Disruption of embryonic blood-CSF barrier in chick embryos reveals the actual importance of this barrier to control E-CSF composition and homeostasis in early brain development

In vertebrates, early brain development takes place at the expanded anterior end of the neural tube. After closure of the anterior neuropore, the brain wall forms a physiologically sealed cavity that encloses embryonic cerebrospinal fluid (E-CSF), a complex and protein-rich fluid that is initially composed of trapped amniotic fluid. E-CSF has several crucial roles in brain anlagen development. Recently, we reported the presence of transient blood-CSF barrier located in the brain stem lateral to the ventral midline, at the mesencephalon and prosencephalon level, in chick and rat embryos by transporting proteins, water, ions and glucose in a selective manner via transcellular routes. To test the actual relevance of the control of E-CSF composition and homeostasis on early brain development by this embryonic blood-CSF barrier, we block the activity of this barrier by treating the embryos with 6-aminonicotinamide gliotoxin (6-AN). We demonstrate that 6-AN treatment in chick embryos blocks protein transport across the embryonic blood-CSF barrier, and that the disruption of the barrier properties is due to the cease transcellular caveolae transport, as detected by CAV-1 expression cease. We also show that the lack of protein transport across the embryonic blood-CSF barrier influences neuroepithelial cell survival, proliferation and neurogenesis, as monitored by neurepithelial progenitor cells survival, proliferation and neurogenesis. The blockage of embryonic blood-CSF transport also disrupts water influx to the E-CSF, as revealed by an abnormal increase in brain anlagen volume. These experiments contribute to delineate the actual extent of this blood-CSF embryonic barrier controlling E-CSF composition and homeostasis and the actual important of this control for early brain development, as well as to elucidate the mechanism by which proteins and water are transported thought transcellular routes across the neuroectoderm, reinforcing the crucial role of E-CSF for brain development.

The embryonic blood-CSF barrier has molecular elements for specific glucose transport and for the general transport of molecules via transcellular routes.

In vertebrates, early brain development takes place at the expanded anterior end of the neural tube, which is filled with embryonic cerebrospinal fluid (E-CSF). We have recently identified a transient blood-CSF barrier that forms between embryonic days E3 and E4 in chick embryos and that is responsible for the transport of proteins and control of E-CSF homeostasis, including osmolarity. Here we examined the presence of glucose transporter GLUT-1 as well the presence of caveolae-structural protein Caveolin1 (CAV-1) in the embryonic blood-CSF barrier which may be involved in the transport of glucose and of proteins, water and ions respectively across the neuroectoderm. In this paper we demonstrate the presence of GLUT-1 and CAV-1 in endothelial cells of blood vessels as well as in adjacent neuroectodermal cells, located in the embryonic blood-CSF barrier. In blood vessels, these proteins were detected as early as E4 in chick embryos and E12.7 in rat embryos, i.e. the point at which the embryonic blood-CSF barrier acquires this function. In the neuroectoderm of the embryonic blood-CSF barrier, GLUT-1 was also detected at E4 and E12.7 respectively, and CAV-1 was detected shortly thereafter in both experimental models. These experiments contribute to delineating the extent to which the blood-CSF embryonic barrier controls E-CSF composition and homeostasis during early stages of brain development in avians and mammals. Our results suggest the regulation of glucose transport to the E-CSF by means of GLUT-1 and also suggest a mechanism by which proteins are transported via transcellular routes across the neuroectoderm, thus reinforcing the crucial role of E-CSF in brain development.

Multifunctional ligands for application in Alzheimer’s Disease: molecular modelling and biological evaluation

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of British Columbia, Canadà, entre 2010 i 2012 La malaltia d'Alzheimer (MA) representa avui la forma més comuna de demència en la població envellida. Malgrat fa 100 anys que va ser descoberta, encara avui no existeix cap tractament preventiu i/o curatiu ni cap agent de diagnòstic que permeti valorar quantitativament l'evolució d'aquesta malaltia. L'objectiu en el que s'emmarca aquest treball és contribuir a aportar solucions al problema de la manca d'agents terapèutics i de diagnosi, unívocs i rigorosos, per a la MA. Des del camp de la química bioinorgànica és fàcil fixar-se en l'excessiva concentració d'ions Zn(II) i Cu(II) en els cervells de malalts de MA, plantejar-se la seva utilització com a dianes terapèutica i, en conseqüència, cercar agents quelants que evitin la formació de plaques senils o contribueixin a la seva dissolució. Si bé aquest va ser el punt de partida d’aquest projecte, els múltiples factors implicats en la patogènesi de la MA fan que el clàssic paradigma d’ ¨una molècula, una diana¨ limiti la capacitat de la molècula de combatre aquesta malaltia tan complexa. Per tant, un esforç considerable s’ha dedicat al disseny d’agentsmultifuncionals que combatin els múltiples factors que caracteritzen el desenvolupament de la MA. En el present treball s’han dissenyat agents multifuncionals inspirats en dos esquelets moleculars ben establers i coneguts en el camp de la química medicinal: la tioflavina-T (ThT) i la deferiprona (DFP). La utilització de tècniques in silico que inclouen càlculs farmacocinètics i modelatge molecular ha estat un procés cabdal per a l’avaluació dels millors candidats en base als següents requeriments: (a) compliment de determinades propietats farmacocinètiques que estableixin el seu possible ús com a fàrmac (b) hidrofobicitat adequada per travessar la BBB i (c) interacció amb el pèptid Aen solució.

Agonistes de neurotrofines com a teràpia neuroprotectora per la Esclerosi Múltiple

Les neurotrofines son factors tròfics que poden induir la supervivencia, la diferenciació i el creixement de les neurones i aquesta és la principal raó per la qual les estudiem en el context de les malalties neurológiques. Les propietats nombrades son crucials per a la cerca d’efectes funcionals pel que fa a tractaments de malalties neurológiques. Avui en dia. donada la seva activitat neuroprotectora, s’ha intentat l’administració extena de neurotrofines com una terapia per diverses enfermetats cerebrals, pero fins ara han tingut poc o cap resultat donada la inhabilitat d’aquestes molècules per creuar la barrera hematoencefàlica i pels seus efectes secondaris, com ara el dolor neuroilogic. Per això, l’aplicació de petites molècules similars a les neurotrofines es considerada com unapossible sol•lució com un possible tractament neuroprotector amb el cervell com a diana. L’objectiu principal d’aquest projecte és testar l’eficacia d’un compost replicant de la neurotrofina pel tractament de algunes enfermetats neurològiques i per a estudiar el mecanisme d’acció d’aquesta molècula. Els resultats obtinguts fins al moment mostren que hem desenvolupat e identificat un compost replicant de la neurotrofina (G79) que manté la seva capacitat com a factor de creixement nerviós (NGF) en un assaig funcional d’NGF (diferenciació i tests de supervivència). A més a més, hem obtingut una proba de concepte per a la eficacia d’aquest compost com un agent terapèutic en diversos models in vivo e in vitro d’Esclerosi Múltiple, glaucoma, enfermetat de Parkinson y Esclerosi Lateral Amiotrófica. En conclusió, els resultats obtinguts durant aquests dos anys suggereixen que la molècula replicant d’NGF G79 és un bon candidat per a ser desenvolutat com a part d’una estratégica terapeutica la diferenciació neuronal, promou la supervivència, activa la fosforilització de TrkA i TrkB, vies de senyalització específiques de la neurotrofina. Aquesta molècula ademés pot creuar la barrera hematoencefàlica per vies de transport actiu, millora el score clínic en animals infectats per Encefalomielitis Autoinmune Experimental, protegeix les cèlules gangliars retinals en el model in vivo de Glaucoma, promou la supervivència de les cèlules en els models in vitro de l’enfermetat de Parkinson i en ELA. En resum, els nostres resultats sugereixen que les molècules replicants de neurotrofina poden desenvoluparse com part d’una estratègia terapéutica neuroprotectora.

Estudi del procés de neurodegeneració

Les anomenades malalties neurodegeneratives tenen una simptomatologia i unes manifestacions clíniques molt diferents entre elles. No obstant, totes elles convergeixen en el mateix procés final, la neurodegeneració, que es manifestarà en diferents localitzacions o tipus cel·lulars del sistema nerviós. Nosaltres, plantegem la hipòtesi de que els processos moleculars i cel·lulars subjacents a la neurodegeneració són comuns per totes elles. Després de dur a terme un procés de selecció, es decideix treballar amb la malaltia de Parkinson, la d’Alzheimer, l’Esclerosi lateral amiotròfica i l’esclerosi múltiple. Hem pogut determinar que hi ha set processos moleculars o cel·lulars que estan associats al procés de neurodegeneració i que són comuns a totes elles. Havent-les estudiat per separat s’observa que el procés de neurodegeneració consisteix en una fallada en cadena de diferents sistemes moleculars i cel·lulars que tenen com a punt d’origen l’estrès oxidatiu. A aquest estrès s’hi pot arribar de diferents maneres. Una d’elles és l’exposició excessiva a certs metalls, que provoca la pèrdua dels sistemes antioxidants cel·lulars. Degut a això, els mitocondris reben un impacte oxidatiu massa gran i comencen a fallar. El fet que aquest orgànul actuï com a tampó del calci intracel·lular en provoca la seva desregulació, alterant d’aquesta manera el senyal nerviós. En resposta a l’estrès oxidatiu i tèrmic que genera la disfunció mitocondrial, s’activen les Proteïnes de Xoc Tèrmic (HSP) que actuant de citocines i presentadores d’antígens, inicien la resposta immunològica contra les cèl·lules danyades. Paral·lelament, s’observa un increment de la permeabilitat de la barrera hematoencefàlica degut a la pèrdua de les adhesions cel·lulars estretes per l’alta presència d’espècies reactives. Com a conseqüència de l’afebliment o el trencament de la barrera hematoencefàlica, es pot produir una entrada al SNC de diferents substàncies neurotòxiques i de cèl·lules del sistema immunitàri que, en condicions normals tenen l’accés restringit. Juntament amb aquestes cèl·lules immunològiques, també s’activen les cèl·lules del sistema immunitari innat residents al cervell, la micròglia, i totes elles secreten citocines proinflamatòries que contribueixen al procés de neurodegeneració. Nosaltres presentem els mecanismes pels quals aquesta inflamació, lluny d’atenuar-se, es cronifica per l’acció de certs bucles de retroalimentació positiva. Les diferents peculiaritats de cada malaltia contribueixen en aquest procés de diferents maneres, com és el cas dels pèptids β-amilides en la malaltia d’Alzheimer, l’α-sinucleina en el Parkinson, la superòxid dismutasa (SOD) en l’esclerosi lateral amiotròfica, o l’infiltració de leucòcits al cervell degut a la resposta autoimmune de l’esclerosi múltiple.Deixant de banda aquestes diferències, si el procés és comú entre totes elles, l’estudi a fons d’aquest procés hauria de poder permetre identificar dianes tarapèutiques que siguin comunes per les quatre malalties.

Correlation between in vitro cytotoxicity and in vivo lethal activity in mice of epsilon toxin mutants from Clostridium perfringens

Epsilon toxin (Etx) from Clostridium perfringens is a pore-forming protein with a lethal effect on livestock, producing severe enterotoxemia characterized by general edema and neurological alterations. Site-specific mutations of the toxin are valuable tools to study the cellular and molecular mechanism of the toxin activity. In particular, mutants with paired cysteine substitutions that affect the membrane insertion domain behaved as dominant-negative inhibitors of toxin activity in MDCK cells. We produced similar mutants, together with a well-known non-toxic mutant (Etx-H106P), as green fluorescent protein (GFP) fusion proteins to perform in vivo studies in an acutely intoxicated mouse model. The mutant (GFP-Etx-I51C/A114C) had a lethal effect with generalized edema, and accumulated in the brain parenchyma due to its ability to cross the blood-brain barrier (BBB). In the renal system, this mutant had a cytotoxic effect on distal tubule epithelial cells. The other mutants studied (GFP-Etx-V56C/F118C and GFP-Etx-H106P) did not have a lethal effect or cross the BBB, and failed to induce a cytotoxic effect on renal epithelial cells. These data suggest a direct correlation between the lethal effect of the toxin, with its cytotoxic effect on the kidney distal tubule cells, and the ability to cross the BBB.

Inhibition of nociceptive responses after systemic administration of amidated kyotorphin

BACKGROUND AND PURPOSE Kyotorphin (KTP; L-Tyr-L-Arg), an endogenous neuropeptide, is potently analgesic when delivered directly to the central nervous system. Its weak analgesic effects after systemic administration have been explained by inability to cross the blood-brain barrier (BBB) and detract from the possible clinical use of KTP as an analgesic. In this study, we aimed to increase the lipophilicity of KTP by amidation and to evaluate the analgesic efficacy of a new KTP derivative (KTP-amide - KTP-NH 2). EXPERIMENTAL APPROACH We synthesized KTP-NH 2. This peptide was given systemically to assess its ability to cross the BBB. A wide range of pain models, including acute, sustained and chronic inflammatory and neuropathic pain, were used to characterize analgesic efficacies of KTP-NH 2. Binding to opioid receptors and toxicity were also measured. KEY RESULTS KTP-NH 2, unlike its precursor KTP, was lipophilic and highly analgesic following systemic administration in several acute and chronic pain models, without inducing toxic effects or affecting motor responses and blood pressure. Binding to opioid receptors was minimal. KTP-NH 2 inhibited nociceptive responses of spinal neurons. Its analgesic effects were prevented by intrathecal or i.p. administration of naloxone. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS Amidation allowed KTP to show good analgesic ability after systemic delivery in acute and chronic pain models. The indirect opioid-mediated actions of KTP-NH 2 may explain why this compound retained its analgesic effects although the usual side effects of opioids were absent, which is a desired feature in next-generation pain medications

The Benefits of building barrier-free: a contingent valuation of accessibilty as an attribute of housing

Estimating the social benefits of barrier-free building has always required indirect solutions, such as calculating the savings in social services, hospitalisation or adaptations made possible by the increase in accessibility. This research uses the Contingent Valuation Method to gain a direct appraisal of the benefits from barrier-free housing. When comparing two similar dwellings, with the only difference being their accessibility conditions, the 1,007 randomly chosen households that answered the direct survey would pay, on average 12.5 per cent more for being barrier-free. None of the different appraisals made on accessibility costs reaches 5 per cent. This confirms the social profitability of building without barriers and shows the potential size of the private market for those housing developers that meet the demand. Accessibility is a general concern, an economic good or attribute that most households value, irrespective of the physical conditions of their members.

The Paralympic Village: a barrier-free city

Article describing the design standards and their use for Paralympic facilities. This article was published in the book entitled Olympic Villages: a hundred years of urban planning and shared experiences compiling the papers given at the 1997 International Symposium on International Chair in Olympism (IOC-UAB).

Lowering blood alcohol content levels to save lives: The european experience

Road safety has become an increasing concern in developed countries due to the significant amount of mortal victims and the economic losses derived. Only in 2005 these losses rose to 200.000 million euros, a significant amount - approximately the 2% of its GDP- that easily justifies any public intervention. One tool used by governments to face this challenge is the enactment of stricter policies and regulations. Since drunk driving is one of the most important concerns of public authorities on this field, several European countries decided to lower their illegal Blood Alcohol Content levels to 0.5 mg/ml during the last decade. This study evaluates for the first time the effectiveness of this transition using European panel-based data (CARE) for the period 1991-2003 using the Differences-in-Differences method in a fixed effects estimation that allows for any pattern of correlation (Cluster-Robust). My results show the existence of positive impacts on certain groups of road users and for the whole population when the policy is accompanied by some enforcement interventions. Moreover, a time lag of more than two years is found in that effectiveness. Finally, I also assert the importance of controlling for serial correlation in the evaluation of this kind of policies.