome dendroides Schult. & Schult. f. (Cleomaceae) utilizando diferentes sistemas de cultivo in vitro

Cleome dendroides é uma espécie endêmica da Mata Atlântica dos estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo, bioma alterado por intensa atividade antrópica, o que constitui uma ameaça à preservação de suas populações. Não existem estudos dos pontos de vista fisiológico, biotecnológico, fitoquímico ou farmacológico sobre a espécie. Considerando-se o perfil fitoquímico e o potencial medicinal do gênero, torna-se relevante definirem-se protocolos para a produção de plantas e metabólitos de C. dendroides utilizando diferentes sistemas de cultivo in vitro. No presente trabalho, foram realizados estudos sobre a germinação in vivo da espécie, avaliando-se a influência do substrato, temperatura e luz. Não se observou qualquer tipo de dormência, sendo as temperaturas de 20, 25 e 20-30C, em areia ou vermiculita, apropriadas para a germinação in vivo. Definiu-se também uma metodologia eficiente de germinação sob condições in vitro, e as plântulas obtidas foram utilizadas como fonte de explantes para os estudos de propagação in vitro. A resposta morfogênica foi avaliada considerando-se a origem e tipo do explante, tipos e concentrações de reguladores de crescimento e número de subculturas. A metodologia empregada mostrou-se eficiente para a produção de brotos e manutenção de estoques de plantas in vitro que serviram como fonte de explantes. A melhor condição para a propagação in vitro foi definida em meio solidificado contendo BA, independentemente do tipo de explante e da origem. Os brotos obtidos foram alongados, enraizados e aclimatizados. Também foi estabelecida a cultura de raízes e a regeneração de brotos a partir destas culturas. Avaliou-se o efeito da origem do explante, assim como dos tipos e concentrações de fitorreguladores sobre a proliferação de raízes e a regeneração de brotos. O fitorregulador AIB propiciou maior multiplicação das raízes, enquanto BA mostrou-se eficiente na regeneração de brotos a partir das raízes recém-formadas. Foi estabelecido ainda um protocolo de cultura de calos e de suspensões celulares. Avaliou-se o efeito da origem e do tipo de explante, dos tipos e das concentrações de fitorreguladores sobre a calogênese. A combinação de PIC com KIN foi a mais eficiente para a indução de calos em explantes de plântulas obtidas a partir de germinação in vitro, produzindo calos que foram mantidos por pelo menos dois anos. As suspensões celulares também foram estabelecidas em meio contendo PIC + KIN, mantendo uma produção de biomassa de cerca de cinco vezes o peso fresco inicial por três sucessivas subculturas. Análises histoquímicas e fitoquímicas revelaram a presença de alcaloides nos calos e nas suspensões celulares. Foram realizadas análises fitoquímicas de plantas de campo, plantas aclimatizadas, plantas mantidas em estoque in vitro e culturas de raízes, as quais indicaram a presença de derivados de glicosinolatos. Os resultados demonstraram a viabilidade de produção de material vegetal de C. dendroides por meio de métodos biotecnológicos e a produção in vitro de metabólitos de importância medicinal

Protocolo para a propagação in vitro de bananeira cultivar prata zulu.

Este trabalho tem por objetivo relatar, de forma simplificada, a partir de resultados de pesquisas realizadas no Laboratório de Biotecnologia da Embrapa Amazônia Ocidental, Manaus, as melhores condições de produção in vitro de mudas da banana cv. Prata Zulu, cultivar que tem sobressaído às demais pela alta resistência à sigatoka-negra e pelos bons resultados fitotécnicos apresentados.

Effect of preantral follicle isolation technique on in-vitro follicular growth, oocyte maturation and embryo development in mice

Background: The use of mechanical and enzymatic techniques to isolate preantral follicles before in-vitro culture has been previously described. The aim of this study was to assess the effect of the isolation procedure of mouse preantral follicles on their subsequent development in vitro. Methods: Follicles were isolated either mechanically or enzymatically and cultured using an individual non-spherical culture system. Follicular development and steroidogenesis, oocyte in-vitro maturation and embryo development were assessed for both groups. Results: After 12 days of culture, follicles isolated mechanically had a higher survival rate but a lower antral-like cavity formation rate than follicles isolated enzymatically. Enzymatic follicle isolation was associated with a higher production of testosterone and estradiol compared with mechanical isolation. A stronger phosphatase alkaline reaction was observed after enzymatic isolation, suggesting that follicles isolated enzymatically had more theca cells than those isolated mechanically. However, both isolation techniques resulted in similar oocyte maturation and embryo development rates. Conclusions: Enzymatic follicular isolation did not affect theca cell development. Follicular steroidogenesis was enhanced after enzymatic isolation but the developmental capacity of oocytes was comparable to that obtained after mechanical isolation.

Hardening of zona pellucida of mouse oocytes and embryos in vivo and in vitro

Objective - To evaluate the effect of in vitro culture on zona pellucida resistance in mouse oocytes and embryos. Method-Zona pellucida resistance was assessed by comparing duration of zona lysis in the presence of alpha- chymotrypsin. The effects of artificial or physiological conditions of development were evaluated by comparing embryos in vitro with those left to reach the same stage of development in vivo. Results - The time required for zona lysis of oocytes increased after 2, 9.4, and 48 hours in vitro (P < .001). The same observation holds true for oocytes left in vivo during 24 hours. Fertilization both in vivo and in vitro induced a major increase in zona resistance. At the two-cell stage, in vitro culture did not harden the zona pellucida. At the morula stage and beyond, enzymatic lysis was slightly longer in vitro as compared to that of similar stages recovered from the genital tract. Conclusions - Our data indicate that in vitro culture conditions do not modify zona hardening in oocytes and only slightly increased zona resistance from the morula stage on.

Overexpression of coconut AINTEGUMENTA-like gene, CnANT, promotes in vitro regeneration in transgenic Arabidopsis

Knowledge of the molecular biological changes underlying the process of embryogenesis is important for the improvement of somatic embryogenesis of coconut. Among the transcription factors that control the transition from vegetative to embryogenic growth, members of APETALA2/Ethylene-responsive element binding protein domain family play an important role in promoting embryo development. Significant insights into the role of AP2 genes have been obtained by the ectopic expression of AP2 sub family genes in transgenic Arabidopsis. A homolog of the AINTEGUMENTA-like gene that encodes the two AP2 domains and the linker region was identified in the coconut genome. Phylogenetic analysis showed that this gene, CnANT, encodes a protein that branched with BABY BOOM/PLETHORA clade in the AINTEGUMENTA-like major clade and was similar to the oil palm EgAP2-1 protein. According to real time RT-PCR results, higher expression of CnANT was observed in more mature zygotic embryos. Also, high CnANT expression was recorded in embryogenic callus compared to other stages of somatic embryogenesis. We examined the effect of ectopic CnANT expression on the development and regenerative capacity of transgenic Arabidopsis. Overexpression of CnANT in Arabidopsis induced hormone free regeneration of explants. Furthermore, ectopic expression of CnANT enhanced regeneration in vitro and suggested a role for this gene in cell proliferation during in vitro culture.

Global scale transcriptome analysis of Arabidopsis embryogenesis in vitro

Background Somatic embryogenesis (SE) in plants is a process by which embryos are generated directly from somatic cells, rather than from the fused products of male and female gametes. Despite the detailed expression analysis of several somatic-to-embryonic marker genes, a comprehensive understanding of SE at a molecular level is still lacking. The present study was designed to generate high resolution transcriptome datasets for early SE providing the way for future research to understand the underlying molecular mechanisms that regulate this process. We sequenced Arabidopsis thaliana somatic embryos collected from three distinct developmental time-points (5, 10 and 15 d after in vitro culture) using the Illumina HiSeq 2000 platform. Results This study yielded a total of 426,001,826 sequence reads mapped to 26,520 genes in the A. thaliana reference genome. Analysis of embryonic cultures after 5 and 10 d showed differential expression of 1,195 genes; these included 778 genes that were more highly expressed after 5 d as compared to 10 d. Moreover, 1,718 genes were differentially expressed in embryonic cultures between 10 and 15 d. Our data also showed at least eight different expression patterns during early SE; the majority of genes are transcriptionally more active in embryos after 5 d. Comparison of transcriptomes derived from somatic embryos and leaf tissues revealed that at least 4,951 genes are transcriptionally more active in embryos than in the leaf; increased expression of genes involved in DNA cytosine methylation and histone deacetylation were noted in embryogenic tissues. In silico expression analysis based on microarray data found that approximately 5% of these genes are transcriptionally more active in somatic embryos than in actively dividing callus and non-dividing leaf tissues. Moreover, this identified 49 genes expressed at a higher level in somatic embryos than in other tissues. This included several genes with unknown function, as well as others related to oxidative and osmotic stress, and auxin signalling. Conclusions The transcriptome information provided here will form the foundation for future research on genetic and epigenetic control of plant embryogenesis at a molecular level. In follow-up studies, these data could be used to construct a regulatory network for SE; the genes more highly expressed in somatic embryos than in vegetative tissues can be considered as potential candidates to validate these networks.

In vitro Survival of Follicles Collected from Domestic Cats' Ovaries at Different Stages of Oestrous Cycle and Cultured with IGF-1

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)