Inorganic Nanoparticles and the Immune System: Detection, Selective Activation and Tolerance

The immune system is the responsible for body integrity and prevention of external invasion. On one side, nanoparticles are no triggers that the immune system is prepared to detect, on the other side it is known that foreign bodies, not only bacteria, viruses and parasites, but also inorganic matter, can cause various pathologies such as silicosis, asbestosis or inflammatory reactions. Therefore, nanoparticles entering the body, after interaction with proteins, will be either recognized as self-agents or detected by the immune system, encompassing immunostimulation or immunosuppression responses. The nature of these interactions seems to be dictated not specially by the composition of the material but by modifications of NP coating (composition, surface charge and structure). Herein, we explore the use of gold nanoparticles as substrates to carry multifunctional ligands to manipulate the immune system in a controlled manner, from undetection to immunostimulation. Murine bone marrow macrophages can be activated with artificial nanometric objects consisting of a gold nanoparticle functionalized with peptides. In the presence of some conjugates, macrophage proliferation was stopped and pro-inflammatory cytokines were induced. The biochemical type of response depended on the type of conjugated peptide and was correlated with the degree of ordering in the peptide coating. These findings help to illustrate the basic requirements involved in medical NP conjugate design to either activate the immune system or hide from it, in order to reach their targets before being removed by phagocytes. Additionally, it opens up the possibility to modulate the immune response in order to suppress unwanted responses resulting from autoimmunity, or allergy or to stimulate protective responses against pathogens.

The effects of cocoa on the immune system

Cocoa is a food relatively rich in polyphenols, which makes it a potent antioxidant. Due to its activity as an antioxidant, as well as through other mechanisms, cocoa consumption has been reported to be beneficial for cardiovascular health, brain functions, and cancer prevention. Furthermore, cocoa influences the immune system, in particular the inflammatory innate response and the systemic and intestinal adaptive immune response. Preclinical studies have demonstrated that a cocoa-enriched diet modifies T-cell functions that conduce to a modulation of the synthesis of systemic and gut antibodies. In this regard, it seems that a cocoa diet in rats produces changes in the lymphocyte composition of secondary lymphoid tissues and the cytokines secreted by T cells. These results suggest that it is possible that cocoa could inhibit the function of Th2 cells, and in line with this, the preventive effect of cocoa on IgE synthesis in a rat allergy model has been reported, which opens up new perspectives when considering the beneficial effects of cocoa compounds. On the other hand, cocoa intake modifies the functionality of gut-associated lymphoid tissue by means of modulating IgA secretion and intestinal microbiota. The mechanisms involved in these influences are discussed here. Further research may elucidate the cocoa compounds involved in such an effect and also the possible medical approaches to these repercussions

Relevance of death receptors in nervous system: role in the pathogenesis of neurodegenerative diseases and targets for therapy

L’apoptosi és un procés fisiològic que controla el nombre de cèl·lules en organismes superiors. L’apoptosi està estrictament regulada i s’ha vist que està implicada en la patogènesi d’algunes malalties del sistema nerviós. En aquest sentit, un excés de mort cel·lular contribueix a les malalties neurodegenerati- ves, mentre que, el seu dèficit és una de les raons del desenvolupament de tumors. El punt principal de regulació del procés apoptòtic és l’activació de les caspases, cisteïna-proteases que tenen especificitat pels residus aspàrtic. Les caspases es poden activar per dos mecanismes principals: (1) alliberament de citocrom C dels mitocondris alterats al citoplasma i (2) l’activació dels receptors de la membrana anomenats receptors de mort (DR, de l’anglès death receptor). Aquests receptors s’han caracteritzat extensament en el sistema immunitari, mentre que en el sistema nerviós les seves funcions són encara desconegudes. El present article se centra en el paper dels DR en la patogènesi de malalties neurodegeneratives i suggereix el seu potencial des del punt de vista terapèutic. També es descriuen diverses molècules intracel·lulars caracteritzades per la seva habilitat en la modulació dels DR. Entre elles, presentem dues noves proteïnes – lifeguard i FAIM – que s’expressen específicament al sistema nerviós.

Relació entre el percentatge i número absolut de cèl·lules Natural Killer i de l’expressió dels seus receptors NKG2D i NKp46 i les diferents formes de presentació de la Tuberculosi. Resultats preliminars.

La tuberculosi pot localitzar-se al pulmó: TB-P o altres òrgans: TB-EP, segons el compromís del sistema immunitari de l’hoste, on hi intervenen les cèl.lules Natural Killer-NK. L’estudi analitza el percentatge i número absolut d’NK i l’expressió dels receptors d’activació, NKG2D - NKp46, en 15 malalts/TB-P, 15 malalts/TB-EP i 15 sans, trobant-se augmentades en percentatge en el grup TB-P, disminuïdes en número absolut en els TB-EP i TB-P, i valors més alts d’ NKG2D, sobretot, malalts de TB-EP. Les coincidències amb d’altres estudis i les troballes preliminars obren possibilitats a investigacions en el camp de la TB-EP i la reacció immune.

Bacterial lipopolysaccharide induces apoptosis in the trout ovary

BACKGROUND: In mammals it is well known that infections can lead to alterations in reproductive function. As part of the innate immune response, a number of cytokines and other immune factors is produced during bacterial infection or after treatment with lipopolysaccharide (LPS) and acts on the reproductive system. In fish, LPS can also induce an innate immune response but little is known about the activation of the immune system by LPS on reproduction in fish. Therefore, we conducted studies to examine the in vivo and in vitro effects of lipopolysaccharide (LPS) on the reproductive function of sexually mature female trout. METHODS: In saline- and LPS -injected brook trout, we measured the concentration of plasma steroids as well as the in vitro steroidogenic response (testosterone and 17alpha-hydroxyprogesterone) of ovarian follicles to luteinizing hormone (LH), the ability of 17alpha,20beta-dihydroxy-4-pregnen-3-one to induce germinal vesicle breakdown (GVBD) in vitro, and that of epinephrine to stimulate follicular contraction in vitro. We also examined the direct effects of LPS in vitro on steroid production, GVBD and contraction in brook trout ovarian follicles. The incidence of apoptosis was evaluated by TUNEL analysis. Furthermore, we examined the gene expression pattern in the ovary of saline- and LPS-injected rainbow trout by microarray analysis. RESULTS: LPS treatment in vivo did not affect plasma testosterone concentration or the basal in vitro production of steroids, although a small but significant potentiation of the effects of LH on testosterone production in vitro was observed in ovarian follicles from LPS-treated fish. In addition, LPS increased the plasma concentration of cortisol. LPS treatment in vitro did not affect the basal or LH-stimulated steroid production in brook trout ovarian follicles. In addition, we did not observe any effects of LPS in vivo or in vitro on GVBD or follicular contraction. Therefore, LPS did not appear to impair ovarian steroid production, oocyte final maturation or follicular contraction under the present experimental conditions. Interestingly, LPS administration in vivo induced apoptosis in follicular cells, an observation that correlated with changes in the expression of genes involved in apoptosis, as evidenced by microarray analysis. CONCLUSION: These results indicate that female trout are particularly resistant to an acute administration of LPS in terms of ovarian hormone responsiveness. However, LPS caused a marked increase in apoptosis in follicular cells, suggesting that the trout ovary could be sensitive to the pro-apoptotic effects of LPS-induced inflammatory cytokines.

Mechanisms involved in down-regulation of intestinal IgA in rats by high cocoa intake

Previous studies have shown that rat intestinal immunoglobulin A (IgA) concentration and lymphocyte composition of the intestinal immune system were influenced by a highly enriched cocoa diet. The aim of this study was to dissect the mechanisms by which a long-term high cocoa intake was capable of modifying gut secretory IgA in Wistar rats. After 7 weeks of nutritional intervention, Peyer's patches, mesenteric lymph nodes and the small intestine were excised for gene expression assessment of IgA, transforming growth factor ß, C-C chemokine receptor-9 (CCR9), interleukin (IL)-6, CD40, retinoic acid receptors (RAR¿ and RARß), C-C chemokine ligand (CCL)-25 and CCL28 chemokines, polymeric immunoglobulin receptor and toll-like receptors (TLR) expression by real-time polymerase chain reaction. As in previous studies, secretory IgA concentration decreased in intestinal wash and fecal samples after cocoa intake. Results from the gene expression showed that cocoa intake reduced IgA and IL¿6 in Peyer's patches and mesenteric lymph nodes, whereas in small intestine, cocoa decreased IgA, CCR9, CCL28, RAR¿ and RARß. Moreover, cocoa-fed animals presented an altered TLR expression pattern in the three compartments studied. In conclusion, a high-cocoa diet down-regulated cytokines such as IL-6, which is required for the activation of B cells to become IgA-secreting cells, chemokines and chemokine receptors, such as CCL28 and CCR9 together with RAR¿ and RARß, which are involved in the gut homing of IgA-secreting cells. Moreover, cocoa modified the cross-talk between microbiota and intestinal cells as was detected by an altered TLR pattern. These overall effects in the intestine may explain the intestinal IgA down-regulatory effect after the consumption of a long-term cocoa-enriched diet.

Analysis of a Plant Complex Resistance Gene Locus Underlying Immune-Related Hybrid Incompatibility and Its Occurrence in Nature

Mechanisms underlying speciation in plants include detrimental (incompatible) genetic interactions between parental alleles that incur a fitness cost in hybrids. We reported on recessive hybrid incompatibility between an Arabidopsis thaliana strain from Poland, Landsberg erecta (Ler), and many Central Asian A. thaliana strains. The incompatible interaction is determined by a polymorphic cluster of Toll/interleukin-1 receptor-nucleotide binding-leucine rich repeat (TNL) RPP1 (Recognition of Peronospora parasitica1)-like genes in Ler and alleles of the receptor-like kinase Strubbelig Receptor Family 3 (SRF3) in Central Asian strains Kas-2 or Kond, causing temperature-dependent autoimmunity and loss of growth and reproductive fitness. Here, we genetically dissected the RPP1-like Ler locus to determine contributions of individual RPP1-like Ler (R1R8) genes to the incompatibility. In a neutral background, expression of most RPP1-like Ler genes, except R3, has no effect on growth or pathogen resistance. Incompatibility involves increased R3 expression and engineered R3 overexpression in a neutral background induces dwarfism and sterility. However, no individual RPP1-like Ler gene is sufficient for incompatibility between Ler and Kas-2 or Kond, suggesting that co-action of at least two RPP1-like members underlies this epistatic interaction. We find that the RPP1-like Ler haplotype is frequent and occurs with other Ler RPP1-like alleles in a local population in Gorzów Wielkopolski (Poland). Only Gorzów individuals carrying the RPP1-like Ler haplotype are incompatible with Kas-2 and Kond, whereas other RPP1-like alleles in the population are compatible. Therefore, the RPP1-like Ler haplotype has been maintained in genetically different individuals at a single site, allowing exploration of forces shaping the evolution of RPP1-like genes at local and regional population scales.

Desenvolupament de vacunes peptídiques y dendrímers basats en polietilenglicol per al tractament del càncer

El principal problema de les teràpies actuals contra el càncer es la baixa especificitat envers les cèl•lules tumorals, cosa que comporta gran quantitat d’efectes secundaris. Per això es important el desenvolupament de nous tipus de teràpies i sistemes d’alliberament efectius per als fàrmacs ja existents al mercat. En la immunoteràpia contra el càncer es pretén estimular el sistema immunològic per a eliminar les cèl•lules canceroses de manera selectiva. En aquest projecte s’han sintetitzat derivats de l’antigen peptídic de melanoma NY-ESO1 i s’ha estudiat la seva capacitat per a estimular el sistema immunològic com a vacunes contra el càncer. També s’han encapsulat el antígens peptídics en liposomes com a adjuvants i sistemes d’alliberament. De totes les variants peptídiques la que resultà més immunogènica fou la que contenia el grup palmitoil i el fragment toxoide tetànic en la seva estructura. La utilització de liposomes com a sistema adjuvant sembla una estratègia interessant per al disseny de vacunes contra el càncer donat que l’encapsulació del pèptid en liposomes va augmentar notablement la resposta immunològica de l’antigen. Per altra banda, s’han desenvolupat dendrímers basats en polietilenglicol com a sistemes alliberadors de fàrmacs per al tractament de tumors. El polietilenglicol és àmpliament utilitzat com a sistema d’alliberament de fàrmacs degut a les seves interessants propietats, augment de la solubilitat i dels temps de residència en plasma, entre d’altres. La metodologia química descrita permet la diferenciació controlada de varies posicions en la superfície del dendrímer a més del creixement del dendrímer fins a una segona generació. S’ha sintetitzat la primera generació del dendrímer contenint el fàrmac antitumoral 5-fluorouracil i s’han realitzat estudis de citotoxicitat comprovant que l’activitat del nanoconjugat és del mateix ordre de magnitud que el 5-fluorouracil sense conjugar.

L’impacte de les institucions internacionals sobre la Unió Europea: presa de decisions, integració i europeïtzació

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Center for European Integration de la Freie Universität Berlin, Alemania, entre 2007 i 2009. El tema central del projecte consisteix en la descripció matemàtica de processos espai-temporals mitjançant la teoria dels Continuous-Time Random Walks. L'aportació més significativa del nostre treball en aquest camp consisteix en considerar per primera vegada la interacció entre diversos processos actuant de manera acoblada, ja que fins ara els models existents es limitaven a l'estudi de processos individuals o independents. Aquesta idea fa possible, per exemple, plantejar un sistema de transport en l'espai i a la vegada un procés de reacció (una reacció química, per exemple), i estudiar estadísticament com cada un pot alterar el comportament de l'altre. Això suposa un salt qualitatiu important en la descripció de processos de reacció-dispersió, ja que els nostres models permeten incorporar patrons de dispersió i comportaments temporals (cicles de vida) força realistes en comparació amb els models convencionals. Per tal de completar aquest treball teòric ha estat necessari també desenvolupar algunes eines numèriques (models de xarxa) per facilitar la implementació dels models. En la vessant pràctica, hem aplicat aquestes idees al cas de la dinàmica entre virus i el sistema immunològic que té lloc quan es produeix una infecció a l'organisme. Diferents estudis experimentals portats a terme els últims anys mostren com la resposta immunològica dels organismes superiors presenta una dinàmica temporal força complexa (per exemple, en el cas de la resposta programada). Per aquest motiu, les nostres tècniques matemàtiques són d'especial utilitat per a l'anàlisi d'aquests sistemes. Finalment, altres possibles aplicacions dels models, com ara l'estudi d'invasions biològiques, també han estat considerades.

Implicació de la inflamació i la resposta immunitària en la lesió induïda per la isquèmia

El sistema nerviós central (SNC) i el sistema immunitari (SI) estan estretament connectats. Es produeixen nombroses alteracions en el sistema immunitari després de la isquèmia i la inflamació es reconeix com una de les principals causes de la progressió de la lesió isquèmica. És molt important determinar el paper de les diferents cèl•lules implicades en la resposta immunitària i inflamatòria després de la isquèmia i el perfil de citocines que s’alliberen. A partir de l’estudi de les diferents poblacions de leucòcits en sang circulant després de la isquèmia, hem determinat que la subpoblació de monòcits (CD43high/CD11bhigh) augmenta a 48h de manera proporcional al volum d’infart. Aquesta població està formada per dos subtipus descrits de monòcits, els no clàssics (CD43high/Ly6C-) i els intermedis (CD43high/Ly6Cdim), i sembla expressar un perfil de citocines anti-inflamatòries així com una major capacitat fagocítica. Per altra banda, observem la presència de CD43 en el cervell i la seva degradació a 4 dies després de la isquèmia. També s’observa l’aparició de la fracció soluble del CD43 en el parènquima cerebral després del trencament de la barrera hematoencefàlica. Addicionalment, hem estudiat com s’alteren els canvis a nivell immunològic en ratolins deficients en CD69 i hem observat una pitjor progressió del volum d’infart en els animals CD69KO. A més a més hem volgut esbrinar el paper dels limfòcits utilitzant ratolins RAG (-/-) que tenen infarts més petits que els WT, però quan aquests careixen de CD69, tenen infarts significativament més grans. En l’estudi del procés inflamatori en la isquèmica, hem treballat amb ratolins deficient en ApoE i IL10. Pel que fa als ratolins ApoE (-/-), observem que tenen un volum d’infart més gran a les 24h i que es manté fins als 4 dies, i proposem que NFkB pot tenir un paper molt rellevant en aquest procés. Pel que fa a la IL-10, els animals deficients en aquesta citocina presenten un volum d’infart major i una expressió de citocines proinflamatòries més alt. A més a més, els ratolins IL10 KO presenten uns nivells de IL-12 més elevats de manera basal, i proposem que això és degut a la falta de la IL-10 per a inhibir la via.

Evaluación del uso de exosomas como aloantígenos para la inducción de tolerancia en trasplante

La consecución de tolerancia aloespecífica es de mucha relevancia en trasplante. Las células dendríticas (DC) son las principales responsables de la inducción de la respuesta inmune frente a las moléculas de histocompatibilidad (MHC) del donante, provocando el rechazo del injerto. Sin embargo las DC son también responsables de la inducción de tolerancia. Diversos modelos animales de alotrasplante han mostrado la tolerización del injerto mediante DC diferenciadas in vitro en condiciones tolerogénicas (tDC). En humanos, las fuentes de aloantígenos potencialmente utilizables en terapia son, entre otras, los cuerpos apoptóticos y los exosomas. Éstos expresan antígenos MHC de forma abundante y su composición es relativamente uniforme, lo que supone una ventaja frente a otras fuentes. En este proyecto, se ha evaluado la obtención de exosomas secretados por una línea de linfocitos T y por células dendríticas derivadas de médula ósea. Se ha caracterizado la captura de exosomas derivados de linfocitos T por células dendríticas humanas derivadas de sangre periférica y su presentación a linfocitos T autólogos. Por otra parte, se ha comenzado a desarrollar los experimentos para estudiar la inducción de tolerancia en un modelo de trasplante renal en rata. Se han generado células dendríticas tolerógenicas derivadas de médula ósea (tolDC), en presencia de dexametasona. Las tolDC expresan menos moléculas de histocompatibilidad y de coestimulación e inducen una menor proliferación en reacciones mixtas leucocitaras, comparadas con las células dendríticas maduras. Por último, se han caracterizado los exosomas de plasma humano con el fin de estudiar su posible uso como aloantígenos. El análisis proteómico revela la presencia de proteínas relacionadas con el sistema inmune, la coagulación, la señalización celular y moléculas implicadas en el transporte y metabolismo de nutrientes. El estudio de la captura por diferentes líneas celulares sugiere que deben existir mecanismos específicos para su internalización.