Quantitative isolation of mouse and human intestinal intraepithelial lymphocytes by elutriation centrifugation

Intestinal intraepithelial lymphocytes (IEL) are specialized subsets of T cells with distinct functional capacities. While some IEL subsets are circulating, others such as CD8alphaalpha TCRalphabeta IEL are believed to represent non-circulating resident T cell subsets [Sim, G.K., Intraepithelial lymphocytes and the immune system. Adv. Immunol., 1995. 58: 297-343.]. Current methods to obtain enriched preparations of intraepithelial lymphocytes are mostly based on Percoll density gradient or magnetic bead-based technologies [Lundqvist, C., et al., Isolation of functionally active intraepithelial lymphocytes and enterocytes from human small and large intestine. J. Immunol. Methods, 1992. 152(2): 253-263.]. However, these techniques are hampered by a generally low yield of isolated cells, and potential artifacts due to the interference of the isolation procedure with subsequent functional assays, in particular, when antibodies against cell surface markers are required. Here we describe a new method for obtaining relatively pure populations of intestinal IEL (55-75%) at a high yield (>85%) by elutriation centrifugation. This technique is equally suited for the isolation and enrichment of intraepithelial lymphocytes of both mouse and human origin. Time requirements for fractionating cell suspensions by elutriation centrifugation are comparable to Percoll-, or MACS-based isolation procedures. Hence, the substantially higher yield and the consistent robust enrichment for intraepithelial lymphocytes, together with the gentle treatment of the cells during elutriation that does not interfere with subsequent functional assays, are important aspects that are in favor of using this elegant technology to obtain unmanipulated, unbiased populations of intestinal intraepithelial lymphocytes, and, if desired, also of pure epithelial cells.

Host responses to intestinal microbial antigens in gluten-sensitive mice

BACKGROUND AND AIMS: Excessive uptake of commensal bacterial antigens through a permeable intestinal barrier may influence host responses to specific antigen in a genetically predisposed host. The aim of this study was to investigate whether intestinal barrier dysfunction induced by indomethacin treatment affects the host response to intestinal microbiota in gluten-sensitized HLA-DQ8/HCD4 mice. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: HLA-DQ8/HCD4 mice were sensitized with gluten, and gavaged with indomethacin plus gluten. Intestinal permeability was assessed by Ussing chamber; epithelial cell (EC) ultra-structure by electron microscopy; RNA expression of genes coding for junctional proteins by Q-real-time PCR; immune response by in-vitro antigen-specific T-cell proliferation and cytokine analysis by cytometric bead array; intestinal microbiota by fluorescence in situ hybridization and analysis of systemic antibodies against intestinal microbiota by surface staining of live bacteria with serum followed by FACS analysis. Indomethacin led to a more pronounced increase in intestinal permeability in gluten-sensitized mice. These changes were accompanied by severe EC damage, decreased E-cadherin RNA level, elevated IFN-gamma in splenocyte culture supernatant, and production of significant IgM antibody against intestinal microbiota. CONCLUSION: Indomethacin potentiates barrier dysfunction and EC injury induced by gluten, affects systemic IFN-gamma production and the host response to intestinal microbiota antigens in HLA-DQ8/HCD4 mice. The results suggest that environmental factors that alter the intestinal barrier may predispose individuals to an increased susceptibility to gluten through a bystander immune activation to intestinal microbiota.

Drug-specific in vitro release of IL-2, IL-5, IL-13 and IFN-gamma in patients with delayed-type drug hypersensitivity

BACKGROUND: The most prevalent drug hypersensitivity reactions are T-cell mediated. The only established in vitro test for detecting T-cell sensitization to drugs is the lymphocyte transformation test, which is of limited practicability. To find an alternative in vitro method to detect drug-sensitized T cells, we screened the in vitro secretion of 17 cytokines/chemokines by peripheral blood mononuclear cells (PBMC) of patients with well-documented drug allergies, in order to identify the most promising cytokines/chemokines for detection of T-cell sensitization to drugs. METHODS: Peripheral blood mononuclear cell of 10 patients, five allergic to beta-lactams and five to sulfanilamides, and of five healthy controls were incubated for 3 days with the drug antigen. Cytokine concentrations were measured in the supernatants using commercially available 17-plex bead-based immunoassay kits. RESULTS: Among the 17 cytokines/chemokines analysed, interleukin-2 (IL-2), IL-5, IL-13 and interferon-gamma (IFN-gamma) secretion in response to the drugs were significantly increased in patients when compared with healthy controls. No difference in cytokine secretion patterns between sulfonamide- and beta-lactam-reactive PBMC could be observed. The secretion of other cytokines/chemokines showed a high variability among patients. CONCLUSION: The measurement of IL-2, IL-5, IL-13 or IFN-gamma or a combination thereof might be a useful in vitro tool for detection of T-cell sensitization to drugs. Secretion of these cytokines seems independent of the type of drug antigen and the phenotype of the drug reaction. A study including a higher number of patients and controls will be needed to determine the exact sensitivity and specificity of this test.

In vitro precision of fit of computer-aided designed and computer-aided manufactured titanium screw-retained fixed dental prostheses before and after ceramic veneering

OBJECTIVE To compare the precision of fit of full-arch implant-supported screw-retained computer-aided designed and computer-aided manufactured (CAD/CAM) titanium-fixed dental prostheses (FDP) before and after veneering. The null-hypothesis was that there is no difference in vertical microgap values between pure titanium frameworks and FDPs after porcelain firing. MATERIALS AND METHODS Five CAD/CAM titanium grade IV frameworks for a screw-retained 10-unit implant-supported reconstruction on six implants (FDI tooth positions 15, 13, 11, 21, 23, 25) were fabricated after digitizing the implant platforms and the cuspid-supporting framework resin pattern with a laser scanner (CARES(®) Scan CS2; Institut Straumann AG, Basel, Switzerland). A bonder, an opaquer, three layers of porcelain, and one layer of glaze were applied (Vita Titankeramik) and fired according to the manufacturer's preheating and fire cycle instructions at 400-800°C. The one-screw test (implant 25 screw-retained) was applied before and after veneering of the FDPs to assess the vertical microgap between implant and framework platform with a scanning electron microscope. The mean microgap was calculated from interproximal and buccal values. Statistical comparison was performed with non-parametric tests. RESULTS All vertical microgaps were clinically acceptable with values <90 μm. No statistically significant pairwise difference (P = 0.98) was observed between the relative effects of vertical microgap of unveneered (median 19 μm; 95% CI 13-35 μm) and veneered FDPs (20 μm; 13-31 μm), providing support for the null-hypothesis. Analysis within the groups showed significantly different values between the five implants of the FDPs before (P = 0.044) and after veneering (P = 0.020), while a monotonous trend of increasing values from implant 23 (closest position to screw-retained implant 25) to 15 (most distant implant) could not be observed (P = 0.169, P = 0.270). CONCLUSIONS Full-arch CAD/CAM titanium screw-retained frameworks have a high accuracy. Porcelain firing procedure had no impact on the precision of fit of the final FDPs. All implant microgap measurements of each FDP showed clinically acceptable vertical misfit values before and after veneering. Thus, the results do not only show accurate performance of the milling and firing but show also a reproducible scanning and designing process.

Nonviral Gene Delivery of Growth and Differentiation Factor 5 to Human Mesenchymal Stem Cells Injected into a 3D Bovine Intervertebral Disc Organ Culture System

Intervertebral disc (IVD) cell therapy with unconditioned 2D expanded mesenchymal stem cells (MSC) is a promising concept yet challenging to realize. Differentiation of MSCs by nonviral gene delivery of growth and differentiation factor 5 (GDF5) by electroporation mediated gene transfer could be an excellent source for cell transplantation. Human MSCs were harvested from bone marrow aspirate and GDF5 gene transfer was achieved by in vitro electroporation. Transfected cells were cultured as monolayers and as 3D cultures in 1.2% alginate bead culture. MSC expressed GDF5 efficiently for up to 21 days. The combination of GDF5 gene transfer and 3D culture in alginate showed an upregulation of aggrecan and SOX9, two markers for chondrogenesis, and KRT19 as a marker for discogenesis compared to untransfected cells. The cells encapsulated in alginate produced more proteoglycans expressed in GAG/DNA ratio. Furthermore, GDF5 transfected MCS injected into an IVD papain degeneration organ culture model showed a partial recovery of the GAG/DNA ratio after 7 days. In this study we demonstrate the potential of GDF5 transfected MSC as a promising approach for clinical translation for disc regeneration.

Schmiede ─ Heiligtum ─ Wassermühle. Cham-Hagendorn (Kanton Zug) in römischer Zeit. Ausgrabungen 1944/45 und 2003/04

1944/1945 wurde in Cham-Hagendorn eine Wassermühle ausgegraben, die dank ihrer aussergewöhnlich guten Holzerhaltung seit langem einen prominenten Platz in der Forschung einnimmt. 2003 und 2004 konnte die Kantonsarchäologie Zug den Platz erneut archäologisch untersuchen. Dabei wurden nicht nur weitere Reste der Wassermühle, sondern auch Spuren älterer und jüngerer Anlagen geborgen: eine ältere und eine jüngere Schmiedewerkstatt (Horizont 1a/Horizont 3) sowie ein zweiphasiges Heiligtum (Horizonte 1a/1b). All diese Anlagen lassen sich nun in das in den neuen Grabungen erkannte stratigraphische Gerüst einhängen (s. Beil. 2). Dank der Holzerhaltung können die meisten Phasen dendrochronologisch datiert werden (s. Abb. 4.1/1a): Horizont 1a mit Schlagdaten zwischen 162(?)/173 und 200 n. Chr., Horizont 1b um 215/218 n. Chr. und Horizont 2 um 231 n. Chr. Ferner konnten in den neuen Grabungen Proben für mikromorphologische und archäobotanische Untersuchungen entnommen werden (Kap. 2.2; 3.11). In der vorliegenden Publikation werden der Befund und die Baustrukturen vorgelegt, (Kap. 2), desgleichen sämtliche stratifizierten Funde und eine umfassende Auswahl der 1944/1945 geborgenen Funde (Kap. 3). Dank anpassender Fragmente, sog. Passscherben, lassen sich diese zum Teil nachträglich in die Schichtenabfolge einbinden. Die mikromorphologischen und die archäobotanischen Untersuchungen (Kap. 2.2; 3.11) zeigen, dass der Fundplatz in römischer Zeit inmitten einer stark vom Wald und dem Fluss Lorze geprägten Landschaft lag. In unmittelbarer Nähe können weder eine Siedlung noch einzelne Wohnbauten gelegen haben. Die demnach nur gewerblich und sakral genutzten Anlagen standen an einem Bach, der vermutlich mit jenem Bach identisch ist, der noch heute das Groppenmoos entwässert und bei Cham-Hagendorn in die Lorze mündet (s. Abb. 2.4/1). Der antike Bach führte wiederholt Hochwasser ─ insgesamt sind fünf grössere Überschwemmungsphasen auszumachen (Kap. 2.2; 2.4). Wohl anlässlich eines Seehochstandes durch ein Überschwappen der Lorze in den Bach ausgelöst, müssen diese Überschwemmungen eine enorme Gewalt entwickelt haben, der die einzelnen Anlagen zum Opfer fielen. Wie die Untersuchung der Siedlungslandschaft römischer Zeit rund um den Zugersee wahrscheinlich macht (Kap. 6 mit Abb. 6.2/2), dürften die Anlagen von Cham-Hagendorn zu einer in Cham-Heiligkreuz vermuteten Villa gehören, einem von fünf grösseren Landgütern in diesem Gebiet. Hinweise auf Vorgängeranlagen fehlen, mit denen die vereinzelten Funde des 1. Jh. n. Chr. (Kap. 4.5) in Verbindung gebracht werden könnten. Diese dürften eher von einer der Überschwemmungen bachaufwärts weggerissen und nach Cham-Hagendorn eingeschwemmt worden sein. Die Nutzung des Fundplatzes (Horizont 1a; s. Beil. 6) setzte um 170 n. Chr. mit einer Schmiedewerkstatt ein (Kap. 2.5.1). Der Fundanfall, insbesondere die Schmiedeschlacken (Kap. 3.9) belegen, dass hier nur hin und wieder Geräte hergestellt und repariert wurden (Kap. 5.2). Diese Werkstatt war vermutlich schon aufgelassen und dem Verfall preisgegeben, als man 200 n. Chr. (Kap. 4.2.4) auf einer Insel zwischen dem Bach und einem Lorzearm ein Heiligtum errichtete (Kap. 5.3). Beleg für den sakralen Status dieser Insel ist in erster Linie mindestens ein eigens gepflanzter Pfirsichbaum, nachgewiesen mit Pollen, einem Holz und über 400 Pfirsichsteinen (Kap. 3.11). Die im Bach verlaufende Grenze zwischen dem sakralen Platz und der profanen Umgebung markierte man zusätzlich mit einer Pfahlreihe (Kap. 2.5.3). In diese war ein schmaler Langbau integriert (Kap. 2.5.2), der an die oft an Temenosmauern antiker Heiligtümer angebauten Portiken erinnert und wohl auch die gleiche Funktion wie diese gehabt hatte, nämlich das Aufbewahren von Weihegaben und Kultgerät (Kap. 5.3). Das reiche Fundmaterial, das sich in den Schichten der ersten Überschwemmung fand (s. Abb. 5./5), die um 205/210 n. Chr. dieses Heiligtum zerstört hatte, insbesondere die zahlreiche Keramik (Kap. 3.2.4), und die zum Teil auffallend wertvollen Kleinfunde (Kap. 3.3.3), dürften zum grössten Teil einst in diesem Langbau untergebracht gewesen sein. Ein als Glockenklöppel interpretiertes, stratifiziertes Objekt spricht dafür, dass die fünf grossen, 1944/1945 als Stapel aufgefundenen Eisenglocken vielleicht auch dem Heiligtum zuzuweisen sind (Kap. 3.4). In diesen Kontext passen zudem die überdurchschnittlich häufig kalzinierten Tierknochen (Kap. 3.10). Nach der Überschwemmung befestigte man für 215 n. Chr. (Kap. 4.2.4) das unterspülte Bachufer mit einer Uferverbauung (Kap. 2.6.1). Mit dem Bau eines weiteren, im Bach stehenden Langbaus (Kap. 2.6.2) stellte man 218 n. Chr. das Heiligtum auf der Insel in ähnlicher Form wieder her (Horizont 1b; s. Beil. 7). Von der Pfahlreihe, die wiederum die sakrale Insel von der profanen Umgebung abgrenzte, blieben indes nur wenige Pfähle erhalten. Dennoch ist der sakrale Charakter der Anlage gesichert. Ausser dem immer noch blühenden Pfirsichbaum ist es ein vor dem Langbau aufgestelltes Ensemble von mindestens 23 Terrakottafigurinen (s. Abb. 3.6/1), elf Veneres, zehn Matres, einem Jugendlichen in Kapuzenmantel und einem kindlichen Risus (Kap. 3.6; s. auch Kap. 2.6.3). In den Sedimenten der zweiten Überschwemmung, der diese Anlage um 225/230 n. Chr. zum Opfer gefallen war, fanden sich wiederum zahlreiche Keramikgefässe (Kap. 3.2.4) und zum Teil wertvolle Kleinfunde wie eine Glasperle mit Goldfolie (Kap. 3.8.2) und eine Fibel aus Silber (Kap. 3.3.3), die wohl ursprünglich im Langbau untergebracht waren (Kap. 5.3.2 mit Abb. 5/7). Weitere Funde mit sicherem oder möglichem sakralem Charakter finden sich unter den 1944/1945 geborgenen Funden (s. Abb. 5/8), etwa ein silberner Fingerring mit Merkurinschrift, ein silberner Lunula-Anhänger, eine silberne Kasserolle (Kap. 3.3.3), eine Glasflasche mit Schlangenfadenauflage (Kap. 3.8.2) und einige Bergkristalle (Kap. 3.8.4). Im Bereich der Terrakotten kamen ferner mehrere Münzen (Kap. 3.7) zum Vorschein, die vielleicht dort niedergelegt worden waren. Nach der zweiten Überschwemmung errichtete man um 231 n. Chr. am Bach eine Wassermühle (Horizont 2; Kap. 2.7; Beil. 8; Abb. 2.7/49). Ob das Heiligtum auf der Insel wieder aufgebaut oder aufgelassen wurde, muss mangels Hinweisen offen bleiben. Für den abgehobenen Zuflusskanal der Wassermühle verwendete man mehrere stehen gebliebene Pfähle der vorangegangenen Anlagen der Horizonte 1a und 1b. Obwohl die Wassermühle den 28 jährlichen Überschwemmungshorizonten (Kap. 2.2) und den Funden (Kap. 4.3.2; 4.4.4; 45) zufolge nur bis um 260 n. Chr., während gut einer Generation, bestand, musste sie mindestens zweimal erneuert werden – nachgewiesen sind drei Wasserräder, drei Mühlsteinpaare und vermutlich drei Podeste, auf denen jeweils das Mahlwerk ruhte. Grund für diese Umbauten war wohl der weiche, instabile Untergrund, der zu Verschiebungen geführt hatte, so dass das Zusammenspiel von Wellbaum bzw. Sternnabe und Übersetzungsrad nicht mehr funktionierte und das ganze System zerbrach. Die Analyse von Pollen aus dem Gehhorizont hat als Mahlgut Getreide vom Weizentyp nachgewiesen (Kap. 3.11.4). Das Abzeichen eines Benefiziariers (Kap. 3.3.2 mit Abb. 3.3/23,B71) könnte dafür sprechen, dass das verarbeitete Getreide zumindest zum Teil für das römische Militär bestimmt war (s. auch Kap. 6.2.3). Ein im Horizont 2 gefundener Schreibgriffel und weitere stili sowie eine Waage für das Wägen bis zu 35-40 kg schweren Waren aus dem Fundbestand von 1944/1945 könnten davon zeugen, dass das Getreide zu wägen und zu registrieren war (Kap. 3.4.2). Kurz nach 260 n. Chr. fiel die Wassermühle einem weiteren Hochwasser zum Opfer. Für den folgenden Horizont 3 (Beil. 9) brachte man einen Kiesboden ein und errichtete ein kleines Gebäude (Kap. 2.8). Hier war wohl wiederum eine Schmiede untergebracht, wie die zahlreichen Kalottenschlacken belegen (Kap. 3.9), die im Umfeld der kleinen Baus zum Vorschein kamen. Aufgrund der Funde (Kap. 4.4.4; 4.5) kann diese Werkstatt nur kurze Zeit bestanden haben, höchstens bis um 270 n. Chr., bevor sie einem weiteren Hochwasser zum Opfer fiel. Von der jüngsten Anlage, die wohl noch in römische Zeit datiert (Horizont 4; Beil. 10), war lediglich eine Konstruktion aus grossen Steinplatten zu fassen (Kap. 2.9.1). Wozu sie diente, muss offen bleiben. Auch der geringe Fundanfall spricht dafür, dass die Nutzung des Platzes, zumindest für die römische Zeit, allmählich ein Ende fand (Kap. 4.5). Zu den jüngsten Strukturen gehören mehrere Gruben (Kap. 2.9.2), die vielleicht der Lehmentnahme dienten. Mangels Funden bleibt ihre Datierung indes ungewiss. Insbesondere wissen wir nicht, ob sie noch in römische Zeit datieren oder jünger sind. Spätestens mit der fünften Überschwemmung, die zur endgültigen Verlandung führte und wohl schon in die frühe Neuzeit zu setzen ist, wurde der Platz aufgelassen und erst mit dem Bau der bestehenden Fensterfabrik Baumgartner wieder besetzt.

Saliva suppresses osteoclastogenesis in murine bone marrow cultures.

Saliva can reach mineralized surfaces in the oral cavity; however, the relationship between saliva and bone resorption is unclear. Herein, we examined whether saliva affects the process of osteoclastogenesis in vitro. We used murine bone marrow cultures to study osteoclast formation. The addition of fresh sterile saliva eliminated the formation of multinucleated cells that stained positive for tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP). In line with the histochemical staining, saliva substantially reduced gene expression of cathepsin K, calcitonin receptor, and TRAP. Addition of saliva led to considerably decreased gene expression of receptor activator of nuclear factor kappa-B (RANK) and, to a lesser extent, that of c-fms. The respective master regulators of osteoclastogenesis (c-fos and NFATc1) and the downstream cell fusion genes (DC-STAMP and Atp6v0d2) showed decreased expression after the addition of saliva. Among the costimulatory molecules for osteoclastogenesis, only OSCAR showed decreased expression. In contrast, CD40, CD80, and CD86-all costimulatory molecules of phagocytic cells-were increasingly expressed with saliva. The phagocytic capacity of the cells was confirmed by latex bead ingestion. Based on these in vitro results, it can be concluded that saliva suppresses osteoclastogenesis and leads to the development of a phagocytic cell phenotype.

Echicetin coated polystyrene beads: a novel tool to investigate GPIb-specific platelet activation and aggregation.

von Willebrand factor/ristocetin (vWF/R) induces GPIb-dependent platelet agglutination and activation of αIIbβ3 integrin, which also binds vWF. These conditions make it difficult to investigate GPIb-specific signaling pathways in washed platelets. Here, we investigated the specific mechanisms of GPIb signaling using echicetin-coated polystyrene beads, which specifically activate GPIb. We compared platelet activation induced by echicetin beads to vWF/R. Human platelets were stimulated with polystyrene beads coated with increasing amounts of echicetin and platelet activation by echicetin beads was then investigated to reveal GPIb specific signaling. Echicetin beads induced αIIbβ3-dependent aggregation of washed platelets, while under the same conditions vWF/R treatment led only to αIIbβ3-independent platelet agglutination. The average distance between the echicetin molecules on the polystyrene beads must be less than 7 nm for full platelet activation, while the total amount of echicetin used for activation is not critical. Echicetin beads induced strong phosphorylation of several proteins including p38, ERK and PKB. Synergistic signaling via P2Y12 and thromboxane receptor through secreted ADP and TxA2, respectively, were important for echicetin bead triggered platelet activation. Activation of PKG by the NO/sGC/cGMP pathway inhibited echicetin bead-induced platelet aggregation. Echicetin-coated beads are powerful and reliable tools to study signaling in human platelets activated solely via GPIb and GPIb-triggered pathways.

Mechanical Loading Promoted Discogenic Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells Incorporated in 3D-PEG Scaffolds with RhGDF5 and RGD

Hydrogels have been described as ideal scaffolds for cells of 3D tissue constructs and hold strong promises with respect to in vitro 3D-cell-culture, where cells are isolated from native extracellular matrix (ECM). Synthesized polyethyleneglycol (PEG) hydrogels are appealing with regard to potential for cell therapy or as vehicles for drug delivery or even to regenerate tissue with similar hydrogel-like properties such as the nucleus pulposus of the intervertebral disc (IVD). Here, we tested whether incorporation of RGD motive would hinder discogenic differentiation of primary bone marrow-derived human mesenchymal stem cells (hMSCs) but favor proliferation of undifferentiated hMSCs. HMSCs were embedded in +RGD containing or without RGD PEG hydrogel and pre-conditioned with or without growth and differentiation factor-5 (rhGDF-5) for 13 days. Afterwards, all hMSCs-PEG gels were subsequently cyclically loaded (15% strain, 1Hz) for 5 consecutive days in a bioreactor to generate an IVD-like phenotype. Higher metabolic activity (resazurin assay) was found in groups with rhGDF5 in both gel types with and without RGD. Cell viability and morphology measured by confocal laser microscopy and DNA content showed decreased values (~60%) after 18 days of culture. Real-time RT-PCR of an array of 15 key genes suspected to be distinctive for IVD cells revealed moderate response to rhGDF5 and mechanical loading as also shown by histology staining. Preconditioning and mechanical loading showed relatively moderate responses revealed from both RT-PCR and histology although hMSCs were demonstrated to be potent to differentiate into chondrocyte-progenitor cells in micro- mass and 3D alginate bead culture.