Candida albicans Increases Tumor Cell Adhesion to Endothelial Cells In Vitro: Intraspecific Differences and Importance of the Mannose Receptor

The dimorphic fungus Candida albicans is able to trigger a cytokine-mediated pro-inflammatory response that increases tumor cell adhesion to hepatic endothelium and metastasis. To check the intraspecific differences in this effect, we used an in vitro murine model of hepatic response against C. albicans, which made clear that tumor cells adhered more to endothelium incubated with blastoconidia, both live and killed, than germ tubes. This finding was related to the higher carbohydrate/protein ratio found in blastoconidia. In fact, destruction of mannose ligand residues on the cell surface by metaperiodate treatment significantly reduced tumor cell adhesion induced. Moreover, we also noticed that the effect of clinical strains was greater than that of the reference one. This finding could not be explained by the carbohydrate/protein data, but to explain these differences between strains, we analyzed the expression level of ten genes (ADH1, APE3, IDH2, ENO1, FBA1, ILV5, PDI1, PGK1, QCR2 and TUF1) that code for the proteins identified previously in a mannoprotein-enriched pro-metastatic fraction of C. albicans. The results corroborated that their expression was higher in clinical strains than the reference one. To confirm the importance of the mannoprotein fraction, we also demonstrate that blocking the mannose receptor decreases the effect of C. albicans and its mannoproteins, inhibiting IL-18 synthesis and tumor cell adhesion increase by around 60%. These findings could be the first step towards a new treatment for solid organ cancers based on the role of the mannose receptor in C. albicans-induced tumor progression and metastasis.

Atividade pró-trombótica da toxina ExoU de Pseudomonas aeruginosa detectada em modelos experimentais in vivo e in vitro

Pseudomonas aeruginosa é um importante agente de pneumonia, particularmente em pacientes submetidos à ventilação mecânica, que pode evoluir para sepse, com elevadas taxas de letalidade. Na sepse, o processo inflamatório sistêmico exacerbado favorece o desequilíbrio entre as vias de coagulação e fibrinólise e a instalação de um estado pró-coagulante, com o aparecimento de trombose microvascular, coagulação intravascular disseminada e falência de múltiplos órgãos. Conhecendo a potente atividade pró-inflamatória da toxina ExoU produzida por P. aeruginosa, decorrente de sua atividade fosfolipásica A2, o objetivo desta tese foi investigar seu potencial de indução de alterações hemostáticas relacionadas à patogênese da sepse. Utilizando modelo de sepse em camundongos inoculados, por via intratraqueal, com suspensões de P. aeruginosa produtora de ExoU (PA103) ou de cepa com deleção do gene exoU, não produtora da toxina, foi mostrado que ExoU determinou maior gravidade da infecção, maior taxa de letalidade, leucopenia, trombocitose, hiperpermeabilidade vascular e transudação plasmática, evidenciadas, respectivamente, pela maior concentração de proteínas nos lavados broncoalveolares (LBAs) e acúmulo do corante Azul de Evans, previamente inoculado nos animais, por via endovenosa, no parênquima renal. ExoU favoreceu, também, a ativação plaquetária, confirmada pela maior concentração de plaquetas expressando P-selectina em sua superfície, maior número de micropartículas derivadas de plaquetas e maior concentração plasmática de tromboxano A2. A histopatologia dos pulmões e rins dos animais infectados com PA103 confirmou a formação de microtrombos, que não foram detectados nos animais controles ou infectados com a cepa mutante. Nos pulmões, a produção de ExoU determinou intensa resposta inflamatória com maior concentração de leucócitos totais e polimorfonucleados, interleucina-6 e fator de necrose tumoral-α nos LBAs. A análise imunohistoquímica mostrou intensa deposição de fibrina nos alvéolos e septos interalveolares. A atividade pró-coagulante dependente do fator tissular detectada nos LBAs dos camundongos infectados com PA103 foi independente da produção do inibidor da via de ativação do fator tissular (TFPI), mas associada ao aumento da produção do inibidor do ativador do plasminogênio-1 (PAI-1). Para investigar a participação do fator de ativação plaquetária (PAF) na liberação de PAI-1, foi pesquisada a atividade da enzima PAF-acetil-hidrolase (PAF-AH) nos LBAs dos camundongos. A atividade de PAF-AH apresentou-se significativamente elevada nos LBA dos camundongos infectados com PA103. O tratamento dos animais com um inibidor do PAF, antes da infecção, resultou na diminuição significativa das concentrações de PAI-1 e de leucócitos totais, bem como da atividade pró-coagulante dos LBAs. In vitro, ExoU induziu maior expressão do RNA mensageiro de PAI-1 e maior liberação da proteína PAI-1 nos sobrenadantes de células epiteliais respiratórias da linhagem A549. O tratamento das células A549 com um anticorpo anti-receptor de PAF, antes da infecção, reduziu significativamente a concentração de PAI-1 nos sobrenadantes de células infectadas com a cepa selvagem. Estes resultados demonstraram um novo mecanismo de virulência de P. aeruginosa através da atividade pró-trombótica de ExoU e a possibilidade de utilização da identificação de ExoU em isolados clínicos de pacientes graves como um marcador prognóstico para estes pacientes.

Cultura de tecidos e conservação in vitro de Passiflora foetida L.

O gênero Passiflora ocorre principalmente em regiões de clima tropical, sendo o Brasil um importante centro de diversidade. Passiflora foetida L. é uma espécie silvestre que apresenta características de interesse ornamental e medicinal. O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de sistemas de cultura de tecidos e criopreservação para P. foetida. Explantes caulinares foram excisados de culturas primárias obtidas a partir de plântulas derivadas da germinação in vitro. Para isso foram inoculados em meio MSM, suplementado com diferentes concentrações de ANA, PIC, TDZ e BAP utilizado isoladamente ou em combinação com ANA, e mantidos na presença ou ausência de luz. Foi observada a produção de brotos, calos e raízes adventícias, de acordo com o tipo e a concentração do regulador de crescimento testado e da condição de cultura utilizada. A produção de plantas ocorreu via organogênese direta e indireta em resposta a BAP, enquanto que a formação de calos não morfogênicos foi observada a partir de ambos explantes em resposta a PIC. A produção de raízes adventícias ocorreu em resposta a ANA. Tendo em vista a produção de raízes observada em meio sólido, segmentos internodais foram inoculados em meio líquido suplementado com diferentes auxinas e mantidos em imersão contínua ou sobre pontes de papel de filtro. A maior taxa de multiplicação de raízes foi observada a partir de entrenós mantidos no sistema de ponte de papel de filtro, em resposta a ANA. Segmentos radiculares excisados das culturas primárias também foram utilizados visando à produção de brotos e a multiplicação de raízes. Contudo, apenas foi observada a formação de gemas, sem posterior desenvolvimento de brotos. Além disso, a capacidade proliferativa dos segmentos radiculares inoculados em meio suplementado com ANA foi menor que a obtida a partir dos entrenós cultivados nas mesmas condições. Neste trabalho, foram também testados diferentes protocolos de criopreservação para ápices caulinares de P. foetida por meio de vitrificação e encapsulamento-vitrificação. A recuperação de plantas pós-congelamento foi observada unicamente a partir de ápices encapsulados e expostos à solução de vitrificação PVS2 por 120 minutos. Tendo em vista o potencial medicinal já descrito para P. foetida, através dos diferentes sistemas de cultura desenvolvidos neste trabalho serão obtidos materiais para a avaliação de diferentes atividades biológicas.

Avaliação do potencial leishmanicida e antibacteriano de Annona mucosa (Jacq.) - Annonaceae cultivada in vitro e in vivo

A biodiversidade brasileira abrange plantas de importância medicinal que podem ser utilizadas na formulação de novos fármacos. Contudo, tem sido reduzida em velocidade alarmante, em função de diferentes ações antrópicas. A cultura de tecidos vegetais propicia a conservação e uso do germoplasma permitindo a obtenção de substâncias de importância medicinal. As leishmanioses são consideradas um problema de saúde pública mundial sendo a espécie Leishmania braziliensis de maior importância epidemiológica no Brasil. Recentemente tem-se registrado aumento da resistência à linha de tratamento usual. Do mesmo modo, o uso indiscriminado de antibióticos levou ao aumento de bactérias multirresistentes, que representam sério risco de infecção. A espécie Annona mucosa (Jacq.) possui substâncias, como acetogeninas e alcaloides, que apresentam atividades antiparasitária e antimicrobiana. Nesse sentido, o objetivo do trabalho foi avaliar o potencial leishmanicida e antibacteriano de extratos de A. mucosa de material produzido in vitro e in vivo. Foi proposto um protocolo de germinação in vitro, ainda não reportada para a espécie, com vistas à obtenção de plântulas axênicas. Em meio WPM foram cultivados explantes hipocotiledonares e foliares em meio MS, suplementados com PIC e diferentes concentrações de KIN, BAP ou TDZ. Os calos obtidos foram cultivados em meio líquido de mesma composição para a produção de suspensões celulares. Os materiais foram submetidos à extração metanólica e posterior fracionamento em hexano e diclorometano. Para a avaliação da atividade dos extratos sobre L. braziliensis foi usado o modelo in vitro, com a forma promastigota, e in vivo na forma amastigota, a partir do tratamento de macrófagos peritoneais de camundongos infectados com o parasito. Ambas as formas foram tratadas com os extratos por 96 e 48h, respectivamente. A atividade antimicrobiana foi avaliada por macrodiluição do extrato em Mueller-Hinton, sendo avaliado o crescimento das cepas após 16h de incubação a 48C. A germinação in vitro da espécie foi alcançada em substrato vermiculita estéril umedecido com solução de sais do meio MS, com taxa média de 85%. A maior produção de calos friáveis foi obtida em meios contendo KIN, com potencial uso para cultivo em suspensões celulares. Os extratos do material in situ e in vitro apresentaram atividade leishmanicida, apesar da toxicidade para macrófagos. Culturas de células em suspensão apresentaram potencial leishmanicida in vitro e redução da infecção em macrófagos. Os extratos do material avaliado apresentaram atividade antimicrobiana seletiva, com inibição do crescimento de Streptococcus pyogenes e Bacillus thurigiensis em diferentes concentrações avaliadas. Os métodos biotecnológicos empregados permitiram a obtenção de materiais com propriedades medicinais para as atividades leishmanicida e antibacteriana, assim como o material in vivo, constituindo este estudo o primeiro relato para as atividades propostas em A. mucosa.

Atividade in vitro da pterocarpanoquinona LQB-118 sobre o Trypanosoma cruzi

A doença de Chagas é endêmica na América Latina sendo considerada uma doença negligenciada com grande impacto socioeconômico. A infecção é causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi que é transmitido pela forma vetorial, entre outros mecanismos. O tratamento consiste basicamente no uso de dois fármacos, o benznidazol e o Nifurtimox que apresentam uma série de efeitos colaterais e atuam muito pouco nas formas amastigotas intracelulares o que faz com que o tratamento atual seja restrito e insatisfatório.Várias atividades farmacológicas foram atribuídas ao lapachol e a pterocarpanos, tais como atividade antitumoral e antiparasitária. Devido a esse potencial foi sintetizado uma molécula híbrida, a pterocarpanoquinona LQB-118, e algumas moléculas derivadas. A LQB-118 mostrou anteriormente atividade antitumoral e anti-Leishmania. O objetivo do presente trabalho foi investigar a atividade in vitro da LQB-118 e suas moléculas derivadas sobre o Trypanosoma cruzi clone Dm28c. Para avaliação inicial do efeito anti-parasitário das moléculas, amastigotas intracelulares, tripomastigotas metacíclicos e epimastigotas foram incubados com 20 M das LQBs 118, 168, 187, 182 e 236. A LQB-118 demonstrou atividade antiparasitária nas três formas evolutivas (90% na forma amastigota, 44% na forma tripomastigota e 70% na forma epimastigota) do parasito, enquanto as moléculas derivadas não mostraram atividade significativa. Sendo assim os estudos foram continuados com a molécula LQB-118. A ação da LQB-118 sobre as amastigotas intracelulares foi dose dependente, com redução do índice de infecção em 81% e 88% nas concentrações de 20 e 30 M respectivamente. Já sobre tripomastigotas, a LQB-118 foi menos ativa reduzindo a mobilidade dessas formas em até 45% a 30 M. Sobre a forma epimastigota a ação foi dose-dependente chegando a inibir 96% o crescimento dos parasitos a 20 M, com alterações da morfologia tais como arrendondamento do corpo celular e perda do flagelo. A dose capaz de inibir 50% foi de 4,2 M para amastigota intracelular e 38,1 M para tripomastigotas. Para macrófagos, a LC50 ficou em 40 M, uma concentração quase dez vezes maior que a IC50 para amastigotas. A capacidade das formas amastigotas intracelulares se diferenciarem em tripomatigotas e lisar os macrófagos foi avaliada após o tratamento com a LQB-118 por 72h. Observou-se um atraso do ciclo intracelular do parasito de modo dose-dependente, onde na concentração de 30 M o surgimento de tripomastigota foi no 9 dia enquanto nos controles foi no 5 dia de cultura. Para delinear o mecanismo de ação, foi avaliado o efeito direto sobre o parasito como a indução da fragmentação de DNA. A análise de indução da fragmentação do DNA feita pela marcação pelo TUNEL mostrou que o tratamento com a LQB-118 induziu seletivamente a fragmentação do núcleo das amastigotas enquanto o núcleo dos macrófagos se mantiveram íntegros. Macrófagos peritoneais pré-tratados com LQB-118 por 24 horas foram capazes de reduzir o número de amastigotas após 72h de cultivo na ausência da molécula, mas sem alteração na produção de óxido nítrico. Esses resultados mostram que a LQB-118 é ativa contra o T. cruzi, principalmente sobre a forma amastigota intracelular, que é a forma presente na fase crônica da infecção. O mecanismo de ação sugere que a LQB-118 é capaz de ser seletivamente tóxica para o parasito e também ativar os mecanismos microbicidas dos macrófagos de modo independente da produção de óxido nítrico.

Conservação in vitro de germoplasma de Petiveria alliacea L. utilizando cultura de tecidos e criopreservação

A implementação de estratégias visando à conservação de espécies medicinais apresenta grande importância, tanto do ponto de vista ecológico quanto econômico. Petiveria alliacea L., espécie da família Phytolacaceae, conhecida como guiné, erva-de alho, erva-tipi ou amansa-senhor, pode ser encontrada desde a América Central até a América do Sul. Esta espécie possui ampla utilização medicinal, devido à presença, em sua composição, de vários polissulfetos, como o DTS (dibenziltrissulfeto), com propriedades antifúngica, antineoplásica e imunomodulatória, entre outras. O objetivo deste trabalho foi a conservação in vitro de germoplasma de Petiveria alliacea obtido de diferentes populações ocorrentes no Rio de Janeiro, através de métodos baseados em cultura de tecidos e criopreservação. Plantas obtidas através da germinação in vitro foram utilizadas como matrizes para a micropropagação através da multiplicação de meristemas pré-existentes em meio MS sem reguladores de crescimento, e embriões somáticos foram obtidos de forma direta a partir da cultura de explantes foliares das linhagens estudadas (Magé MG; Marechal Hermes MH; Niterói NT; Vila Isabel VI e Planta envasada AL), em presença de PIC (20μM) e 2,4D (22,6 μM), após 60 dias de cultivo. Os ápices caulinares das plantas micropropagadas e os embriões somáticos obtidos foram submetidos à criopreservação através de técnicas de vitrificação, encapsulamento-vitrificação e encapsulamento-desidratação, com a avaliação da pré-cultura e de soluções crioprotetoras (PVS2 e PVS3), em diferentes concentrações e tempos de exposição. Os resultados mostraram uma taxa de 100% de germinação in vitro. As condições para a pré-cultura de ápices foram padronizadas, entretanto não foram obtidos resultados positivos após o descongelamento. Por outro lado, os embriões da linhagem AL (linhagem embriogênica em cultura há 24 meses) mantiveram sua capacidade multiplicativa (100%) (embriogênese secundária) quando submetidos à desidratação em sacarose (0,5M) e expostos às soluções de vitrificação PVS2 e PVS3 pelos menores tempos (15 e 30 minutos). Os diferentes meios de recuperação apresentaram respostas variáveis em relação à capacidade multiplicativa dos embriões. O encapsulamento/vitrificação foi a técnica que promoveu maior tolerância dos embriões ao congelamento. A recuperação dos embriões através de multiplicação após a criopreservação abre uma perspectiva de conservação de genótipos com alta produção de polissulfetos, de interesse para a indústria farmacêutica

Produção de plantas e metabólitos de Cleome dendroides Schult. & Schult. f. (Cleomaceae) utilizando diferentes sistemas de cultivo in vitro

Cleome dendroides é uma espécie endêmica da Mata Atlântica dos estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo, bioma alterado por intensa atividade antrópica, o que constitui uma ameaça à preservação de suas populações. Não existem estudos dos pontos de vista fisiológico, biotecnológico, fitoquímico ou farmacológico sobre a espécie. Considerando-se o perfil fitoquímico e o potencial medicinal do gênero, torna-se relevante definirem-se protocolos para a produção de plantas e metabólitos de C. dendroides utilizando diferentes sistemas de cultivo in vitro. No presente trabalho, foram realizados estudos sobre a germinação in vivo da espécie, avaliando-se a influência do substrato, temperatura e luz. Não se observou qualquer tipo de dormência, sendo as temperaturas de 20, 25 e 20-30C, em areia ou vermiculita, apropriadas para a germinação in vivo. Definiu-se também uma metodologia eficiente de germinação sob condições in vitro, e as plântulas obtidas foram utilizadas como fonte de explantes para os estudos de propagação in vitro. A resposta morfogênica foi avaliada considerando-se a origem e tipo do explante, tipos e concentrações de reguladores de crescimento e número de subculturas. A metodologia empregada mostrou-se eficiente para a produção de brotos e manutenção de estoques de plantas in vitro que serviram como fonte de explantes. A melhor condição para a propagação in vitro foi definida em meio solidificado contendo BA, independentemente do tipo de explante e da origem. Os brotos obtidos foram alongados, enraizados e aclimatizados. Também foi estabelecida a cultura de raízes e a regeneração de brotos a partir destas culturas. Avaliou-se o efeito da origem do explante, assim como dos tipos e concentrações de fitorreguladores sobre a proliferação de raízes e a regeneração de brotos. O fitorregulador AIB propiciou maior multiplicação das raízes, enquanto BA mostrou-se eficiente na regeneração de brotos a partir das raízes recém-formadas. Foi estabelecido ainda um protocolo de cultura de calos e de suspensões celulares. Avaliou-se o efeito da origem e do tipo de explante, dos tipos e das concentrações de fitorreguladores sobre a calogênese. A combinação de PIC com KIN foi a mais eficiente para a indução de calos em explantes de plântulas obtidas a partir de germinação in vitro, produzindo calos que foram mantidos por pelo menos dois anos. As suspensões celulares também foram estabelecidas em meio contendo PIC + KIN, mantendo uma produção de biomassa de cerca de cinco vezes o peso fresco inicial por três sucessivas subculturas. Análises histoquímicas e fitoquímicas revelaram a presença de alcaloides nos calos e nas suspensões celulares. Foram realizadas análises fitoquímicas de plantas de campo, plantas aclimatizadas, plantas mantidas em estoque in vitro e culturas de raízes, as quais indicaram a presença de derivados de glicosinolatos. Os resultados demonstraram a viabilidade de produção de material vegetal de C. dendroides por meio de métodos biotecnológicos e a produção in vitro de metabólitos de importância medicinal

Estudo in vitro de derivados sintéticos da Isoniazida e da Pirazinamida sobre Leishmania (Viannia) braziliensis

As leishmanioses são um grupo de doenças causadas por protozoários do gênero Leishmania spp que afetam 98 países. No Brasil, no ano de 2013, foram relatados 3.253 casos de leishmaniose visceral e 18.226 casos de Leishmaniose Tegumentar Americana. O tratamento de primeira escolha continua sendo realizado com antimoniais pentavalentes, e em casos de insucessos os fármacos de segunda escolha são a pentamidina e a anfotericina B. Tais medicamentos causam intensos efeitos adversos e ultimamente têm surgido cepas resistentes aos mesmos. Em áreas endêmicas têm sido cada vez mais comum o surgimento da co-infecção Leishmania com Mycobacterium tuberculosis. O tratamento para a tuberculose com pirazinamida (PZA) e isoniazida (INZ), controla a leishmaniose. Esses dados sugerem atividade anti-leishmania da PZA e da INZ. O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade in vitro da INZ e da PZA e seus compostos derivados (série G e série R, respectivamente) sobre Leishmania (Viannia) braziliensis. As moléculas foram testadas em monocamadas de macrófagos peritoneais de camunongos infectados com L. (V) braziliensis durante 48h. Todas as moléculas testadas inibiram o índice de infecção de forma dose dependente em comparação aos controles. As moléculas da série R foram mais ativas do que a PZA, porém o resultado foi significativo somente para a R02 (p < 0,005). Apenas a molécula R05 (76,64M) foi relativamente tóxica para macrófagos. Os compostos mais ativos foram R02, G01 e G02, cujos índices de seletividade foram 14,31, 19 e 30, respectivamente. A dosagem de nitrito foi feita em sobrenadantes de monocamadas de macrófagos peritoniais infectados e tratados com as substâncias nas concentrações 10 e 100M. A G01 e a G02 estimularam a produção de NO2 nas duas concentrações, entretanto o resultado foi estatisticamente significativo para a G02 em 100M (p < 0,0001), a G05 só estimulou óxido nítrico na maior concentração. Todos os compostos da série R estimularam NO2, contudo, o resultado foi estatisticamente significativo para a R03 e R05 a 100M (p < 0,001). Adicionalmente, foi realizado uma análise preditiva in sílico de parâmetros farmacocinéticos das moléculas mais ativas in vitro, utilizando o software admetSAR. Os dados obtidos mostraram que de forma semelhante às suas moléculas originais a G01, G02 e R02 apresentaram alta capacidade de serem absorvidas pelo trato gastrointestinal, baixo potencial hepatotoxico e carcinogênico. Juntos, esses dados demonstram que essas moléculas são seletivamente tóxicas para o parasito com potencial para serem testadas pela via oral em estudos em modelo experimental de infecção.

Capacidade de invasão, persistência intracelular e atividade citotóxica de cepas de Aeromonas spp. em modelo celular in vitro e ex vivo

As Aeromonas são consideradas patógenos em potenciais para o homem e animais e estão amplamente distribuídas no ambiente sendo a água e os alimentos importantes veículos de transmissão. Muitos estudos têm demonstrado que a patologia causada pela infecção por Aeromonas é complexa e envolvem inúmeros fatores de virulência, dentre eles a aderência, invasão, enterotoxinas, hemolisinas, exoenzimas, sideróforos, flagelos, formação de biofilme e mecanismos de secreção. No presente estudo, analisamos os mecanismos de patogênese mediados por A. caviae e A. hydrophila, avaliando a participação desses microrganismos nos processos de adesão, invasão, persistência intracelular e citotoxidade celular. Foram utilizados ensaios quantitativos in vitro para testar associação, invasão e persistência intracelular em linhagens celulares HEp-2 e/ou T84. A interação de tecidos intestinais de coelho cultivados in vitro (IVOC) com três cepas de A. caviae originárias de fezes diarréicas também foi avaliada. Observamos que 10 (62,5%) das 16 cepas de Aeromonas spp. de diferentes origens, submetidas aos testes de invasão quantitativos foram capazes de invadir células HEp-2 e T84 em 6 horas de incubação. As cepas positivas nos testes de invasão foram submetidas ao teste quantitativo de persistência em células HEp-2 e sobreviveram no ambiente intracelular por 48 e/ou 72 horas sem multiplicação. A interação de três cepas de A. caviae com a mucosa intestinal de coelho ex vivo resultou em aderência, produção de muco e alterações como, intensa vacuolização e drástica desorganização estrutural que levaram a destruição das microvilosidades intestinais. Este estudo demonstrou que subconjuntos de cepas de A. caviae e A. hydrophila de diversas origens, foram capazes de invadir, persistir ou destruir linhagens celulares in vitro. Nosso estudo também evidenciou que cepas de A. caviae causaram expressivas alterações morfológicas que resultaram na destruição de epitélios intestinais de coelho ex vivo. Finalmente, nossos resultados contribuíram para reforçar o potencial patogênico de cepas de Aeromonas, em especial, as de origem vegetal e clínica.

In vitro osteoblast response to ferritic stainless steel fiber networks for magneto-active layers on implants

The use of a porous coating on prosthetic components to encourage bone ingrowth is an important way of improving uncemented implant fixation. Enhanced fixation may be achieved by the use of porous magneto-active layers on the surface of prosthetic implants, which would deform elastically on application of a magnetic field, generating internal stresses within the in-growing bone. This approach requires a ferromagnetic material able to support osteoblast attachment, proliferation, differentiation, and mineralization. In this study, the human osteoblast responses to ferromagnetic 444 stainless steel networks were considered alongside those to nonmagnetic 316L (medical grade) stainless steel networks. While both networks had similar porosities, 444 networks were made from coarser fibers, resulting in larger inter-fiber spaces. The networks were analyzed for cell morphology, distribution, proliferation, and differentiation, extracellular matrix production and the formation of mineralized nodules. Cell culture was performed in both the presence of osteogenic supplements, to encourage cell differentiation, and in their absence. It was found that fiber size affected osteoblast morphology, cytoskeleton organization and proliferation at the early stages of culture. The larger inter-fiber spaces in the 444 networks resulted in better spatial distribution of the extracellular matrix. The addition of osteogenic supplements enhanced cell differentiation and reduced cell proliferation thereby preventing the differences in proliferation observed in the absence of osteogenic supplements. The results demonstrated that 444 networks elicited favorable responses from human osteoblasts, and thus show potential for use as magnetically active porous coatings for advanced bone implant applications. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Radiosensitivity of hepatoma cell lines and human normal liver cell lines exposed in vitro to carbon ions and argon ions at the HIRFL

Human hepatoma (SMMC-7721) and normal liver (L02) cells were irradiated with c-rays, 12C6+ and 36Ar18+ ion beams at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL). By using the Calyculin-A induced premature chromosome condensation technique, chromatid-type breaks and isochromatid-type breaks were scored separately. Tumor cells irradiated with heavy ions produced a majority of isochromatid break, while chromatid breaks were dominant when cells were exposed to c-rays. The relative biological effectiveness (RBE) for irradiation-induced chromatid breaks were 3.6 for L02 and 3.5 for SMMC-7721 cell lines at the LET peak of 96 keVlm 1 12C6+ ions, and 2.9 for both of the two cell lines of 512 keVlm 1 36Ar18+ ions. It suggested that the RBE of isochromatid-type breaks was pretty high when high-LET radiations were induced. Thus we concluded that the high production of isochromatid-type breaks, induced by the densely ionizing track structure, could be regarded as a signature of high-LET radiation exposure.

In vitro iron enrichment experiments in the Prydz Bay, the Southern Ocean: A test of the iron hypothesis

In "high nitrate, low chlorophyll" (HNLC) ocean regions, iron has been typically regarded as the limiting factor for phytoplankton production. This "iron hypothesis" needs to be tested in various oceanic environments to understand the role of iron in marine biological and biogeochemical processes. In this paper, three in vitro iron enrichment experiments were performed in Prydz Bay and at the Polar Front north of the Ross Sea, to study the role of iron on phytoplankton production. At the Polar Front of Ross Sea, iron addition significantly (P < 0.05, Student's t-test) stimulated phytoplankton growth. In Prydz Bay, however, both the iron treatments and the controls showed rapid phytoplankton growth, and no significant effect (P > 0.05, Student's t-test) as a consequence of iron addition was observed. These results confirmed the limiting role of iron in the Ross Sea and indicated that iron was not the primary factor limiting phytoplankton growth in Prydz Bay. Because the light environment for phytoplankton was enhanced in experimental bottles, light was assumed to be responsible for the rapid growth of phytoplankton in all treatments and to be the limiting factor controlling field phytoplankton growth in Prydz Bay. During the incubation experiments, nutrient consumption ratios also changed with the physiological status and the growth phases of phytoplankton cells. When phytoplankton growth was stimulated by iron addition, N was the first and Si was the last nutrient which absorption enhanced. The Si/N and Si/P consumption ratios of phytoplankton in the stationary and decay phases were significantly higher than those of rapidly growing phytoplankton. These findings were helpful for studies of the marine ecosystem and biogeochemistry in Prydz Bay, and were also valuable for biogeochemical studies of carbon and nutrients in various marine environments.

Neuroprotective and immunomodulatory properties of the new PPARγ agonist MDG548: an in vitro and in vivo study in PD models

Neuroinflammation is a key component of Parkinson’s disease (PD) neuropathology. Skewed microglia activation with pro-inflammatory prevailing over anti-inflammatory phenotypes may contribute to neurotoxicity via the production of cytokines and neurotoxic species. Therefore, microglia polarization has been proposed as a target for neuroprotection. The peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) is expressed in microglia and peripheral immune cells, where it is involved in macrophages polarization and in the control of inflammatory responses, by modulating gene transcription. Several studies have shown that PPARγ agonists are neuroprotective in experimental PD models in rodents and primates. however safety concerns have been raised about PPARγ agonists thiazolidinediones (TZD) currently available, prompting for the development of non-TZD compounds. Aim of this study was to characterize a novel PPARγ agonist non TZD, MDG548, for its potential neuroprotective effect in PD models and its immunomodulatory activity as the underlying mechanism of neuroprotection. The neuroprotective activity of MDG548 was assessed in vivo in the subacute MPTP model and in the chronic MPTP/probenecid (MPTPp) model of PD. MDG548 activity on microglia activation and phenotype was investigated in the substantia nigra pars compacta (SNc) via the evaluation of pro- (TNF-α and iNOS) and anti-inflammatory (CD206) molecules, with fluorescent immunohistochemistry. Moreover, cultured murine microglia MMGT12 were treated with MDG548 in association with the inflammagen LPS, pro- and anti-inflammatory molecules were measured in the medium by ELISA assay and phagocytosis was evaluated by fluorescent immunohistochemistry for CD68. MDG548 arrested dopaminergic cells degeneration in the SNc in both the subacute MPTP and the chronic MPTPp models of PD, and reverted MPTPp-induced motor impairment. Moreover, MDG548 reduced microglia activation, iNOS and TNF-α production, while induced CD206 in microglia. In cultured unstimulated microglia, LPS increased TNF-α production and CD68 expression, while decreased CD206 expression. MDG548 reverted LPS effect on TNF-α and CD206 restoring physiological levels, while strongly increased CD68 expression. Results suggest that the PPARγ agonist MDG548 is neuroprotective in experimental models of PD. MDG548 targets microglia polarization by correcting the imbalance between pro- over antiinflammatory molecules, offering a novel immunomodulatory approach to neuroprotection.

Effect of preantral follicle isolation technique on in-vitro follicular growth, oocyte maturation and embryo development in mice

Background: The use of mechanical and enzymatic techniques to isolate preantral follicles before in-vitro culture has been previously described. The aim of this study was to assess the effect of the isolation procedure of mouse preantral follicles on their subsequent development in vitro. Methods: Follicles were isolated either mechanically or enzymatically and cultured using an individual non-spherical culture system. Follicular development and steroidogenesis, oocyte in-vitro maturation and embryo development were assessed for both groups. Results: After 12 days of culture, follicles isolated mechanically had a higher survival rate but a lower antral-like cavity formation rate than follicles isolated enzymatically. Enzymatic follicle isolation was associated with a higher production of testosterone and estradiol compared with mechanical isolation. A stronger phosphatase alkaline reaction was observed after enzymatic isolation, suggesting that follicles isolated enzymatically had more theca cells than those isolated mechanically. However, both isolation techniques resulted in similar oocyte maturation and embryo development rates. Conclusions: Enzymatic follicular isolation did not affect theca cell development. Follicular steroidogenesis was enhanced after enzymatic isolation but the developmental capacity of oocytes was comparable to that obtained after mechanical isolation.

Neural network analysis identifies scaffold properties necessary for in vitro chondrogenesis in elastin-like polypeptide biopolymer scaffolds.

The successful design of biomaterial scaffolds for articular cartilage tissue engineering requires an understanding of the impact of combinations of material formulation parameters on diverse and competing functional outcomes of biomaterial performance. This study sought to explore the use of a type of unsupervised artificial network, a self-organizing map, to identify relationships between scaffold formulation parameters (crosslink density, molecular weight, and concentration) and 11 such outcomes (including mechanical properties, matrix accumulation, metabolite usage and production, and histological appearance) for scaffolds formed from crosslinked elastin-like polypeptide (ELP) hydrogels. The artificial neural network recognized patterns in functional outcomes and provided a set of relationships between ELP formulation parameters and measured outcomes. Mapping resulted in the best mean separation amongst neurons for mechanical properties and pointed to crosslink density as the strongest predictor of most outcomes, followed by ELP concentration. The map also grouped formulations together that simultaneously resulted in the highest values for matrix production, greatest changes in metabolite consumption or production, and highest histological scores, indicating that the network was able to recognize patterns amongst diverse measurement outcomes. These results demonstrated the utility of artificial neural network tools for recognizing relationships in systems with competing parameters, toward the goal of optimizing and accelerating the design of biomaterial scaffolds for articular cartilage tissue engineering.