Entwicklung eines pharmakologischen Modells zur Prüfung immuntherapeutischer Antikörper mit dreidimensionalen Tumorzellkulturen in vitro

In den letzten Jahren hat die Tumorbehandlung mit immunologischen Präparaten an Bedeutung gewonnen. Der allgemeine Ablauf der Testung eines Arzneimittelkandidaten sieht vor, zunächst in Zellkulturversuchen und Tierversuchen Wirkweise und Sicherheit, sowie voraussichtliche Abbauwege und mögliche Gefahren so beurteilen zu können, dass sie für einen Einsatz im Menschen in Frage kommen. Zur präklinischen in vitro-Testung werden dabei in der Regel Monolayer-Zellkulturen oder Einzelzellsuspensionen eingesetzt. Der Einsatz von 3D-Zellkulturmodellen, welche den Aufbau von Mikrometastasen oder intervaskuläre Areale in Tumoren exakter widerspiegeln, führt zu wesentlich besseren Voraussagen bezüglich der klinischen Wirksamkeit neuer Präparate. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung und Anwendung eines neuen 3D-Zellkulturbasierten Systems zur Testung trifunktionaler bispezifischer Antikörper für die Tumorbehandlung, welches sich auch auf andere vergleichbare Präparate übertragen lässt.rnIn meiner Arbeit konnte ich mehrere humane Tumorzelllinien definieren, mit denen es gelang, stabile Co-Kulturen von Multi Cellular Tumour Spheroids (MCTS) mit Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMC) in miniaturisierten Spinner-Flaschen zu etablieren. Spinner-Flaschen, in denen die im Kulturmedium befindlichen Immunzellen, MCTS und Therapeutika ständig frei zirkulieren, sind besonders für eine wirklichkeitsnahe Nachbildung der in vivo-Simulation mit disseminierten Tumorzellen oder mit malignem Aszites geeignet. Diese Art der Kultivierung erlaubte Beobachtungszeiten von ≥20 Tagen für eine große Bandbreite Analysemethoden. Zu den mit dem erstellten Protokoll standardmäßig durchführbaren Analysemethoden zählen unter anderem immunhistochemische Färbungen an Sphäroid-Gefrierschnitten, Vitalitätstest, Untersuchung der Plattierungs-Effizienz, Bestimmung der Sphäroidvolumina, Zytokinbestimmungen aus dem Medienüberstand mit Cytokine Bead Arrays, PCR-Analysen immunzellspezifischer Antigene, sowie durchflusszytometrische Analysen. Diese Methodenkombination erlaubt einen sehr detaillierten Einblick in die Wirkweise und Effizienz neuer Immuntherapeutika aus verschiedensten Blickwinkeln und stellt ein reproduzierbares Testsystem zur präklinischen Testung von Immuntherapeutika dar, das zukünftig als Bindeglied zwischen Monolayer-Zellkulturen und klinischen Prüfungen einen festen Platz einnehmen könnte.rnMit dem beschriebenen 3D-Zellkultur-System wurden in der vorliegenden Arbeit die trifunktionalen bispezifischen Antikörper catumaxomab (unter dem Handelsnamen Removab® für die Behandlung maligner Ascites zugelassen) und ertumaxomab (derzeit in klinischen Prüfungen) hinsichtlich ihrer Wirkweise untersucht. Die Antikörper besitzen im Gegensatz zu herkömmlichen monoklonalen Antikörpern zwei verschiedene Bindungsarme, einer gegen CD3 auf T-Zellen, der zweite gegen EpCAM respektive Her2/neu - beides weit verbreitete Tumorantigene - gerichtet. An ihrem Fc-Teil besitzen sie eine dritte Bindungskapazität, über welche sie an Fcγ RI, -IIa und -III positive akzessorische Zellen binden. Diese Kombination ermöglicht theoretisch die Ausbildung eines Tri-Zell-Komplexes aus T-Zelle, Tumorzelle und akzessorischer Zelle. Dies stellt eine wirkungsvolle Therapieoption unter Ausnutzung der körpereigenen, immunologischen Abwehr dar. rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass beide Antikörper eine Größenreduktion der Sphäroide mit den entsprechenden Tumorantigenen in gleichem Maße bewirkten und die Plattierungseffizienz durch ertumaxomab dosisabhängig reduziert wurde. Mit dem erstellten Testsystem konnte der Wirkmechanismus von catumaxomab auf Sphäroide der Zelllinie FaDu (Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom) detaillierter gezeigt werden: catumaxomab wirkte dosisabhängig auf die Reduktion der Sphäroidvolumina und die zunehmende Infiltration von CD45+ Zellen, die als T-, NK- und/oder dendritische Zellen identifiziert wurden. Des Weiteren rief die catumaxomab-Gabe eine verstärkte Ausschüttung der Zytokine IL-2, IFN-γ und TNF-α hervor. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass catumaxomab die zelluläre Immunantwort aktiviert.rnDie Standard-Tumorbehandlung beinhaltet die Gabe von Chemotherapeutika. Oft werden dafür Zytostatika mit dem unerwünschten Nebeneffekt auch gesunde proliferierende Zellen anzugreifen verwendet. Dies kann prinzipiell auch die Wirksamkeit der Antikörper-Therapie beeinflussen. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit zusätzlich vergleichende Kombinations-Versuche mit catumaxomab und einem gängigen Zytostatikum - Cisplatin - durchgeführt. Mit Untersuchungen der Sphäroidvolumina, Vitalitätstests und Plattierungseffizienz konnte gezeigt werden, dass die Wirkung von catumaxomab bei gleichzeitiger Anwendung beider Therapeutika aufrecht erhalten bleibt und diese sogar additiv verstärkt wird. Eine Kombinationstherapie im Menschen ist daher denkbar.rnrn

Microglial involvement in brain physiopathology: in vitro studies using rat primary cultures

Microglial involvement in neurological disorders is well-established, being microglial activation not only associated with neurotoxic consequences, but also with neuroprotective effects. The studies presented here, based on microglia rat primary cell cultures and mainly on microglial conditioned medium (MCM), show insights into the mechanism of Superoxide dismutase 1 (SOD1) and Apolipoprotein E (ApoE) secretion by microglia as well as their neuroprotective effect towards primary cerebellar granule neurons (CGNs) exposed to the dopaminergic toxin 6-hydroxydopamine (6-OHDA). SOD1 and ApoE are released respectively through non-classical lysosomal or the classical ER/Golgi-mediated secretion pathway. Microglial conditioned medium, in which SOD1 and ApoE accumulated, protected CGNs from degeneration and these effects were replicated when exogenous SOD1 or ApoE was added to a non-conditioned medium. SOD1 neuroprotective action was mediated by increased cell calcium from an external source. ApoE release is negatively affected by microglia activation, both with lipopolysaccharide (LPS) and Benzoylbenzoyl-ATP (Bz-ATP) but is stimulated by neuronal-conditioned medium as well as in microglia-neurons co-culture conditions. This neuronal-stimulated microglial ApoE release is differently regulated by activation states (i.e. LPS vs ATP) and by 6-hydroxydopamine-induced neurodegeneration. In co-culture conditions, microglial ApoE release is essential for neuroprotection, since microglial ApoE silencing through siRNA abrogated protection of cerebellar granule neurons against 6-OHDA toxicity. Therefore, these molecules could represent a target for manipulation aimed at promoting neuroprotection in brain diseases. Considering a pathological context, and the microglial ability to adopt a neuroprotective or neurotoxic profile, we characterize the microglial M1/M2 phenotype in transgenic rats (McGill-R-Thy1-APP) which reproduce extensively the Alzheimer’s-like amyloid pathology. Here, for the first time, cortical, hippocampal and cerebellar microglia of wild type and transgenic adult rats were compared, at both early and advanced stages of the pathology. In view of possible therapeutic translations, these findings are relevant to test microglial neuroprotection, in animal models of neurodegenerative diseases.

Generierung und Charakterisierung von in-vitro- und in- vivo-Modellsystemen zur Untersuchung des Skelettsystems

Die Entstehung und Aufrechterhaltung von Knorpel- und Knochengewebe wird durch eine Vielzahl von hemmenden oder fördernden Faktoren hoch komplex reguliert, wobei die dabei involvierten physiologischen Prozesse bisher nur teilweise verstanden werden. Auch die Ursachen sowohl degenerativer Erkrankungen, aber auch durch Mutationen im FGFR3-Gen verursachter Chondrodysplasien sind in ihrer Ätiopathogenese noch nicht vollständig erforscht. In dieser Arbeit wurden verschiedene experimentelle Ansätze verfolgt, die zur weiteren Aufklärung der Pathophysiologie zweier unterschiedlicher Skeletterkrankungen beitragen sollten.rnEin relevantes Charakteristikum der degenerativen Gelenkserkrankung Osteoarthrose ist der Verlust an Aggrekan, hauptverantwortlich verursacht durch die Aggrekanase ADAMTS5. Es wurde ein Tiermodell generiert, bei dem gezielt mittels des Tet-ON-Systems die Aggrekanase mAdamts-5 überexprimiert werden kann. Nach Konstruktherstellung und Generierung als auch Charakterisierung des in vitro-Modells wurde das Tiermodell hergestellt, um die Folgen der Überexpression im Hinblick auf einen verstärkten Aggrekanabbau im Knorpel der Mäuse zu analysieren. Nach initialer Charakterisierung auf Induzierbarkeit zeigte eine Gründerlinie eine induzierbare transgene mAdamts5-Expression. Die Überprüfung auf Knorpelspezifität zeigte, sowohl embryonal als auch im adulten Tier, dass sich der verwendete, zusammengesetzte Kollagen-Typ II Promotor wie der endogene verhielt und somit funktional war. Nach Doxyzyklininduktion wurde bei der optimalen Dosis von 1 mg/ml im Vergleich zum induzierten Wildtyp-Tier eine 15%ige Abnahme des Gesamt-Glykosamino-glykan(GAG)-Gehaltes und eine um 120% erhöhte GAG-Abgabe ins Medium detektiert, was eine verstärkte Spaltung von Aggrekan bedeutete. Die transgene Aggrekanase wurde überexprimiert und spaltete verstärkt Aggrekan. Da aufgrund der histologischen Untersuchungen jedoch keine Knorpelerosionen feststellbar waren, konnte im Umkehrschluss gefolgert werden, dass der Knorpel einen Verlust an Glykosaminoglykanen bis zu einer gewissen Grenze tolerieren kann. Mit dem generierten und charakterisierten Tiermodell konnte mit dem Verlust an GAG eine Osteoarthrose-ähnliche Situation simuliert werden, insbesondere im Hinblick auf frühe Stadien der Erkrankung, bei denen noch keine makroskopisch eindeutig sichtbare Knorpelerosionen vorliegen. rnIm zweiten Teil der Arbeit wurden Zellkulturexperimente zur weiteren Aufklärung FGFR3-regulierter Prozesse durchgeführt. Nach Generierung und Verifizierung der stabilen Zelllinien, die mittels des Tet-ON-Systems das FGFR3-Gen mit jeweils einer Chondrodysplasie-assoziierten Mutation (Achondroplasie-Mutation G380R, Thanatophore Dysplasie Typ II-Mutation K650E) induzierbar überexprimieren, wurden die Auswirkungen der zwei verschiedenen Mutationen anhand bereits beschriebener Signalwege untersucht. Über die Rekrutierung des ERK-Signalweges konnte bei beiden Zelllinien die Funktionalität nachgewiesen werden, wobei die Zelllinie mit der einen schwereren Phänotyp beim Menschen verursachenden TDII-Mutation eine stärkere Aktivierung zeigte. Bei der Aktivierung von STAT1 wies nur die TDII-Zelllinie eine Phosphorylierung auf, nicht jedoch die ACH-Zelllinie; dies deckte sich mit bereits publizierten Untersuchungen. Beide Kaskaden zeigten eine unterschiedliche Signalantwort aufgrund der verschiedenen Mutationen. Des Weiteren konnte eine unterschiedliche MMP13-Zielgenexpression nachgewiesen werden, wobei lediglich die ACH-Zelllinie eine erhöhte MMP13-Expression (6-fach) zeigte. Zur Identifizierung neuer involvierter FGFR3-Zielgene wurde die differentielle Genexpression der TDII-Zelllinie im Vergleich induziert/nicht induziert mittels Microarray-Hybridisierung untersucht. Als interessantes Zielgen fiel STC1 auf, welches ebenfalls eine Rolle in der Chondrogenese spielt und bislang nicht mit FGFR3 in Verbindung gebracht wurde. Es konnte jedoch nur auf RNA-Ebene eine Regulation nachgewiesen werden. Nachfolgend durchgeführte transiente Experimente zeigten, dass die Wildtyp-Variante von FGFR3 möglicherweise eine Funktion in der Sekretion des Proteins STC1 hat und dass durch die beiden eingefügten Mutationen (ACH, TDII) diese aufgehoben ist. Der Einfluss von FGFR3 auf die Sekretion von STC1 stellt ein neues Ergebnis dar, insbesondere auch die Auswirkungen der beiden für die unterschiedlichen Krankheitsbilder stehenden Mutationen. Welche Relevanz allerdings die STC1-Sekretion im Rahmen FGFR3-assoziierter Erkrankungen hat, kann nicht eindeutig beurteilt werden. Weitere Faktoren aus dem hoch komplexen Zusammenspiel während der Knorpel/Knochenentwicklung müssen untersucht werden, um eine definitive Einordnung zu ermöglichen.

In vitro study of the osteocytes response to hypoxia and their regulation of bone homeostasis

Bone remodelling is a fundamental mechanism for removing and replacing bone during adaptation of the skeleton to mechanical loads. Skeletal unloading leads to severe hypoxia (1%O2) in the bone microenvironment resulting in imbalanced bone remodelling that favours bone resorption. Hypoxia, in vivo, is a physiological condition for osteocytes, 5% O2 is more likely physiological for osteocytes than 20% O2, as osteocytes are embedded deep inside the mineralized bone matrix. Osteocytes are thought to be the mechanosensors of bone and have been shown to orchestrate bone formation and resorption. Oxygen-deprived osteocytes seem undergo apoptosis and actively stimulate osteoclasts. Hypoxia and oxidative stress increase 150-kDa oxygen-regulated protein (ORP 150) expression in different cell types. It is a novel endoplasmic-reticulum-associated chaperone induced by hypoxia/ischemia. It well known that ORP 150 plays an important role in the cellular adaptation to hypoxia, as anti-apoptotic factor, and seems to be involved in osteocytes differentiations. The aims of the present study are 1) to determine the cellular and molecular response of the osteocytes at two different conditions of oxygen deprivation, 1% and 5% of O2 compared to the atmospheric oxygen concentration at several time points. 2) To clarify the role of hypoxic osteocytes in bone homeostasis through the detection of releasing of soluble factors (RANKL, OPG, PGE2 and Sclerostin). 3) To detect the activation of osteoclast and osteoblast induced by condition media collected from hypoxic and normoxic osteocytes. The data obtained in this study shows that hypoxia compromises the viability of osteocytes and induces apoptosis. Unlike in other cells types, ORP 150 in MLO-Y4 does not seem to be regulated early during hypoxia. The release of soluble factors and the evaluation of osteoclast and osteoblast activation shows that osteocytes, grown under severe oxygen deprivation, play a role in the regulation of both bone resorption and bone formation.

Untersuchungen zur antitumoralen Wirkungsweise eines bispezifischen MCSP-CD3 Antikörpers in vitro und im humanisierten Tumormausmodell

Humanes MCSP ist ein gut charakterisiertes Tumorantigen, das auf der Mehrzahl aller malignen Melanome hoch exprimiert wird, und stellt somit eine gute Zielstruktur für immuntherapeutische Ansätze dar. rnInnerhalb der vorliegenden Arbeit wurden die Wirkmechanismen eines neuen bispezifischen Antikörpers, der gegen humanes MCSP und CD3 auf T-Zellen gerichtet ist, in vitro und im humanisierten Tumormausmodell in vivo untersucht. In humanen T Zellkokulturen induzierte der bispezifische MCSP-CD3 Antikörper in Gegenwart MCSP-positiver Melanomzellen konzentrationsabhängige T-Zellaktivierung, Sekretion von Zytokinen und effiziente Tumorzelllyse durch CD4- und CD8-positive T-Zellen. Die induzierte Lyse war hierbei unabhängig von der T-Zellrezeptorspezifität sowie kostimulatorischen Molekülen und allein abhängig von der Expression des Tumorantigens sowie CD3 auf den T-Zellen. Wie hier diskutiert, liegt es nahe, dass die Freisetzung lytischer Moleküle (Perforin und Granzym-B) durch CD8- und auch CD4 positiver T-Zellen den Hauptmechanismus in der Lyse der Melanomzellen darstellt. rnUm die Wirksamkeit in vivo testen zu können, wurde ein humanisiertes Tumormausmodell etabliert. Die Injektion humaner hämatopoetischer Stammzellen in neugeborene Rag2-/-gc-/- Mäuse führte zur Entwicklung funktioneller T-Zellen im murinen Thymus, welche lymphatische Organe besiedelten. In vitro induzierten die T-Zellen humanisierter Mäuse in Anwesenheit des bispezifischen MCSP-CD3 Antikörpers ebenfalls konzentrationsabhängige Lyse der Melanomzellen. Wie hier gezeigt, induzierte die Injektion humaner Melanomzellen in humanisierte Mäuse keine messbare Abstoβungsreaktion. Unter Behandlung mit MCSP-CD3 wurde zwar eine erhöhte Anzahl humaner T-Zellen im Tumorgewebe nachgewiesen, jedoch verfügte die verwendete Melanomzelllinie über eine geringe basale T Zellinfiltration, geringe Vaskularisierung und ein noduläres Wachstumsverhalten. Wie innerhalb dieser Arbeit diskutiert, kann durch die Kombination mit Therapien, die eine erhöhte T-Zellinfiltration in das Tumorgewebe ermöglichen, die Wirksamkeit von bispezifischen Antikörpern möglicherweise gesteigert werden. rn

Synthese und Charakterisierung von HPMA-stabilisierten Kolloiden sowie deren Evaluierung in vitro und in vivo

Nanodimensionale Wirkstoff-Trägersysteme sind in der Lage, sowohl die Bioverfügbarkeit als auch das pharmakokinetische Profil von Wirkstoffen drastisch zu verbessern. Hauptgründe dafür sind eine erhöhte Plasma-Halbwertszeit durch die größenbedingte verminderte renale Ausscheidung und eine gesteigerte Anreicherung im Tumorgewebe durch den EPR-Effekt. Diese Arbeit beschreibt die Synthese und Entwicklung neuer kolloidaler Wirkstoff-Trägersysteme, welche biokompatibel, teilweise bioabbaubar und funktionalisierbar sind. Ein Fluoreszenzfarbstoff wurde als hydrophobes Wirkstoffmodell eingekapselt. Wohldefinierte, eng verteilte und funktionalisierbare HPMA-basierte Block- und statistische Copolymere unterschiedlicher Molekulargewichte (10-25 kDa) und hydrophiler/hydrophober Zusammensetzung (10-50 mol%) wurden mittels RAFT- Polymerisation in Kombination mit dem Reaktivesteransatz hergestellt und in Miniemulsionsprozesse eingesetzt, um ihre Stabilisierungseffizienz zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass die kleineren Copolymere (10 kDa) mit einem Einbau von 10 mol% LMA, sowohl im Modellsystem Polystyrol, als auch im bioabbaubaren PDLLA-System, besonders geeignet sind und ergaben monodisperse Kolloide im Größenbereich von 100 bis 300 nm. Die kolloidalen Systeme zeigten keine Wirkung auf die Zellviabilität. In Folge dessen wurde das Aggregationsverhalten in humanem Blutserum mittels DLS untersucht, wobei keine Interaktion mit Blutbestandteilen festgestellt werden konnte. Zellaufnahmestudien wurden an HeLa-Zellen durchgeführt, um das Schicksal der Kolloide in vitro zu untersuchen. Dabei wurden Kernmaterial, Hülle und das hydrophobe Wirkstoffmodell durch unterschiedliche Fluoreszenzmarkierung getrennt betrachtet. Das hydrophobe Wirkstoffmodell wurde allein durch Interaktion der Kolloide mit den Zellen übertragen, was für eine diffusionsbedingte, initiale, aber unspezifische Freisetzung spricht. Eine solche Freisetzungskinetik kann durch Verwendung von Nitroglycerin, als vasodilatierender Wirkstoff mit geringer unspezifischer Wirkung, ausgenutzt werden, um den EPR-Effekt zu unterstützen. Die Aufnahme des Partikels hingegen geschieht zeitverzögert. Das Schicksal der Kolloide (sowohl des Kern- und desrnHüllmaterials) wurde durch doppelte Fluoreszenzmarkierung untersucht. Dabei kam es zu einer intrazellulären Ablösung der stabilisierenden Block-Copolymere zwischen 8 und 24 h. Nach Aufklärung der Aufnahme- und Freisetzungskinetiken wurde nun die Körperverteilung der PS- und PDLLA-Kolloide nach 18F-Markierung mittels PET und ex vivo-Biodistributiosstudien untersucht. Dabei hatte das Kernmaterial einen Einfluss auf die Körperverteilung. PET-Studien in Mäusen zeigten, dass die stabilisierenden Block-Copolymere beider Kolloide ein starkes Signal in der Niere geben, wobei das der PS-Kolloide weiter ausgeprägt war. Darüber hinaus war eine Anreicherung dieser in Lunge, Leber und Milz festzustellen. Die Verdrängung der stabilisierenden Polymere durch die Interaktion mit Blutbestandteilen erklärt dabei das erhöhte Nieren- und Blasensignal der PS- Kolloide. Das Anreicherungsmuster der PDLLA-Kolloide hingegen zeigte neben der Nierenakkumulation eine erhöhte Blutaktivität und somit die gewünschten langzirkulierenden Eigenschaften. Diese Ergebnisse konnten auch mittels ex vivo- Biodistributionsstudien bestätigt werden. Um die Tumoranreicherung weiter zu verbessern wurde die Verwendung von Folat als Erkennungsstruktur am einfachen HPMA-Polymer untersucht. Die Konjugate zeigten eine erhöhte Anreicherung im Vergleich zu den Polymeren ohne Erkennungsstrukturen. Blockadestudien bestätigten die Selektivität der Anreicherung. Diese Daten zeigen das Potential der Folat-Erkennungsstruktur in vivo innerhalb kurzer Zeitfenster, welche nun auf kolloidale Systeme übertragen werden kann.

In vitro detection of cytotoxic T and NK cells in peripheral blood of patients with various drug-induced skin diseases

BACKGROUND: Cytotoxic cells are involved in most forms of drug-induced skin diseases. Till now, no in vitro test addressed this aspect of drug-allergic responses. Our report evaluates whether drug-induced cytotoxic cells can be detected in peripheral blood of nonacute patients with different forms of drug hypersensitivity, and also whether in vitro detection of these cells could be helpful in drug-allergy diagnosis. METHODS: GranzymeB enzyme-linked immunosorbent spot-forming (ELISPOT) and cell surface expression of the degranulation marker CD107a were evaluated on peripheral blood mononuclear cells from 12 drug-allergic patients in remission state and 16 drug-exposed healthy controls. RESULTS: In 10/12 allergic patients culprit but not irrelevant drug elicited granzymeB release after 48-72 h stimulation. It was clearly positive in patients with high proliferative response to the drug, measured in lymphocyte transformation tests. In patients, who showed moderate or low proliferation and low drug-response in granzymeB ELISPOT, overnight preincubation with interleukin (IL)-7/IL-15 enhanced drug-specific granzymeB release and allowed to clearly identify the offending agent. CD107a staining was positive on CD4+/CD3+, CD8+/CD3+ T cells as well as CD56+/CD3- natural killer cells. None of the drug-exposed healthy donors reacted to the tested drugs and allergic patients reacted only to the offending, but not to tolerated drugs. CONCLUSION: GranzymeB ELISPOT is a highly specific in vitro method to detect drug-reacting cytotoxic cells in peripheral blood of drug-allergic patients even several years after disease manifestation. Together with IL-7/IL-15 preincubation, it may be helpful in indentifying the offending drug even in some patients with weak proliferative drug-response.

Quantum dot cytotoxicity in vitro: An investigation into the cytotoxic effects of a series of different surface chemistries and their core/shell materials

Abstract The aim of this study was to assess the effects of a series of different surface coated quantum dots (QDs) (organic, carboxylated [COOH] and amino [NH(2)] polytethylene glycol [PEG]) on J774.A1 macrophage cell viability and to further determine which part of the QDs cause such toxicity. Cytotoxic examination (MTT assay and LDH release) showed organic QDs to induce significant cytotoxicity up to 48 h, even at a low particle concentration (20 nM), whilst both COOH and NH(2) (PEG) QDs caused reduced cell viability and cell membrane permeability after 24 and 48 h exposure at 80 nM. Subsequent analysis of the elements that constitute the QD core, core/shell and (organic QD) surface coating showed that the surface coating drives QD toxicity. Elemental analysis (ICP-AES) after 48 h, however, also observed a release of Cd from organic QDs. In conclusion, both the specific surface coating and core material can have a significant impact on QD toxicity.

Dose-response effect of interleukin (IL)-1beta, tumour necrosis factor (TNF)-alpha, and interferon-y on the in vitro production of epithelial neutrophil activating peptide-78 (ENA-78), IL-8, and IL-6 by human endometrial stromal cells

The production of epithelial neutrophil activating peptide-78 (NA-78) and the interleukins IL-8 and IL-6 by endometrial stromal cells is stimulated by pro-inflammatory interleukin-1 (IL-1) and tumour necrosis factor-α (TNF-α). IL-8 is suggested to play a role in the pathogenesis of endometriosis, and in these women the peritoneal fluid concentrations of ENA-78 and IL-8 are increased. TNF-α has been tested together with interferon-γ because of their cooperative stimulation of IL-6. The release of IL-8, however, is inhibited with increasing interferon levels. The aim of the study was the analysis of the production of ENA-78, IL-6 and IL-8 by cultured human endometrial stromal cells in the presence of varying concentrations of IL-1β, TNF-α, and interferon-γ.

In vitro cytotoxicity of silver nanoparticles on osteoblasts and osteoclasts at antibacterial concentrations

Abstract Nanoparticulate silver coatings for orthopaedic implants promise to decrease postoperative infection rates. However, silver-induced cytotoxicity on bone cells has not been investigated in detail. This study investigated the cytotoxic effects of silver nano- and microparticles and Ag(+) on osteoblasts (OBs) and osteoclasts (OCs) and correlated their effects with the antibacterial efficacy on Staphylococcus epidermidis. Silver nanoparticles (50 nm) exhibited strong cytotoxic effects on OBs and OCs. Weak cytotoxic effects were observed for silver microparticles (3 μm). The cytotoxicity was primarily mediated by a size-dependent release of Ag(+). Antibacterial effects occurred at Ag(+) concentrations that were 2-4 times higher than those inducing cytotoxic effects. Such adverse effects on OB and OC survival may have deleterious effects on the biocompatibility of orthopaedic implants. Our study represents an important step toward the detailed investigation of orthopaedic implant with nanoparticulate silver coatings prior to their widespread clinical usage.

Soluble CD163 is not increased in visceral fat and steatotic liver and is even suppressed by free fatty acids in vitro

Visceral fat differs from subcutaneous fat by higher local inflammation and increased release of IL-6 and free fatty acids (FFA) which contribute to hepatic steatosis. IL-6 has been shown to upregulate the monocyte/macrophage specific receptor CD163 whose soluble form, sCD163, is increased in inflammatory diseases. Here, it was analyzed whether CD163 and sCD163 are differentially expressed in the human fat depots and fatty liver. CD163 mRNA and protein were similarly expressed in paired samples of human visceral and subcutaneous fat, and comparable levels in portal venous and systemic venous blood of liver-healthy controls indicate that release of sCD163 from visceral adipose tissue was not increased. CD163 was also similarly expressed in steatotic liver when compared to non-steatotic tissues and sCD163 was almost equal in the respective sera. Concentrations of sCD163 were not affected when passing the liver excluding substantial hepatic removal/release of this protein. A high concentration of IL-6 upregulated CD163 protein while physiological doses had no effect. However, sCD163 was not increased by any of the IL-6 doses tested. FFA even modestly decreased CD163 and sCD163. The anti-inflammatory mediators fenofibrate, pioglitazone, and eicosapentaenoic acid (EPA) did not influence sCD163 levels while CD163 was reduced by EPA. These data suggest that in humans neither visceral fat nor fatty liver are major sources of sCD163.

In vitro efficacy of dicationic compounds and mefloquine enantiomers against Echinococcus multilocularis metacestodes

The current chemotherapy of alveolar echinococcosis (AE) is based on benzimidazoles such as albendazole and has been shown to be parasitostatic rather than parasiticidal, requiring lifelong duration. Thus, new and more efficient treatment options are urgently needed. By employing a recently validated assay based on the release of functional phosphoglucose isomerase (PGI) from dying parasites, the activities of 26 dicationic compounds and of the (+)- and (-)-erythro-enantiomers of mefloquine were investigated. Initial screening of compounds was performed at 40 muM, and those compounds exhibiting considerable antiparasitic activities were also assessed at lower concentrations. Of the dicationic drugs, DB1127 (a diguanidino compound) with activities comparable to nitazoxanide was further studied. The activity of DB1127 was dose dependent and led to severe structural alterations, as visualized by electron microscopy. The (+)- and (-)-erythro-enantiomers of mefloquine showed similar dose-dependent effects, although higher concentrations of these compounds than of DB1127 were required for metacestode damage. In conclusion, of the drugs investigated here, the diguanidino compound DB1127 represents the most promising compound for further study in appropriate in vivo models for Echinococcus multilocularis infection.

Pulmonary surfactant coating of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) influences their oxidative and pro-inflammatory potential in vitro

Background Increasing concern has been expressed regarding the potential adverse health effects that may be associated with human exposure to inhaled multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). Thus it is imperative that an understanding as to the underlying mechanisms and the identification of the key factors involved in adverse effects are gained. In the alveoli, MWCNTs first interact with the pulmonary surfactant. At this interface, proteins and lipids of the pulmonary surfactant bind to MWCNTs, affecting their surface characteristics. Aim of the present study was to investigate if the pre-coating of MWCNTs with pulmonary surfactant has an influence on potential adverse effects, upon both (i) human monocyte derived macrophages (MDM) monocultures, and (ii) a sophisticated in vitro model of the human epithelial airway barrier. Both in vitro systems were exposed to MWCNTs either pre-coated with a porcine pulmonary surfactant (Curosurf) or not. The effect of MWCNTs surface charge was also investigated in terms of amino (−NH2) and carboxyl (−COOH) surface modifications. Results Pre-coating of MWCNTs with Curosurf affects their oxidative potential by increasing the reactive oxygen species levels and decreasing intracellular glutathione depletion in MDM as well as decreases the release of Tumour necrosis factor alpha (TNF-α). In addition, an induction of apoptosis was observed after exposure to Curosurf pre-coated MWCNTs. In triple cell-co cultures the release of Interleukin-8 (IL-8) was increased after exposure to Curosurf pre-coated MWCNTs. Effects of the MWCNTs functionalizations were minor in both MDM and triple cell co-cultures. Conclusions The present study clearly indicates that the pre-coating of MWCNTs with pulmonary surfactant more than the functionalization of the tubes is a key factor in determining their ability to cause oxidative stress, cytokine/chemokine release and apoptosis. Thus the coating of nano-objects with pulmonary surfactant should be considered for future lung in vitro risk assessment studies. Keywords: Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs); Pulmonary surfactant (Curosurf); Macrophages; Epithelial cells; Dendritic cells; Triple cell co-culture; Pro-inflammatory and oxidative reactions

Effect of a plasmaelectrolytic coating on the strength retention of in vivo and in vitro degraded magnesium implants

The strength decrease in magnesium implants was studied in vitro and in vivo, with and without a protective plasmaelectrolytic coating. In vivo, degradation was examined by implanting rectangular plates on top of the nasal bone of miniature pigs. The presence of gas pockets in the soft tissue surrounding the implants was evaluated with intermediate X-rays and computed X-ray tomography scans before euthanasia. After 12 and 24weeks of in vivo degradation, the large rectangular plates were removed and mechanically tested in three-point bending. In vitro, identical plates were immersed in simulated body fluid for 4, 8 and 12weeks. In vitro and in vivo results showed that onset of gas release can be delayed by the plasmaelectrolytic coating. Mass loss and strength retention during in vivo degradation is about four times slower than during in vitro degradation for the chosen test conditions. Despite the slow degradation of the investigated WE43 alloy, the occurrence of gas pockets could not be completely avoided. Nevertheless, uniformity of degradation and reliable strength retention make this alloy a prime candidate for the use of magnesium in cranio-maxillofacial surgery.

Duloxetine inhibits effects of MDMA ("ecstasy") in vitro and in humans in a randomized placebo-controlled laboratory study

This study assessed the effects of the serotonin (5-HT) and norepinephrine (NE) transporter inhibitor duloxetine on the effects of 3,4-methylenedioxy-methamphetamine (MDMA, ecstasy) in vitro and in 16 healthy subjects. The clinical study used a double-blind, randomized, placebo-controlled, four-session, crossover design. In vitro, duloxetine blocked the release of both 5-HT and NE by MDMA or by its metabolite 3,4-methylenedioxyamphetamine from transmitter-loaded human cells expressing the 5-HT or NE transporter. In humans, duloxetine inhibited the effects of MDMA including elevations in circulating NE, increases in blood pressure and heart rate, and the subjective drug effects. Duloxetine inhibited the pharmacodynamic response to MDMA despite an increase in duloxetine-associated elevations in plasma MDMA levels. The findings confirm the important role of MDMA-induced 5-HT and NE release in the psychotropic effects of MDMA. Duloxetine may be useful in the treatment of psychostimulant dependence.