Development of a Lab-on-a-Chip Device for Rapid Nanotoxicity Assessment In Vitro

Increasing useof nanomaterials in consumer products and biomedical applications creates the possibilities of intentional/unintentional exposure to humans and the environment. Beyond the physiological limit, the nanomaterialexposure to humans can induce toxicity. It is difficult to define toxicity of nanoparticles on humans as it varies by nanomaterialcomposition, size, surface properties and the target organ/cell line. Traditional tests for nanomaterialtoxicity assessment are mostly based on bulk-colorimetric assays. In many studies, nanomaterials have found to interfere with assay-dye to produce false results and usually require several hours or days to collect results. Therefore, there is a clear need for alternative tools that can provide accurate, rapid, and sensitive measure of initial nanomaterialscreening. Recent advancement in single cell studies has suggested discovering cell properties not found earlier in traditional bulk assays. A complex phenomenon, like nanotoxicity, may become clearer when studied at the single cell level, including with small colonies of cells. Advances in lab-on-a-chip techniques have played a significant role in drug discoveries and biosensor applications, however, rarely explored for nanomaterialtoxicity assessment. We presented such cell-integrated chip-based approach that provided quantitative and rapid response of cellhealth, through electrochemical measurements. Moreover, the novel design of the device presented in this study was capable of capturing and analyzing the cells at a single cell and small cell-population level. We examined the change in exocytosis (i.e. neurotransmitterrelease) properties of a single PC12 cell, when exposed to CuOand TiO2 nanoparticles. We found both nanomaterials to interfere with the cell exocytosis function. We also studied the whole-cell response of a single-cell and a small cell-population simultaneously in real-time for the first time. The presented study can be a reference to the future research in the direction of nanotoxicity assessment to develop miniature, simple, and cost-effective tool for fast, quantitative measurements at high throughput level. The designed lab-on-a-chip device and measurement techniques utilized in the present work can be applied for the assessment of othernanoparticles' toxicity, as well.

Cortactin recruitment by enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 during infection in vitro and ex vivo

Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) O157:H7 is an important human pathogen that colonizes the gut mucosa via attaching and effacing (A/E) lesions; A/E lesion formation in vivo and ex vivo is dependent on the type III secretion system (T3SS) effector Tir. Infection of cultured cells by EHEC leads to induction of localized actin polymerization, which is dependent on Tir and a second T3SS effector protein, TccP, also known as EspF(U). Recently, cortactin was shown to bind both the N terminus of Tir and TccP via its SH3 domain and to play a role in EHEC-triggered actin polymerization in vitro. In this study, we investigated the recruitment of cortactin to the site of EHEC adhesion during infection of in vitro-cultured cells and mucosal surfaces ex vivo (using human terminal ileal in vitro organ cultures [IVOC]). We have shown that cortactin is recruited to the site of EHEC adhesion in vitro downstream of TccP and N-WASP. Deletion of the entire N terminus of Tir or replacing the N-terminal polyproline region with alanines did not abrogate actin polymerization or cortactin recruitment. In contrast, recruitment of cortactin to the site of EHEC adhesion in IVOC is TccP independent. These results imply that cortactin is recruited to the site of EHEC adhesion in vitro and ex vivo by different mechanisms and suggest that cortactin might have a role during EHEC infection of mucosal surfaces.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Análise comparativa "in vitro" da extrusão apical de detritos originados por diferentes técnicas de instrumentação do sistema de canais radiculares

Introdução: A extrusão apical detritos (EAD) consequência indesejável da instrumentação canalar pode ser associada a dor/edema, podendo atrasar a cicatrização periapical. O nosso trabalho teve como objectivo avaliar e quantificar a EAD em canais instrumentados por sistemas de instrumentação rotatória contínua e reciprocante. Materiais e Métodos: 80 dentes monocanalares sem tratamento endodôntico prévio foram aleatoriamente divididos em 4 grupos (n=20): One Shape® Protaper® NEXT, Hyflex® EDM e WaveOne® Gold. Um tubo de Eppendorf (TdE) foi pesado antecipadamente numa balança analítica de precisão e com um dente inserido foi montado num dispositivo modificado, similar ao método descrito por Myers & Montgomery. Os canais foram instrumentados e irrigados com água destilada. Os dentes instrumentados foram removidos dos TdE e estes preenchidos com água destilada até perfazer 1,5ml, incubados a 70ºC durante cinco dias sendo pesados novamente, calculando a diferença entre o peso inicial e final determinando o peso dos detritos. Os dados foram analisados estatisticamente utilizando o IBM SPSS Statistics 22, considerando α=0,05. Efetuaram-se testes Kruskal-Wallis e post-hoc com ajustamento do ρ-value pelo método Dunn-Bonferroni. Resultados: Houve EAD em todas as técnicas de instrumentação. A análise estatística mostrou haver diferenças significativas na EAD entre as técnicas utilizadas (α=0,002). Entre as técnicas WaveOne® Gold e One Shape® (α=0,003), WaveOne® Gold e Protaper® NEXT (α=0,023) e WaveOne® Gold e Hyflex® EDM (α=0,028). Conclusões: A técnica One Shape® apresentou menor EAD e a técnica WaveOne® Gold com movimento reciprocante constitui maior fator de risco tendo apresentado maior EAD. Os resultados deste estudo indicam que os profissionais devem estar cientes para a EAD que pode ocorrer com cada instrumento, o que poderá servir de base para a selecção de um instrumento particular. Implicações clínicas: A escolha do sistema de instrumentação canalar influencia a extrusão de detritos. Fontes de financiamento: Agradecimentos as empresas; Micro-Mega, França, COLTÉNE e Dentsply Maillefer, Suíça.

Cardiac T2-mapping using a fast gradient echo spin echo sequence - first in vitro and in vivo experience

Background: The aim of this study was the evaluation of a fast Gradient Spin Echo Technique (GraSE) for cardiac T2-mapping, combining a robust estimation of T2 relaxation times with short acquisition times. The sequence was compared against two previously introduced T2-mapping techniques in a phantom and in vivo. Methods: Phantom experiments were performed at 1.5 T using a commercially available cylindrical gel phantom. Three different T2-mapping techniques were compared: a Multi Echo Spin Echo (MESE; serving as a reference), a T2-prepared balanced Steady State Free Precession (T2prep) and a Gradient Spin Echo sequence. For the subsequent in vivo study, 12 healthy volunteers were examined on a clinical 1.5 T scanner. The three T2-mapping sequences were performed at three short-axis slices. Global myocardial T2 relaxation times were calculated and statistical analysis was performed. For assessment of pixel-by-pixel homogeneity, the number of segments showing an inhomogeneous T2 value distribution, as defined by a pixel SD exceeding 20 % of the corresponding observed T2 time, was counted. Results: Phantom experiments showed a greater difference of measured T2 values between T2prep and MESE than between GraSE and MESE, especially for species with low T1 values. Both, GraSE and T2prep resulted in an overestimation of T2 times compared to MESE. In vivo, significant differences between mean T2 times were observed. In general, T2prep resulted in lowest (52.4 +/- 2.8 ms) and GraSE in highest T2 estimates (59.3 +/- 4.0 ms). Analysis of pixel-by-pixel homogeneity revealed the least number of segments with inhomogeneous T2 distribution for GraSE-derived T2 maps. Conclusions: The GraSE sequence is a fast and robust sequence, combining advantages of both MESE and T2prep techniques, which promises to enable improved clinical applicability of T2-mapping in the future. Our study revealed significant differences of derived mean T2 values when applying different sequence designs. Therefore, a systematic comparison of different cardiac T2-mapping sequences and the establishment of dedicated reference values should be the goal of future studies.

Construção de modelos de interação in silico e in vitro do inibidor do tipo Kunitz de Adenanthera pavonina L. para as enzimas cisteínicas e serínicas

Serines proteinases inhibitors (PIs) are widely distributed in nature and are able to inhibit both in vitro and in vivo enzymatic activites. Seed PIs in than leguminous are classified in seven families, Bowman-Birk and Kunitz type families that most studied representing an important role in the first line of defense toward insects pests. Some Kunitz type inhibitors possess activities serine and cysteine for proteinases named bifunctional inhibitor, as ApTKI the inhibitor isolate from seed of Adenanthera pavonina. The A. pavonina inhibitor presenting the uncommon property and was used for interaction studies between proteinases serine (trypsin) and cysteine (papain). In order to determinate the in vitro interaction of ApTKI against enzymes inhibitor purification was carried cut by using chromatographic techniques and inhibition assays. The 3D model of the bifunctional inhibitor ApTKI was constructed SWISS-MODEL program by homology modeling using soybean trypsin inhibitor (STI, pdb:1ba7), as template which presented 40% of identity to A. pavonina inhibitor. Model quality was evaluated by PROCHECK program. Moreover in silico analyzes of formed complex between the enzymes and ApTKI was evaluated by HEX 4.5 program. In vitro results confirmed the inhibitory assays, where the inhibitor presented the ability to simultaneously inhibit trypsin and papain. The residues encountered in the inhibitor model of folder structural three-dimensional that make contact to enzymes target coud explain the specificity pattern against serine and cysteine proteinases

In vitro technique for selecting onion FOR white rot disease- resistance

In vitro selection is one of the most effective and efficient techniques for plant improvement. This is due to its ability to isolate plants with the desired character(s), either by applying a selection agent on the culture media to drive the selection of somaclones with the required character(s), or by establishing particular conditions that change in the genomes of somaclones toward the required character. The objective of this study was to identify a suitable protocol for in vitro selection of Allium white rot disease ( Sclerotium cepivorum ) tolerance in commercial Egyptian onion varieties, namely Giza 20, Giza 6 and Beheri Red. Oxalic acid (OA), the phytotoxin produced by Sclerotium cepivorum, was used as the selective agent. Seeds of the three Egyptian varieties were germinated on four concentrations (0.0, 0.02, 0.2, 2 and 20 mM) of Oxalic acid. Among the tested cultivars, Beheri Red had the highest germination frequency (52%) at all concentrations tested, followed by Giza 20 (42.6%), and Giza 6 at (32%). Cotyledon explants from the varieties were cultured on toxic MSBDK medium, supplemented with 0, 3, 6 and 12 mM OA. The survival of calli on MSBDK free toxic medium was 70.7% for all tested cultivars; however, MSBDK-stressed medium, with 3 mM OA reduced the viable calli to 42.1%. The highest OA concentration (12 mM) completely inhibited calli induction from cotyledons explants. A medium supplement with 3 mM OA retarded 80% of calli growth. Among 156 tested calli of Beheri Red, only 23 calli (14.7%) survived on toxic medium for 45 days. Similarly, there was 15.6% survival for Giza 20 calli, while 40.1% of the Giza 6 calli survived. Plantlets were regenerated from surviving calli and transplanted onto ex vitro, and formed bulb after acclimatisation.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Síntese verde de nanopartículas de prata a partir de extrato aquoso do tubérculo de Curcuma longa associadas à quitosana e avaliação da atividade antitumoral in vitro em câncer de pele não melanoma (linhagem A431)

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação Nanociência e Nanobiotecnologia, 2016.

Development of a lab-on-a-chip device for rapid nanotoxicity assessment in vitro

Increasing useof nanomaterials in consumer products and biomedical applications creates the possibilities of intentional/unintentional exposure to humans and the environment. Beyond the physiological limit, the nanomaterialexposure to humans can induce toxicity. It is difficult to define toxicity of nanoparticles on humans as it varies by nanomaterialcomposition, size, surface properties and the target organ/cell line. Traditional tests for nanomaterialtoxicity assessment are mostly based on bulk-colorimetric assays. In many studies, nanomaterials have found to interfere with assay-dye to produce false results and usually require several hours or days to collect results. Therefore, there is a clear need for alternative tools that can provide accurate, rapid, and sensitive measure of initial nanomaterialscreening. Recent advancement in single cell studies has suggested discovering cell properties not found earlier in traditional bulk assays. A complex phenomenon, like nanotoxicity, may become clearer when studied at the single cell level, including with small colonies of cells. Advances in lab-on-a-chip techniques have played a significant role in drug discoveries and biosensor applications, however, rarely explored for nanomaterialtoxicity assessment. We presented such cell-integrated chip-based approach that provided quantitative and rapid response of cellhealth, through electrochemical measurements. Moreover, the novel design of the device presented in this study was capable of capturing and analyzing the cells at a single cell and small cell-population level. We examined the change in exocytosis (i.e. neurotransmitterrelease) properties of a single PC12 cell, when exposed to CuOand TiO2 nanoparticles. We found both nanomaterials to interfere with the cell exocytosis function. We also studied the whole-cell response of a single-cell and a small cell-population simultaneously in real-time for the first time. The presented study can be a reference to the future research in the direction of nanotoxicity assessment to develop miniature, simple, and cost-effective tool for fast, quantitative measurements at high throughput level. The designed lab-on-a-chip device and measurement techniques utilized in the present work can be applied for the assessment of othernanoparticles' toxicity, as well.^

In Vitro And In Vivo Anti-angiogenic Effects Of Hydroxyurea.

Hydroxyurea (HU), or hydroxycarbamide, is used for the treatment of some myeloproliferative and neoplastic diseases, and is currently the only drug approved by the FDA for use in sickle cell disease (SCD). Despite the relative success of HU therapy for SCD, a genetic disorder of the hemoglobin β chain that results in red-cell sickling, hemolysis, vascular inflammation and recurrent vasoocclusion, the exact mechanisms by which HU actuates remain unclear. We hypothesized that HU may modulate endothelial angiogenic processes, with important consequences for vascular inflammation. The effects of HU (50-200 μM; 17-24 h) on endothelial cell functions associated with key steps of angiogenesis were evaluated using human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) cultures. Expression profiles of the HIF1A gene and the miRNAs 221 and 222, involved in endothelial function, were also determined in HUVECs following HU administration and the direct in vivo antiangiogenic effects of HU were assessed using a mouse Matrigel-plug neovascularization assay. Following incubation with HU, HUVECs exhibited high cell viability, but displayed a significant 75% inhibition in the rate of capillary-like-structure formation, and significant decreases in proliferative and invasive capacities. Furthermore, HU significantly decreased HIF1A expression, and induced the expression of miRNA 221, while downregulating miRNA 222. In vivo, HU reduced vascular endothelial growth factor (VEGF)-induced vascular development in Matrigel implants over 7 days. Findings indicate that HU is able to inhibit vessel assembly, a crucial angiogenic process, both in vitro and in vivo, and suggest that some of HU's therapeutic effects may occur through novel vascular mechanisms.

Carotenoids Are Effective Inhibitors Of In Vitro Hemolysis Of Human Erythrocytes, As Determined By A Practical And Optimized Cellular Antioxidant Assay.

β-Carotene, zeaxanthin, lutein, β-cryptoxanthin, and lycopene are liposoluble pigments widely distributed in vegetables and fruits and, after ingestion, these compounds are usually detected in human blood plasma. In this study, we evaluated their potential to inhibit hemolysis of human erythrocytes, as mediated by the toxicity of peroxyl radicals (ROO•). Thus, 2,2'-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride (AAPH) was used as ROO• generator and the hemolysis assay was carried out in experimental conditions optimized by response surface methodology, and successfully adapted to microplate assay. The optimized conditions were verified at 30 × 10(6) cells/mL, 17 mM of AAPH for 3 h, at which 48 ± 5% of hemolysis was achieved in freshly isolated erythrocytes. Among the tested carotenoids, lycopene (IC(50) = 0.24 ± 0.05 μM) was the most efficient to prevent the hemolysis, followed by β-carotene (0.32 ± 0.02 μM), lutein (0.38 ± 0.02 μM), and zeaxanthin (0.43 ± 0.02 μM). These carotenoids were at least 5 times more effective than quercetin, trolox, and ascorbic acid (positive controls). β-Cryptoxanthin did not present any erythroprotective effect, but rather induced a hemolytic effect at the highest tested concentration (3 μM). These results suggest that selected carotenoids may have potential to act as important erythroprotective agents by preventing ROO•-induced toxicity in human erythrocytes.

Membrane Lipid Profile Monitored By Mass Spectrometry Detected Differences Between Fresh And Vitrified In Vitro-produced Bovine Embryos.

Summary This study aimed to evaluate the impact of vitrification on membrane lipid profile obtained by mass spectrometry (MS) of in vitro-produced bovine embryos. Matrix-assisted laser desorption ionization-mass spectrometry (MALDI-MS) has been used to obtain individual embryo membrane lipid profiles. Due to conditions of analysis, mainly membrane lipids, most favorably phosphatidylcholines (PCs) and sphingomyelins (SMs) have been detected. The following ions described by their mass-to-charge ratio (m/z) and respective attribution presented increased relative abundance (1.2-20×) in the vitrified group: 703.5 [SM (16:0) + H]+; 722.5 [PC (40:3) + Na]+; 758.5 [PC (34:2) + H]+; 762.5 [PC (34:0) + H]+; 790.5 [PC (36:0) + H]+ and 810.5 [PC (38:4) + H]+ and/or [PC (36:1) + Na]+. The ion with a m/z 744.5 [PCp (34:1) and/or PCe (34:2)] was 3.4-fold more abundant in the fresh group. Interestingly, ions with m/z 722.5 or 744.5 indicate the presence of lipid species, which are more resistant to enzymatic degradation as they contain fatty acyl residues linked through ether type bonds (alkyl ether or plasmalogens, indicated by the lowercase 'e' and 'p', respectively) to the glycerol structure. The results indicate that cryopreservation impacts the membrane lipid profile, and that these alterations can be properly monitored by MALDI-MS. Membrane lipids can therefore be evaluated by MALDI-MS to monitor the effect of cryopreservation on membrane lipids, and to investigate changes in lipid profile that may reflect the metabolic response to the cryopreservation stress or changes in the environmental conditions.

Effect Of Daily Use Of An Enzymatic Denture Cleanser On Candida Albicans Biofilms Formed On Polyamide And Poly(methyl Methacrylate) Resins: An In Vitro Study.

Candida biofilms on denture surfaces are substantially reduced after a single immersion in denture cleanser. However, whether this effect is maintained when dentures are immersed in cleanser daily is unclear. The purpose of this study was to evaluate the effect of the daily use of enzymatic cleanser on Candida albicans biofilms on denture base materials. The surfaces of polyamide and poly(methyl methacrylate) resin specimens (n=54) were standardized and divided into 12 groups (n=9 per group), according to study factors (material type, treatment type, and periods of treatment). Candida albicans biofilms were allowed to form over 72 hours, after which the specimens were treated with enzymatic cleanser once daily for 1, 4, or 7 days. Thereafter, residual biofilm was ultrasonically removed and analyzed for viable cells (colony forming units/mm(2)) and enzymatic activity (phospholipase, aspartyl-protease, and hemolysin). Factors that interfered with the response variables were analyzed by 3-way ANOVA with the Holm-Sidak multiple comparison method (α=.05). Polyamide resin presented more viable cells of Candida albicans (P<.001) for both the evaluated treatment types and periods. Although enzymatic cleansing significantly (P<.001) reduced viable cells, daily use did not maintain this reduction (P<.001). Phospholipase activity significantly increased with time (P<.001) for both materials and treatments. However, poly(methyl methacrylate) based resin (P<.001) and enzymatic cleansing treatment (P<.001) contributed to lower phospholipase activity. Aspartyl-protease and hemolysin activities were not influenced by study factors (P>.05). Although daily use of an enzymatic cleanser reduced the number of viable cells and phospholipase activity, this treatment was not effective against residual biofilm over time.

Design And Synthesis Of N-acylated Aza-goniothalamin Derivatives And Evaluation Of Their In Vitro And In Vivo Antitumor Activity.

Herein we describe the synthesis of a focused library of compounds based on the structure of goniothalamin (1) and the evaluation of the potential antitumor activity of the compounds. N-Acylation of aza-goniothalamin (2) restored the in vitro antiproliferative activity of this family of compounds. 1-(E)-But-2-enoyl-6-styryl-5,6-dihydropyridin-2(1H)-one (18) displayed enhanced antiproliferative activity. Both goniothalamin (1) and derivative 18 led to reactive oxygen species generation in PC-3 cells, which was probably a signal for caspase-dependent apoptosis. Treatment with derivative 18 promoted Annexin V/7-aminoactinomycin D double staining, which indicated apoptosis, and also led to G2 /M cell-cycle arrest. In vivo studies in Ehrlich ascitic and solid tumor models confirmed the antitumor activity of goniothalamin (1), without signs of toxicity. However, derivative 18 exhibited an unexpectedly lower in vivo antitumor activity, despite the treatments being administered at the same site of inoculation. Contrary to its in vitro profile, aza-goniothalamin (2) inhibited Ehrlich tumor growth, both on the ascitic and solid forms. Our findings highlight the importance of in vivo studies in the search for new candidates for cancer treatment.