N-acetylcysteine treatment ameliorates the skeletal phenotype of a mouse model of diastrophic dysplasia.

Diastrophic dysplasia (DTD) is a recessive chondrodysplasia caused by mutations in SLC26A2, a cell membrane sulfate-chloride antiporter. Sulfate uptake impairment results in low cytosolic sulfate, leading to cartilage proteoglycan (PG) undersulfation. In this work, we used the dtd mouse model to study the role of N-acetyl-l-cysteine (NAC), a well-known drug with antioxidant properties, as an intracellular sulfate source for macromolecular sulfation. Because of the important pre-natal phase of skeletal development and growth, we administered 30 g/l NAC in the drinking water to pregnant mice to explore a possible transplacental effect on the fetuses. When cartilage PG sulfation was evaluated by high-performance liquid chromatography disaccharide analysis in dtd newborn mice, a marked increase in PG sulfation was observed in newborns from NAC-treated pregnancies when compared with the placebo group. Morphometric studies of the femur, tibia and ilium after skeletal staining with alcian blue and alizarin red indicated a partial rescue of abnormal bone morphology in dtd newborns from treated females, compared with pups from untreated females. The beneficial effect of increased macromolecular sulfation was confirmed by chondrocyte proliferation studies in cryosections of the tibial epiphysis by proliferating cell nuclear antigen immunohistochemistry: the percentage of proliferating cells, significantly reduced in the placebo group, reached normal values in dtd newborns from NAC-treated females. In conclusion, NAC is a useful source of sulfate for macromolecular sulfation in vivo when extracellular sulfate supply is reduced, confirming the potential of therapeutic approaches with thiol compounds to improve skeletal deformity and short stature in human DTD and related disorders.

A system to assess the stability of airborne nanoparticle agglomerates under aerodynamic shear

Stability of airborne nanoparticle agglomerates is important for occupational exposure and risk assessment in determining particle size distribution of nanomaterials. In this study, we developed an integrated method to test the stability of aerosols created using different types of nanomaterials. An aerosolization method, that resembles an industrial fluidized bed process, was used to aerosolize dry nanopowders. We produced aerosols with stable particle number concentrations and size distributions, which was important for the characterization of the aerosols' properties. Next, in order to test their potential for deagglomeration, a critical orifice was used to apply a range of shear forces to them. The mean particle size of tested aerosols became smaller, whereas the total number of particles generated grew. The fraction of particles in the lower size range increased, and the fraction in the upper size range decreased. The reproducibility and repeatability of the results were good. Transmission electron microscopy imaging showed that most of the nanoparticles were still agglomerated after passing through the orifice. However, primary particle geometry was very different. These results are encouraging for the use of our system for routine tests of the deagglomeration potential of nanomaterials. Furthermore, the particle concentrations and small quantities of raw materials used suggested that our system might also be able to serve as an alternative method to test dustiness in existing processes.

Impaired aldehyde dehydrogenase 1 subfamily member 2A-dependent retinoic acid signaling is related with a mesenchymal-like phenotype and an unfavorable prognosis of head and neck squamous cell carcinoma.

BACKGROUND: An inverse correlation between expression of the aldehyde dehydrogenase 1 subfamily A2 (ALDH1A2) and gene promoter methylation has been identified as a common feature of oropharyngeal squamous cell carcinoma (OPSCC). Moreover, low ALDH1A2 expression was associated with an unfavorable prognosis of OPSCC patients, however the causal link between reduced ALDH1A2 function and treatment failure has not been addressed so far. METHODS: Serial sections from tissue microarrays of patients with primary OPSCC (n = 101) were stained by immunohistochemistry for key regulators of retinoic acid (RA) signaling, including ALDH1A2. Survival with respect to these regulators was investigated by univariate Kaplan-Meier analysis and multivariate Cox regression proportional hazard models. The impact of ALDH1A2-RAR signaling on tumor-relevant processes was addressed in established tumor cell lines and in an orthotopic mouse xenograft model. RESULTS: Immunohistochemical analysis showed an improved prognosis of ALDH1A2(high) OPSCC only in the presence of CRABP2, an intracellular RA transporter. Moreover, an ALDH1A2(high)CRABP2(high) staining pattern served as an independent predictor for progression-free (HR: 0.395, p = 0.007) and overall survival (HR: 0.303, p = 0.002), suggesting a critical impact of RA metabolism and signaling on clinical outcome. Functionally, ALDH1A2 expression and activity in tumor cell lines were related to RA levels. While administration of retinoids inhibited clonogenic growth and proliferation, the pharmacological inhibition of ALDH1A2-RAR signaling resulted in loss of cell-cell adhesion and a mesenchymal-like phenotype. Xenograft tumors derived from FaDu cells with stable silencing of ALDH1A2 and primary tumors from OPSCC patients with low ALDH1A2 expression exhibited a mesenchymal-like phenotype characterized by vimentin expression. CONCLUSIONS: This study has unraveled a critical role of ALDH1A2-RAR signaling in the pathogenesis of head and neck cancer and our data implicate that patients with ALDH1A2(low) tumors might benefit from adjuvant treatment with retinoids.

Stability of nanoparticle agglomerates under mechanical stress and its effects on their release into the air

L'exposition professionnelle aux nanomatériaux manufacturés dans l'air présente des risques potentiels pour la santé des travailleurs dans les secteurs de la nanotechnologie. Il est important de comprendre les scénarios de libération des aérosols de nanoparticules dans les processus et les activités associées à l'exposition humaine. Les mécanismes de libération, y compris les taux de libération et les propriétés physico-chimiques des nanoparticules, déterminent leurs comportements de transport ainsi que les effets biologiques néfastes. La distribution de taille des particules d'aérosols est l'un des paramètres les plus importants dans ces processus. La stabilité mécanique d'agglomérats de nanoparticules affecte leurs distributions de tailles. Les potentiels de désagglomération de ces agglomérats déterminent les possibilités de leur déformation sous énergies externes. Cela rend les changements possibles dans leur distribution de taille et de la concentration en nombre qui vont finalement modifier leurs risques d'exposition. Les conditions environnementales, telles que l'humidité relative, peuvent influencer les processus de désagglomération par l'adhérence de condensation capillaire de l'humidité. L'objectif général de cette thèse était d'évaluer les scénarios de libération des nanomatériaux manufacturés des processus et activités sur le lieu de travail. Les sous-objectifs étaient les suivants: 1. Etudier les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans des conditions environnementales variées. 2. Etudier la libération des nano-objets à partir de nanocomposites polymères; 3. Evaluer la libération de nanoparticules sur le lieu de travail dans des situations concrètes. Nous avons comparé différents systèmes de laboratoire qui présentaient différents niveau d'énergie dans l'aérosolisation des poudres. Des nanopoudres de TiO2 avec des hydrophilicités de surface distinctes ont été testées. Un spectromètre à mobilité électrique (SMPS), un spectromètre à mobilité aérodynamique (APS) et un spectromètre optique (OPC) ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de taille des particules. La microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Les propriétés des aérosols (distribution de taille et concentration en nombre) étaient différentes suivant la méthode employée. Les vitesses des flux d'air d'aérosolisation ont été utilisées pour estimer le niveau d'énergie dans ces systèmes, et il a été montré que les tailles modales des particules étaient inversement proportionnelles à la vitesse appliquée. En général, les particules hydrophiles ont des diamètres plus grands et des nombres inférieurs à ceux des particules hydrophobes. Toutefois, cela dépend aussi des méthodes utilisées. La vitesse de l'air peut donc être un paramètre efficace pour le classement de l'énergie des procédés pour des systèmes d'aérosolisation similaires. Nous avons développé un système laboratoire pour tester les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans l'air en utilisant des orifices critiques et un humidificateur. Sa performance a été comparée à un système similaire dans un institut partenaire. Une variété de nanopoudres différentes a été testée. Le niveau d'énergie appliquée et l'humidité ont été modifiés. Le SMPS et l'OPC ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de la taille. Un TEM a été utilisé pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Le diamètre moyen des particules a diminué et la concentration en nombre s'est accrue lorsque des énergies externes ont été appliquées. Le nombre de particules inférieures à 100 nm a été augmenté, et celui au-dessus de 350 nm réduits. Les conditions humides ont faits exactement le contraire, en particulier pour les petites particules. En outre, ils ont réduits les effets de la différence de pression due à l'orifice. Les résultats suggèrent que la désagglomération d'agglomérats de nanoparticules dans l'air est possible dans la gamme d'énergie appliquée. Cependant, l'atmosphère humide peut favoriser leur agglomération et améliorer leurs stabilités en réduisant la libération de nanoparticules dans l'environnement. Nous proposons d'utiliser notre système pour le test de routine des potentiels de désagglomération des nanomatériaux manufacturés et de les classer. Un tel classement faciliterait la priorisation de l'exposition et du risque encouru en fonction du niveau d'ENM. Un système de perçage automatique et un système de sciage manuel ont été développés pour étudier la libération de nanoparticules à partir de différents types de nanocomposites. La vitesse de perçage et taille de la mèche ont été modifiées dans les expériences. La distribution de taille des particules et leur concentration en nombre ont été mesurées par un SMPS et un miniature diffusion size classifier (DISCmini). Les distributions de nanoparticules dans les composites et les particules libérées ont été analysés par un TEM et un microscope électronique à balayage (SEM). Les tests de perçage ont libérés un plus grand nombre de particules que le sciage. Des vitesses de perçage plus rapide et les mèches plus grandes ont augmentés la génération de particules. Les charges de nanoparticules manufacturées dans les composites ne modifient pas leurs comportements de libération dans les expériences de perçage. Toutefois, le sciage différencie les niveaux de libération entre les composites et les échantillons blancs. De plus, les vapeurs de polymères ont été générées par la chaleur de sciage. La plupart des particules libérées sont des polymères contenant des nanoparticules ou sur leurs surface. Les résultats ont souligné l'importance du type de processus et paramètres pour déterminer la libération de nanoparticules de composites. Les émissions secondaires telles que les fumées polymères appellent à la nécessité d'évaluations de l'exposition et de risque pour de tels scénarios. Une revue systématique de la littérature sur le sujet de libérations de nanoparticules dans l'air dans les secteurs industriels et laboratoires de recherche a été effectuée. Des stratégies de recherche des informations pertinentes et de stockage ont été développées. Les mécanismes de libération, tels que la taille de particules d'aérosol et de leur concentration en nombre, ont été comparés pour différentes activités. La disponibilité de l'information contextuelle qui est pertinente pour l'estimation de l'exposition humaine a été évaluée. Il a été constaté que les données relatives à l'exposition ne sont pas toujours disponibles dans la littérature actuelle. Les propriétés des aérosols libérés semblent dépendre de la nature des activités. Des procédés à haute énergie ont tendance à générer des plus hauts niveaux de concentrations de particules dans les gammes de plus petite taille. Les résultats peuvent être utiles pour déterminer la priorité des procédés industriels pour l'évaluation les risques associés dans une approche à plusieurs niveaux. Pour l'évaluation de l'exposition, la disponibilité de l'information peut être améliorée par le développement d'une meilleure méthode de communication des données.

Environmental influence on the phenotype of ant workers revealed by common garden experiment

Many organism traits vary along environmental gradients. Common garden experiments provide powerful means to disentangle the role of intrinsic factors, such as genetic or maternal effects, from extrinsic environmental factors in shaping phenotypic variation. Here, we investigate body size and lipid content variation in workers of the socially polymorphic ant Formica selysi along several independent elevation gradients in Switzerland. We compare field-collected workers and workers sampled as eggs from the same colonies but reared in common laboratory conditions. Overall, field-collected workers from high elevation are larger than those from low elevation, but the trend varies substantially among valleys. The same pattern is recovered when the eggs are reared in a common garden, which indicates that body size variation along elevation gradients and valleys is partly explained by genetic or maternal effects. However, both body size and lipid content exhibit significantly greater variation in field-collected workers than in laboratory-reared workers. Hence, much of the phenotypic variation results from a plastic response to the environment, rather than from genetic differences. Eggs from different elevations also show no significant difference in development time in the common garden. Overall, selection on individual worker phenotypes is unlikely to drive the altitudinal distribution of single- and multiple-queen colonies in this system, as phenotypic variation tends to be plastic and can be decoupled from social structure. This study provides insights into the interplay between individual phenotypic variation and social organization and how the two jointly respond to differing environmental conditions.

A Preclinical Model for ERα-Positive Breast Cancer Points to the Epithelial Microenvironment as Determinant of Luminal Phenotype and Hormone Response.

Seventy-five percent of breast cancers are estrogen receptor α positive (ER(+)). Research on these tumors is hampered by lack of adequate in vivo models; cell line xenografts require non-physiological hormone supplements, and patient-derived xenografts (PDXs) are hard to establish. We show that the traditional grafting of ER(+) tumor cells into mammary fat pads induces TGFβ/SLUG signaling and basal differentiation when they require low SLUG levels to grow in vivo. Grafting into the milk ducts suppresses SLUG; ER(+) tumor cells develop, like their clinical counterparts, in the presence of physiological hormone levels. Intraductal ER(+) PDXs are retransplantable, predictive, and appear genomically stable. The model provides opportunities for translational research and the study of physiologically relevant hormone action in breast carcinogenesis.

Enhancement of human adipose-derived stem cell expansion and stability for clinical use

Co-culture techniques associating both dermal fibroblasts and epidermal keratinocytes have shown to have better clinical outcome than keratinocyte culture alone for the treatment of severe burns. Since fat grafting has been shown to improve scar remodelling, new techniques such as cell-therapy-assisted surgical reconstruction with isolated and expanded autologous adipose-derived stem cells (ASCs) would be of benefit to increase graft acceptation. Therefore, integrating ASCs into standardized procedures for cultured skin grafting could be of benefit for the patient if cell quality and quantity could be maintained. The purpose of this study was to evaluate ASC processing from adult tissue with simple isolation (without enzymatic steps), expansion (low density of 325-3,000 cells/cm2) and storage conditions to assure methods to enhance the cellular resistance when transferred back to the patient. Co-culture with cell-banked skin progenitor cells (FE002-SK2) showed an increase of 40-50% ASCs yield at high passages alongside with a better preservation of morphology, proper adipogenic and osteogenic differentiation and efficient biocompatibility with 3D collagen scaffolds. ASCs can be considered as a valuable additional cell source to be delivered in biological bandages to the patient in a need of tissue reconstruction such as burn patients.

Immunotherapeutic targeting of LIGHT/LTβR/HVEM pathway fully recapitulates the reduced cytotoxic phenotype of LIGHT-deficient T cells.

Tumor necrosis factor (TNF)/TNF receptor (TNFR) superfamily members play essential roles in the development of the different phases of the immune response. Mouse LIGHT (TNFSF14) is a type II transmembrane protein with a C-terminus extracellular TNF homology domain (THD) that assembles in homotrimers and regulates the course of the immune responses by signaling through 2 receptors, the herpes virus entry mediator (HVEM, TNFSFR14) and the lymphotoxin β receptor (LTβR, TNFSFR3). LIGHT is a membrane-bound protein transiently expressed on activated T cells, natural killer (NK) cells and immature dendritic cells that can be proteolytically cleaved by a metalloprotease and released to the extracellular milieu. The immunotherapeutic potential of LIGHT blockade was evaluated in vivo. Administration of an antagonist of LIGHT interaction with its receptors attenuated the course of graft-versus-host reaction and recapitulated the reduced cytotoxic activity of LIGHT-deficient T cells adoptively transferred into non-irradiated semiallogeneic recipients. The lack of LIGHT expression on donor T cells or blockade of LIGHT interaction with its receptors slowed down the rate of T cell proliferation and decreased the frequency of precursor alloreactive T cells, retarding T cell differentiation toward effector T cells. The blockade of LIGHT/LTβR/HVEM pathway was associated with delayed downregulation of interleukin-7Rα and delayed upregulation of inducible costimulatory molecule expression on donor alloreactive CD8 T cells that are typical features of impaired T cell differentiation. These results expose the relevance of LIGHT/LTβR/HVEM interaction for the potential therapeutic control of the allogeneic immune responses mediated by alloreactive CD8 T cells that can contribute to prolong allograft survival.