Parahydrogen induced polarization on a clinical MRI system : polarization transfer of two spin order

Hyperpolarization techniques enhance the nuclear spin polarization and thus allow for new nuclear magnetic resonance applications like in vivo metabolic imaging. One of these techniques is Parahydrogen Induced Polarization (PHIP). It leads to a hyperpolarized 1H spin state which can be transferred to a heteronucleus like 13C by a radiofrequency (RF) pulse sequence. In this work, timing of such a sequence was analyzed and optimized for the molecule hydroxyethyl propionate. The pulse sequence was adapted for the work on a clinical magnetic resonance imaging (MRI) system which is usually equipped only with a single RF transmit channel. Optimal control theory optimizations were performed to achieve an optimized polarization transfer. A drawback of hyperpolarization is its limited lifetime due to relaxation processes. The lifetime can be increased by storing the hyperpolarization in a spin singlet state. The second part of this work therefore addresses the spin singlet state of the Cs-symmetric molecule dimethyl maleate which needs to be converted to the spin triplet state to be detectable. This conversion was realized on a clinical MRI system, both by field cycling and by two RF pulse sequences which were adapted and optimized for this purpose. Using multiple conversions enables the determination of the lifetime of the singlet state as well as the conversion efficiency of the RF pulse sequence. Both, the hyperpolarized 13C spin state and the converted singlet state were utilized for MR imaging. Careful choice of the echo time was shown to be crucial for both molecules.

Gene therapy for a novel mouse model of Canavan disease

Canavan disease (CD) is a rare leukodystrophy caused by loss-of-function mutations in the gene encoding aspartoacylase (ASPA), an oligodendrocyte-enriched enzyme. It is characterised by the accumulation of the ASPA substrate N-acetylaspartate (NAA) in brain, blood and urine, leading to a spongiform vacuolisation of the brain, severe motoric and cognitive impairments and premature death. To date, no therapy is available due to the lack of a gene-transfer system allowing transgene expression in oligodendrocytes (OLs) and the restoration of the missing enzyme. Hence, the aim of this study was to establish a novel gene-transfer system and its preclinical evaluation in a CD animal model.rnIn the first part of this thesis, a novel ASPA mouse mutant was generated. A βgeo cassette (including the genes encoding β-galactosidase and neomycin) flanked by frt sites was inserted into intron 1 of the intact aspa gene. Additionally, exon 2 was flanked by loxP sites for optional conditional deletion of the targeted locus. The resulting ASPA-deficient aspalacZ/lacZ-mouse was found to be an accurate model of CD and an important tool to identify novel aspects of its complex pathology. Homozygous mutants showed a CD-like histopathology, neurological impairment, behavioural deficits as well as a reduced body weight. Additionally, MRI data revealed changes in brain metabolite composition. rnRecombinant adeno-associated viral (rAAV) vectors have become a versatile tool for gene transfer to the central nervous system because they are efficient, non-toxic and replication-deficient. Based on the natural neurotropism of AAV vectors, AAV-based gene delivery has entered the clinics for the treatment of neurodegenerative diseases. However, the lack of AAV vectors with oligodendroglial tropism has precluded gene therapy for leukodystrophies. In the second part of this work, it was shown that the transduction profile of established AAV serotypes can be targeted towards OLs in a transcriptional approach, using the oligodendrocyte-specific myelin basic protein (MBP) promoter to drive transgene expression in OLs.rnIn the last part of this work, the therapeutic efficacy of AAV-mediated aspa gene transfer to OLs of juvenile aspalacZ/lacZ mice was evaluated. AAV-aspa injections into multiple sites of the brain parenchyma resulted in transduction of OLs in the grey and white matter throughout the brain. Histological abnormalities in the brain of ASPA-deficient mice were ameliorated and accompanied by a reduction of NAA levels. Furthermore, the treatment resulted in normalisation of body weight, motor function and nest-building behaviour. These data provide a proof-of-concept for a successful gene therapy of Canavan disease. This might pave the way towards translation into clinical application and serve as the basis for the genetic treatment of other leukodystrophies.

Functionalization and characterization of magnetic nanoparticles for biomedical applications

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Oberflächenfunktionalisierung von MnO Nanopartikeln (NP). Durch die Verwendung und Verbesserung verschiedener Polymere durch die Einbindung von Poly (Ethylen Glycol) (PEG), gelang es, die Löslichkeit dieser Nanopartikel in wässrigen Lösungen sowie in Körperflüssigkeiten zu erhöhen. Zusätzlich konnten diese Nanopartikel deutlich besser steril filtriert werden und zeigten eine erhöhte Aktivität alsrnKontrastmittel im MRT. Vorläufige Ergebnisse für die Verwendung von Silika als Schutzhülle für MnO NP werden ebenfalls kurz erläutert. Die verwendeten Polymere besaßen dabei zugängliche Aminogruppen, die eine weitere Funktionalisierung durch Bio-aktiver Gruppen ermöglichte. Der Nachweis einer erfolgreichen Bindung durch verschiedene Methoden wie SDS-PAGE, Western- und Northern Blot sowie die Verwendung unterschiedlicher FluoreszenzMessungen wird ebenfalls diskutiert. MnO NP und anderer magnetischer NP werden weiterhin auf ihr toxisches Verhalten gegenüber Caki1 und HeLa Zellen getestet. Dabei zeigte sich, dass MnO NP, im Gegensatz zu einigen Kupferoxiden, quasi nicht toxisch waren und das Proliferationsverhalten dieser Zellen quasi nicht beeinflussten. Weiterhin wurde ein Fluoreszenzfarbstoff, konkret Protoporphyrin IX, an die Oberfläche von MnO NP angebracht.Diese konnten dann erfolgreich als Kontrastmittel in der MRT verwendet werden und zeigten vielversprechende Ergebnisse für die Photodynamische Therapie. Desweiteren wird die Synthese des Antikörpers gegen p53 ausführlich erläutert. Dabei wurde genau darauf geachtet,dass dieser Antikörper dann an MnO NP gebunden werden kann.

Design of multifunctional magnetic nanomaterials for biomedical applications

Diese Arbeit ist ein Beitrag zu den schnell wachsenden Forschungsgebieten der Nano-Biotechnologie und Nanomedizin. Sie behandelt die spezifische Gestaltung magnetischer Nanomaterialien für verschiedene biomedizinische Anwendungsgebiete, wie beispielsweise Kontrastmittel für die magnetische Resonanztomographie (MRT) oder "theragnostische" Agenzien für simultane optische/MR Detektion und Behandlung mittels photodynamischer Therapie (PDT).rnEine Vielzahl magnetischer Nanopartikel (NP) mit unterschiedlichsten magnetischen Eigenschaften wurden im Rahmen dieser Arbeit synthetisiert und erschöpfend charakterisiert. Darüber hinaus wurde eine ganze Reihe von Oberflächenmodifizierungsstrategien entwickelt, um sowohl die kolloidale als auch die chemische Stabilität der Partikel zu verbessern, und dadurch den hohen Anforderungen der in vitro und in vivo Applikation gerecht zu werden. Diese Strategien beinhalteten nicht nur die Verwendung bi-funktionaler und multifunktioneller Polymerliganden, sondern auch die Kondensation geeigneter Silanverbindungen, um eine robuste, chemisch inerte und hydrophile Siliziumdioxid- (SiO2) Schale um die magnetischen NP auszubilden.rnGenauer gesagt, der Bildungsmechanismus und die magnetischen Eigenschaften monodisperser MnO NPs wurden ausgiebig untersucht. Aufgrund ihres einzigartigen magnetischen Verhaltens eignen sich diese NPs besonders als (positive) Kontrastmittel zur Verkürzung der longitudinalen Relaxationszeit T1, was zu einer Aufhellung im entsprechenden MRT-Bild führt. Tatsächlich wurde dieses kontrastverbessernde Potential in mehreren Studien mit unterschiedlichen Oberflächenliganden bestätigt. Au@MnO „Nanoblumen“, auf der anderen Seite, sind Vertreter einer weiteren Klasse von Nanomaterialien, die in den vergangenen Jahren erhebliches Interesse in der wissenschaftlichen Welt geweckt hat und oft „Nano-hetero-Materialien“ genannt wird. Solche Nano-hetero-partikel vereinen die individuellen physikalischen und chemischen Eigenschaften der jeweiligen Komponenten in einem nanopartikulärem System und erhöhen dadurch die Vielseitigkeit der möglichen Anwendungen. Sowohl die magnetischen Merkmale von MnO, als auch die optischen Eigenschaften von Au bieten die Möglichkeit, diese „Nanoblumen“ für die kombinierte MRT und optische Bildgebung zu verwenden. Darüber hinaus erlaubt das Vorliegen zweier chemisch unterschiedlicher Oberflächen die gleichzeitige selektive Anbindung von Katecholliganden (auf MnO) und Thiolliganden (auf Au). Außerdem wurde das therapeutische Potential von magnetischen NPs anhand von MnO NPs demonstriert, die mit dem Photosensibilisator Protoporhyrin IX (PP) funktionalisiert waren. Bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht initiiert PP die Produktion von zytotoxisch-reaktivem Sauerstoff. Wir zeigen, dass Nierenkrebszellen, die mit PP-funktionalisierten MnO NPs inkubiert wurden nach Bestrahlung mit Laserlicht verenden, während sie ohne Bestrahlung unverändert bleiben. In einem ähnlichen Experiment untersuchten wir die Eigenschaften von SiO2 beschichteten MnO NPs. Dafür wurde eigens eine neuartige SiO2-Beschichtungsmethode entwickelt, die einer nachfolgende weitere Anbindung verschiedenster Liganden und die Einlagerung von Fluoreszenzfarbstoffen durch herkömmliche Silan- Sol-Gel Chemie erlaubt. Die Partikel zeigten eine ausgezeichnete Stabilität in einer ganzen Reihe wässriger Lösungen, darunter auch physiologische Kochsalzlösung, Pufferlösungen und humanes Blutserum, und waren weniger anfällig gegenüber Mn-Ionenauswaschung als einfache PEGylierte MnO NPs. Des Weiteren konnte bewiesen werden, dass die dünne SiO2 Schicht nur einen geringen Einfluss auf das magnetische Verhalten der NPs hatte, so dass sie weiterhin als T1-Kontrastmittel verwendet werden können. Schließlich konnten zusätzlich FePt@MnO NPs hergestellt werden, welche die individuellen magnetischen Merkmale eines ferromagnetischen (FePt) und eines antiferromagnetischen (MnO) Materials vereinen. Wir zeigen, dass wir die jeweiligen Partikelgrößen, und damit das resultierende magnetische Verhalten, durch Veränderung der experimentellen Parameter variieren können. Die magnetische Wechselwirkung zwischen beiden Materialien kann dabei auf Spinkommunikation an der Grenzfläche zwischen beiden NP-Sorten zurückgeführt werden.rn

Improvements in production and storage of HP-129 Xe

Seit seiner Entdeckung im Jahre 1978 wurden für hyperpolarisiertes (HP) 129Xe zahlreiche Anwendungen gefunden. Aufgrund seiner hohen Verstärkung von NMR-Signalen wird es dabei typischerweise für Tracer- und Oberflächenstudien verwendet. Im gasförmigen Zustand ist es ein interessantes, klinisches Kontrastmittel, welches für dynamische Lungen MRT genutzt oder auch in Blut oder lipophilen Flüssigkeiten gelöst werden kann. Weiterhin findet HP-Xe auch in der Grundlagenphysik in He-Xe Co-Magnetometern Verwendung, mit welchen z. B. das elektrische Dipolmoment von Xe bestimmt werden soll, oder es dient zur Überprüfung auf Lorentz-Invarianzen. Alle diese Anwendungen profitieren von einem hohen Polarisationsgrad (PXe), um hohe Signalstärken und lange Lagerzeiten zu erreichen. rnIn dieser Arbeit wurden zwei mobile Xe-Polarisatoren konstruiert: einer für Experimente in der Grundlagenphysik mit einer Produktionsrate von 400 mbar·l/h mit PXe ≈ 5%. Der zweite Xe-Polarisator wurde für medizinische Anwendungen entwickelt und soll 1 bar l/h mit PXe > 20% erzeugen. Der letztere wurde noch nicht getestet. Die Arbeitsbedingungen des Xe-Polarisators für Grundlagenphysik (Strömung des Gasgemischs, Temperatur, Druck und Konzentration von Xe) wurden variiert, um einen höchstmöglichen Polarisationsgrad zu erzielen. Die maximale Polarisation von 5,6 % wurde bei Verwendung eine Gasmischung von 1% Xe bei einem Durchfluss von 200 ml/min, einer Temperatur von 150°C und einem Gesamtdruck von 4 bar erreicht. rnWeiterhin muss HP-Xe auch effizient gelagert werden, um Polarisationsverluste zu minimieren. Das ist besonders für solche Anwendungen notwendig, welche an einem entfernten Standort durchgeführt werden sollen oder auch wenn lange Spinkohärenzeiten gefordert sind, z.B. bei He-Xe Co-Magnetometern. rnHierbei bestand bisher die größte Schwierigkeit darin, die Reproduzierbarkeit der gemessenen Lagerzeiten sicherzustellen. In dieser Arbeit konnte die Spin-Gitter-Relaxationszeit (T1) von HP-129Xe in unbeschichteten, Rb-freien, sphärischen Zellen aus Aluminiumsilikatglas (GE-180) signifikant verbessert werden. Die T1–Zeit wurde in einem selbstgebauten Niederfeld-NMR-System (2 mT) sowohl für reines HP-Xe als auch für HP-Xe in Mischungen mit N2, SF6 und CO2 bestimmt. Bei diesen Experimenten wurde die maximale Relaxationszeit für reines Xe (85% 129 Xe) bei (4,6 ± 0,1) h festgestellt. Dabei lagen die typischen Wand-Relaxationszeiten bei ca. 18 h für Glaszellen mit einem Durchmesser von 10 cm. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass CO2 eine unerwartet hohe Effizienz bei der Verkürzung der Lebensdauer der Xe-Xe Moleküle zeigte und somit zu einer deutlichen Verlängerung der gesamten T1-Zeit genutzt werden kann. rnIm Verlauf vieler Experimente wurde durch wiederholte Messungen mit der gleichen Zelle, ein "Alterungsprozess“ bei der Wandrelaxation identifiziert und untersucht. Dieser Effekt könnte leicht rückgängig gemacht werden, indem die anfängliche Reinigungsprozedur wiederholt wurde. Auf diese Weise kann eine konstante Wandrelaxation sichergestellt werden, durch die sehr reproduzierbare T1-Messungen möglich werden. rnSchließlich wurde die maximale Relaxationszeit für HP-Xe mit natürlicher Häufigkeit in Mischungen mit SF6 bestimmt. Überraschenderweise war dieser Wert um ca. 75% niedriger als der Wert für Xenon, das zu 85% mit 129Xe angereichert war. Dieser Effekt wurde durch drei unabhängige Experimente bestätigt, da er nicht von der bestehenden Theorie der Xe-Relaxation ableitbar ist. rnDie Polarisation von HP-Xe, PXe, wird normalerweise durch den Vergleich der NMR-Signale des HP-Xe mit einer thermischen polarisierten Probe (z. B. 1H2O oder Xe) bestimmt. Dabei beinhaltet der Vergleich unterschiedlicher Messungen an verschiedenen Proben (unterschiedlicher Druck, Signalintensität und Messverfahren) viele experimentelle Unsicherheiten, welche sich oft nicht leicht bestimmen lassen. Eine einfache, genaue und kostengünstige Methode zur Bestimmung von PXe durch eine direkte Messung der makroskopischen Magnetisierung in einem statischen Magnetfeld vermeidet alle diese Unsicherheiten. Dieses Verfahren kann Polarisationen von > 2 % mit einer Genauigkeit von maximal 10% fast ohne Polarisationsverlust bestimmen. Zusätzlich kann diese Methode ohne weitere Änderungen auch für Bestimmungen des Polarisationsgrades anderer HP-Gase verwendet werden.rn

User centered retrofit: The case of kadk campus, Copenhagen, (dk)

The following research thesis is about a retrofit project made in Denmark, Copenhagen, and carried out on one of the buildings belonging to the Royal Danish Academy. The key assumption and base of the entire research process is that, up to now, the standard procedure in retrofit cases like this provides as comparative method between de facto and design, the use of Energy Simulation software. These programs generally divide the space into different thermal zones, assigning to each of them different levels of employment, activities, set-point temperatures set for cooling and heating analysis and so on, but always providing average and constant values, usually taken in the middle point of the single thermal zone. Therefore, the project and its research path stems from the attempt to investigate the potentialities of this kind of designing for retrofit process, as previously anticipated not antithetical but complementary to that classic energy-based retrofit, thus passing from the building scale, and all its thermal zones, to the users' scale, related to humans and microclimates. The main software used in this process is Autodesk Simulation CFD. The idea behind the project is that in certain situations, for example, it will not be necessary to add throughout insulation layers (previously parameterized and optimized with Design Builder), and that even in Winter conditions, due maybe to the users' activities, the increased level of clothing (clo) and the heat produced by equipments, thermal comfort could be achieved also in areas characterized by considerably lower MRT. After the analysis of the State of Art and its simulations, the project has still been supported by the tool itself, the CFD Software, in an iterative process aimed at achieving visible improvements in terms of MRT, on spaces with different needs and characteristics, both in Winter and Summer regimes.

INI1 (BAF 47) immunohistochemistry is an essential diagnostic tool for children with hepatic tumors and low alpha fetoprotein

Malignant rhabdoid tumor (MRT) of the liver is a rare malignancy with grave prognosis. This entity should be considered in the differential diagnosis of any aggressive liver tumor with low levels of alpha fetoprotein. We report 2 cases of hepatic MRT presenting in infancy. In these 2 cases, we show that loss of INI1 facilitates making the correct diagnosis of primary hepatic MRT utilizing BAF 47 (INI1 gene product) immunostains. Difficulty encountered in making this rare diagnosis, including the need for repeated biopsies, can be avoided if MRT is considered in the differential diagnosis early on and BAF 47 immunohistochemistry is ordered.

Bewältigungsressourcen bei Rückenschmerzen: ein neues Erhebungsinstrument für die therapeutische Praxis

Zielsetzung In dieser Arbeit soll ein speziell zur extrakorporalen Organperfusion entwickeltes, MR-kompatibles System vorgestellt werden, das die Durchführung wirklichkeitsnaher Experimente im MRT erlaubt. Methodik Es wurden explantierte Schweinelebern unter kontinuierlicher Hämoperfusion im geschlossenen 1.5T MRT untersucht. Während der Untersuchungen wurde das explantierte Organ mit einem neu entwickelten Perfusionssystem unter physiologischen Bedingungen, mit Hämodialyse und Oxygenierung, mit Blut perfundiert und vital erhalten. Es wurden MR-Sequenzen der diagnostischen und interventionellen Untersuchungen des klinischen Betriebes verwendet. Ergebnisse Das evaluierte System erwies sich als vollständig MR-kompatibel. Die erreichte Bildqualität der verwendeten Sequenzen zeigte eine hohe anatomische Detailerkennbarkeit. Geplante Experimente ließen sich kurzfristig und mit vergleichsweise geringem Aufwand durchführen. Sowohl diagnostische als auch interventionelle Untersuchungen ließen sich durchführen. Die verwendeten Organe zeigten eine stabile Funktion innerhalb physiologischer Parameter bis zu 4 Stunden. Schlussfolgerungen Mit dem verwendeten MR-kompatiblen Organperfusionssystem lassen sich bildgestützte experimentelle Interventionen und thermale Ablationen an explantierten Organen unter In-vivo-Bedingungen durchführen.

Response of the rat spinal cord to X-ray microbeams

BACKGROUND AND PURPOSE: To quantify the late dose-related responses of the rat cervical spinal cord to X-ray irradiations by an array of microbeams or by a single millimeter beam. MATERIALS AND METHODS: Necks of anesthetized rats were irradiated transversely by an 11mm wide array of 52 parallel, 35μm wide, vertical X-ray microbeams, separated by 210μm intervals between centers. Comparison was made with rats irradiated with a 1.35mm wide single beam of similar X-rays. Rats were killed when paresis developed, or up to 383days post irradiation (dpi). RESULTS: Microbeam peak/valley doses of ≈357/12.7Gy to 715/25.4Gy to an 11mm long segment of the spinal cord, or single beam doses of ≈146-454Gy to a 1.35mm long segment caused foreleg paresis and histopathologically verified spinal cord damage; rats exposed to peak/valley doses up to 253/9Gy were paresis-free at 383dpi. CONCLUSIONS: Whereas microbeam radiation therapy [MRT] for malignant gliomas implanted in rat brains can be safe, palliative or curative, the high tolerance of normal rat spinal cords to similar microbeam exposures justifies testing MRT for autochthonous malignancies in the central nervous system of larger animals with a view to subsequent clinical applications.

Chalcone JAI-51 improves efficacy of synchrotron microbeam radiation therapy of brain tumors

Microbeam radiation therapy (MRT), a preclinical form of radiosurgery, uses spatially fractionated micrometre-wide synchrotron-generated X-ray beams. As MRT alone is predominantly palliative for animal tumors, the effects of the combination of MRT and a newly synthesized chemotherapeutic agent JAI-51 on 9L gliosarcomas have been evaluated. Fourteen days (D14) after implantation (D0), intracerebral 9LGS-bearing rats received either MRT, JAI-51 or both treatments. JAI-51, alone or immediately after MRT, was administered three times per week. Animals were kept up to ∼20 weeks after irradiation or sacrificed at D16 or D28 after treatment for cell cycle analysis. MRT plus JAI-51 increased significantly the lifespan compared with MRT alone (p = 0.0367). JAI-51 treatment alone had no effect on rat survival. MRT alone or associated with JAI-51 induced a cell cycle blockade in G2/M (p < 0.01) while the combined treatment also reduced the proportion of G0/G1 cells. At D28 after irradiation, MRT and MRT/JAI-51 had a smaller cell blockade effect in the G2/M phase owing to a significant increase in tumor cell death rate (<2c) and a proportional increase of endoreplicative cells (>8c). The combination of MRT and JAI-51 increases the survival of 9LGS-bearing rats by inducing endoreduplication of DNA and tumor cell death; further, it slowed the onset of tumor growth resumption two weeks after treatment.

[Disorders of the origin of the suspensory ligament in the horse: a diagnostic challenge]

Lameness in horses due to pain originating from the proximal metacarpal/metatarsal region remains a diagnostic challenge. In cases of obvious lameness the pain can be localised to this region by diagnostic anaesthesia. Because a variety of disorders can cause lameness in this region different imaging modalities including radiography, ultrasonography and scintigraphy should be used to arrive at an accurate diagnosis. Even though a precise anatomic-pathologic diagnosis can still be an enigma, because not only bone and joints, but also soft tissue structures including the proximal suspensory ligament, its origin at the proximal metacarpus/ metatarsus, its fascia, the superficial fascia, as well as the intermetacarpal/metatarsal ligaments, the accessory ligament of the deep digital flexor tendon and both digital flexor tendons may be involved. Magnet resonance tomography (MRT) shows a high diagnostic sensitivity in imaging soft tissue structures and bone. In horses MRT is still at the beginning. The MRT appearance of the proximal metacarpal/metatarsal region has not yet been evaluated in detail and there are only few anatomic studies of the origin of the suspensory ligament in horses. The first experiences showed, that more gross and histologic examinations are necessary to fully interpret MRT-images and to differentiate pathologic alterations from clinically not relevant variations.

Prospects for microbeam radiation therapy of brain tumours in children to reduce neurological sequelae

Microbeam radiation therapy (MRT), a form of experimental radiosurgery of tumours using multiple parallel, planar, micrometres-wide, synchrotron-generated X-ray beams ('microbeams'), can safely deliver radiation doses to contiguous normal animal tissues that are much higher than the maximum doses tolerated by the same normal tissues of animals or patients from any standard millimetres-wide radiosurgical beam. An array of parallel microbeams, even in doses that cause little damage to radiosensitive developing tissues, for example, the chick chorioallantoic membrane, can inhibit growth or ablate some transplanted malignant tumours in rodents. The cerebella of 100 normal 20 to 38g suckling Sprague-Dawley rat pups and of 13 normal 5 to 12kg weanling Yorkshire piglets were irradiated with an array of parallel, synchrotron-wiggler-generated X-ray microbeams in doses overlapping the MRT-relevant range (about 50-600Gy) using the ID17 wiggler beamline tangential to the 6GeV electron synchrotron ring at the European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble, France. Subsequent favourable development of most animals over at least 1 year suggests that MRT might be used to treat children's brain tumours with less risk to the development of the central nervous system than is presently the case when using wider beams.

Effect of 6-month supervised exercise on low-density lipoprotein apolipoprotein B kinetics in patients with type 2 diabetes mellitus

Although low-density lipoprotein (LDL) cholesterol is often normal in patients with type 2 diabetes mellitus, there is evidence for a reduced fractional catabolic rate and consequently an increased mean residence time (MRT), which can increase atherogenic risk. The dyslipidemia and insulin resistance of type 2 diabetes mellitus can be improved by aerobic exercise, but effects on LDL kinetics are unknown. The effect of 6-month supervised exercise on LDL apolipoprotein B kinetics was studied in a group of 17 patients with type 2 diabetes mellitus (mean age, 56.8 years; range, 38-68 years). Patients were randomized into a supervised group, who had a weekly training session, and an unsupervised group. LDL kinetics were measured with an infusion of 1-(13)C leucine at baseline in all groups and after 6 months of exercise in the patients. Eight body mass index-matched nondiabetic controls (mean age, 50.3 years; range, 40-67 years) were also studied at baseline only. At baseline, LDL MRT was significantly longer in the diabetic patients, whereas LDL production rate and fractional clearance rates were significantly lower than in controls. Percentage of glycated hemoglobin A(1c), body mass index, insulin sensitivity measured by the homeostasis model assessment, and very low-density lipoprotein triglyceride decreased (P < .02) in the supervised group, with no change in the unsupervised group. After 6 months, LDL cholesterol did not change in either the supervised or unsupervised group; but there was a significant change in LDL MRT between groups (P < .05) that correlated positively with very low-density lipoprotein triglyceride (r = 0.51, P < .04) and negatively with maximal oxygen uptake, a measure of fitness (r = -0.51, P = .035), in all patients. The LDL production and clearance rates did not change in either group. This study suggests that a supervised exercise program can reduce deleterious changes in LDL MRT.

Synchrotron microbeam radiation therapy induces hypoxia in intracerebral gliosarcoma but not in the normal brain

PURPOSE Synchrotron microbeam radiation therapy (MRT) is an innovative irradiation modality based on spatial fractionation of a high-dose X-ray beam into lattices of microbeams. The increase in lifespan of brain tumor-bearing rats is associated with vascular damage but the physiological consequences of MRT on blood vessels have not been described. In this manuscript, we evaluate the oxygenation changes induced by MRT in an intracerebral 9L gliosarcoma model. METHODS Tissue responses to MRT (two orthogonal arrays (2 × 400Gy)) were studied using magnetic resonance-based measurements of local blood oxygen saturation (MR_SO2) and quantitative immunohistology of RECA-1, Type-IV collagen and GLUT-1, marker of hypoxia. RESULTS In tumors, MR_SO2 decreased by a factor of 2 in tumor between day 8 and day 45 after MRT. This correlated with tumor vascular remodeling, i.e. decrease in vessel density, increases in half-vessel distances (×5) and GLUT-1 immunoreactivity. Conversely, MRT did not change normal brain MR_SO2, although vessel inter-distances increased slightly. CONCLUSION We provide new evidence for the differential effect of MRT on tumor vasculature, an effect that leads to tumor hypoxia. As hypothesized formerly, the vasculature of the normal brain exposed to MRT remains sufficiently perfused to prevent any hypoxia.

Early gene expression analysis in 9L orthotopic tumor-bearing rats identifies immune modulation in molecular response to synchrotron microbeam radiation therapy

Synchrotron Microbeam Radiation Therapy (MRT) relies on the spatial fractionation of the synchrotron photon beam into parallel micro-beams applying several hundred of grays in their paths. Several works have reported the therapeutic interest of the radiotherapy modality at preclinical level, but biological mechanisms responsible for the described efficacy are not fully understood to date. The aim of this study was to identify the early transcriptomic responses of normal brain and glioma tissue in rats after MRT irradiation (400Gy). The transcriptomic analysis of similarly irradiated normal brain and tumor tissues was performed 6 hours after irradiation of 9 L orthotopically tumor-bearing rats. Pangenomic analysis revealed 1012 overexpressed and 497 repressed genes in the irradiated contralateral normal tissue and 344 induced and 210 repressed genes in tumor tissue. These genes were grouped in a total of 135 canonical pathways. More than half were common to both tissues with a predominance for immunity or inflammation (64 and 67% of genes for normal and tumor tissues, respectively). Several pathways involving HMGB1, toll-like receptors, C-type lectins and CD36 may serve as a link between biochemical changes triggered by irradiation and inflammation and immunological challenge. Most immune cell populations were involved: macrophages, dendritic cells, natural killer, T and B lymphocytes. Among them, our results highlighted the involvement of Th17 cell population, recently described in tumor. The immune response was regulated by a large network of mediators comprising growth factors, cytokines, lymphokines. In conclusion, early response to MRT is mainly based on inflammation and immunity which appear therefore as major contributors to MRT efficacy.