Nanoparticles for efficient uptake by human dendritic cells and T lymphocytes to be used in adoptive immunotherapy

Dendritic cells (DCs) are the most potent cell type for capture, processing, and presentation of antigens. They are able to activate naïve T cells as well as to initiate memory T-cell immune responses. T lymphocytes are key elements in eliciting cellular immunity against bacteria and viruses as well as in the generation of anti-tumor and anti-leukemia immune responses. Because of their central position in the immunological network, specific manipulations of these cell types provide promising possibilities for novel immunotherapies. Nanoparticles (NP) that have just recently been investigated for use as carriers of drugs or imaging agents, are well suited for therapeutic applications in vitro and also in vivo since they can be addressed to cells with a high target specificity upon surface functionalization. As a first prerequisite, an efficient in vitro labeling of cells with NP has to be established. In this work we developed protocols allowing an effective loading of human monocyte-derived DCs and primary antigen-specific T cells with newly designed NP without affecting biological cell functions. Polystyrene NP that have been synthesized by the miniemulsion technique contained perylenmonoimide (PMI) as a fluorochrome, allowing the rapid determination of intracellular uptake by flow cytometry. To confirm intracellular localization, NP-loaded cells were analyzed by confocal laser scanning microscopy (cLSM) and transmission electron microscopy (TEM). Functional analyses of NP-loaded cells were performed by IFN-γ ELISPOT, 51Chromium-release, and 3H-thymidine proliferation assays. In the first part of this study, we observed strong labeling of DCs with amino-functionalized NP. Even after 8 days 95% of DCs had retained nanoparticles with a median fluorescence intensity of 67% compared to day 1. NP loading did not influence expression of cell surface molecules that are specific for mature DCs (mDCs) nor did it influence the immunostimulatory capacity of mDCs. This procedure did also not impair the capability of DCs for uptake, processing and presentation of viral antigens that has not been shown before for NP in DCs. In the second part of this work, the protocol was adapted to the very different conditions with T lymphocytes. We used leukemia-, tumor-, and allo-human leukocyte antigen (HLA) reactive CD8+ or CD4+ T cells as model systems. Our data showed that amino-functionalized NP were taken up very efficiently also by T lymphocytes, which usually had a lower capacity for NP incorporation compared to other cell types. In contrast to DCs, T cells released 70-90% of incorporated NP during the first 24 h, which points to the need to escape from intracellular uptake pathways before export to the outside can occur. Preliminary data with biodegradable nanocapsules (NC) revealed that encapsulated cargo molecules could, in principle, escape from the endolysosomal compartment after loading into T lymphocytes. T cell function was not influenced by NP load at low to intermediate concentrations of 25 to 150 μg/mL. Overall, our data suggest that NP and NC are promising tools for the delivery of drugs, antigens, and other molecules into DCs and T lymphocytes.

Photonen-Aufkonversion in Nanokapseln

Die vorliegende Dissertation zeigt eine erfolgreiche Verknüpfung der Triplett-Triplett-Annihilations-Aufkonversion (TTA-UC) mit möglichen biologischen Anwendungen. Die Grundlage für solche Anwendungen ist ein Transfer der TTA-UC aus seinem üblicherweise verwendeten organischen Medium in eine wässrige Umgebung. Um diesen Transfer zu realisieren, wurden, unter Anwendung der Technik des Miniemulsionsprozesses, in Wasser dispergierte Nanokapseln herstellt. Der Kern dieser Nanokapseln besteht aus einem flüssigen hydrophoben Medium (meist Hexadekan oder Phenylheptadekan), in dem die zur TTA-UC notwendigen Farbstoffe gelöst sind. Dieser flüssige Kern ist vollständig von einer festen Polymerhülle umschlossen und somit isoliert von seiner wässrigen Umgebung. Es wurden insgesamt drei Generationen solcher Nanokapseln hergestellt, die sich hauptsächlich im Herstellungsprozess, aber auch beim Material von Kern und Hülle unterscheiden. Mittels dieser Variationen konnten die Nanokapseln in Bezug auf Effizienz, Anregungswellenlänge und Sauerstoffempfindlichkeit optimiert werden. Bei der ersten Generation wurde die radikalische Miniemulsionspolymerisation zur Kapselbildung verwendet. Die zweite Generation wurde durch die Kombination des Lösungsmittelverdampfungsprozesses mit dem Miniemulsionsprozess entwickelt und liefert somit eine alternative Möglichkeit der Kapselbildung unter milden Reaktionsbedingungen, was eine uneingeschränkte Auswahl der UC-Farbstoffpaare ermöglicht. Durch den Einsatz unterschiedlicher Sensitizer konnte die Anregungswellenlänge der TTA-UC in den roten und in den nahen Infrarot-Bereich des sichtbaren Spektrums verschoben werden. Diese Verschiebung ist im biologischen Anwendungsbereich von enormer Bedeutung, da dort eine Überlappung mit dem natürlichen optischen Fenster von menschlicher Haut und Gewebe stattfindet. Dies reduziert die Streuung der Anregungsquelle im zu untersuchende Medium und ermöglicht hohe Eindringtiefen. Mit den Kapseln der zweiten Generation wurde zum ersten Mal TTA-UC in lebenden HeLa-Zellen (Krebszellen) und MSCs (Mesenchymale Stammzellen) nachgewiesen. Die verzögerte Fluoreszenz aus den Zellen wurde mit biologischen Standardverfahren, sowohl mit der Durchflusszytometrie (FACS) als auch am cLSM nachgewiesen. Besondere Vorteile gegenüber direkter Fluoreszenz konnten bei der Bildgebung von Zellen erreicht werden. Die relativ energiearme Anregungswellenlänge und die dazu anti-Stokes verschobene, detektierte verzögerte UC-Fluoreszenz lieferte eine bessere Bildqualität und eine sehr geringe Phototoxizität der Zellen. Die Kapseln der dritten Generation zeichnen sich durch ihre anorganische, tetraedrisch verknüpfte SiO2-Hülle aus und wurden mittels einer Grenzflächenreaktion (Sol-Gel-Prozess) in Miniemulsion hergestellt. Diese Kapseln weisen im Vergleich zu den Polymernanokapseln eine bessere UC-Effizienz auf und sind zusätzlich stabiler und robuster.

Towards antibody-mediated targeting of dendritic cells for cancer immunotherapy with multivalent polymer-antigen conjugates

Der Fokus dieser Arbeit lag auf der definierten Synthese multifunktioneller Polymer-Konjugate zur Anwendung in der Krebs-Immunotherapie. Durch gezielte Variation der Kon-jugationsbedingungen wurde Zusammensetzung, Größe und Aggregationsverhalten in Zell-medium sowie in humanem Serum untersucht. Nach definierter physikalisch-chemischer Charakterisierung wurde dann die induzierte Antigen-Präsentation zur Aktivierung der T-Zellproliferation analysiert.rnDafür wurden zwei verschiedene polymere Carrier-Systeme gewählt, lineares Poly-L-lysin und eine Polylysinbürste (PLL-Bürste). Es wird vermutet, dass die PLL-Bürste aufgrund der anisotropen Form eine bessere Verteilung im Körper und eine verlängerte Zirkulationsdauer zeigen wird. Die zu konjugierenden biologisch aktiven Komponenten waren der antiDEC205-Antikörper (aDEC205) für die gezielte Adressierung CD8-positiver dendritischer Zellen (DC), ein Ovalbumin (OVA)-spezifisches Antigen mit der Kernsequenz SIINFEKL für die Spezifität der Immunantwort gegen Krebszellen, die dieses Antigen tragen, und ein immunaktivieren-der TLR9-Ligand, CpG1826. Die Effizienz dieses Konjugates dendritische Zellen zu aktivieren, welche wiederum eine Immunantwort gegen OVA-exprimierende Krebszellen induzieren, wurde durch die Konjugation aller Komponenten am identischen Trägermolekül deutlich höher erwartet.rnLineares Poly-L-lysin diente als Modellsystem um die Konjugationschemie zu etablieren und dann auf die zylindrische Polylysinbürste zu übertragen. Anhand dieser polymeren Träger wurde das Verhalten der verschiedenen Topologien des Knäuels und der Bürste im Hinblick auf den Einfluss struktureller Unterschiede sowohl auf Konjugationsreaktionen als auch auf das in situ und in vitro Verhalten untersucht.rnFluoreszenzmarkiertes Antigen und der CpG Aktivator konnten jeweils aufgrund einer Thiol-Modifizierung an die Thiol-reaktive Maleimidgruppe des heterobifunktionellen Linkers Sulfo-SMCC an PLL-AlexaFluor48 konjugiert werden. Anschließend wurde aDEC205-AlexaFluor647 an PLL gekoppelt, entweder durch Schiff Base-Reaktion des oxidierten Antikörpers mit PLL und anschließender Reduzierung oder durch Click-Reaktion des PEG-Azids modifizierten An-tikörpers mit Dicyclobenzylcyclooctin (DIBO)-funktionalisiertem PLL. Die Konjugation der biologisch aktiven Komponenten wurde mit Durchflusszytometrie (FACS) und konfokaler Laser Scanning Mikroskopie (CLSM) untersucht und die Zusammensetzung des Konjugatesrnmittels UV/Vis-Spektroskopie bestimmt. Die PLL-Bürste alleine zeigte eine hohe Zytotoxizität bei HeLa und JAWS II Zelllinien, wohingegen lineares PLL und PLL-Konjugate sowie die PLL Bürsten-Konjugate keine ausgeprägte Zytotoxizität aufwiesen. Die Polymer-Konjugate wie-sen keine Aggregation in Zellmedium oder humanem Serum auf, was mittels winkelabhängi-ger dynamischer Lichtstreuung bestimmt wurde. CLSM Aufnahmen zeigten Kolokalisation der an die einzelnen Komponenten gebundenen Fluoreszenzfarbstoffe in dendritischen Zel-len, was die erfolgreiche Konjugation und Internalisierung der Konjugate in die Zellen bele-gen konnte. FACS Messungen ergaben eine geringfügig erhöhte Aufnahme des adressierten PLL-Antigen-Antikörper-Konjugates verglichen mit dem PLL-Antigen-Konjugat. Experimente mit dem „Specific Hybridization Internalization Sensor“ (SHIP) zeigten jedoch nur Aufnahme der PLL-Konjugate in CD8+ unreife DC, nicht in reife DC, die nicht mehr unspezifisch, sondern nur noch über Rezeptoren internalisieren. Dies bewies die unspezifische Aufnahme des Kon-jugates, da Antikörper-Konjugation keine Rezeptor-vermittelte Endozytose in reife DC indu-zieren konnte. T-Zell-Proliferationsassays ergaben eine Aktivierung von CD8+ T-Zellen indu-ziert durch Antigen-tragende Konjugate, wohingegen Konjugate ohne Antigen als Negativ-kontrollen dienten und keine T-Zell-Proliferation erzielten. Es konnte jedoch kein Unter-schied zwischen adressierten und nicht adressierten Konjugaten aufgrund der unspezifischen Aufnahme durch das Polymer beobachtet werden. Lösliches SIINFEKL alleine bewirkte schon bei geringeren Konzentrationen eine T-Zell-Proliferation.rnEs war somit möglich, drei biologischen Komponenten an einen polymeren Träger zu konju-gieren und diese Konjugate im Hinblick auf Zusammensetzung, Größe, Internalisierung in dendritische Zellen und Aktivierung der T-Zell-Proliferation zu untersuchen. Außerdem wur-de die Konjugationschemie erfolgreich von dem Modellsystem des linearen PLL auf die PLL-Bürste übertragen. Die Polymer-Konjugate werde unspezifisch in DC aufgenommen und in-duzieren T-Zellproliferation, die mit Antigen-Präsentationsassays nachgewiesen wird. Es konnte jedoch durch Konjugation des Antikörpers keine Rezeptor-vermittelte Aufnahme in CD8+ DC erzielt werden.rnDiese Studien stellen einen erfolgsversprechenden ersten Schritt zur Entwicklung neuer Na-nomaterialien für die Anwendung in Krebs-Immuntherapie dar.

Detektion von Nickel- und Cobaltspezies in einzelnen lebenden Zellen mit hoher lateraler Auflösung

Übergangsmetallen wie Nickel und Cobalt kommt meist eine große Bedeutung als Cofaktor in Enzymen oder Metallkomplexen im Metabolismus von Lebewesen zu. Da eine sehr geringe Konzentration dieser Übergangsmetalle in einer Zelle für deren Funktionalität ausreicht, ist eine konstante Konzentration der Spurenelemente in einer Zelle angestrebt. Durch meist anthropogene Einflüsse sind Pflanzen und Menschen zunehmend hohen Konzentrationen von Übergangsmetallen ausgesetzt, die in Abhängigkeit von ihrer Spezies, der Konzentration und der Lokalisation unterschiedliche Toxizitäten aufweisen können. Die Speziation von Metallen wurde bisher mittels gängiger Analyseverfahren, wie der ICP-MS und ähnlicher Verfahren, anhand von bulk-Material durchgeführt. Durch die Entwicklung von optischen Sensoren für Metallionen war es möglich, diese Metalle auch in lebenden Zellen mittels Fluoreszenzmikroskopie zu lokalisieren. Ke und Kollegen (2006, 2007) nutzten einen solchen optischen Sensor - Newport Green DCF, um die Aufnahme von Nickel in humane A543 Lungenbronchialepithelzellen nach Inkubation mit dem wasserlöslichen NiCl2 (0,5 mM und 1 mM) sowie den wasserunlöslichen Verbindungen Ni3S2 (0,5 µg/cm2 und 1 µg/cm2) und NiS (2,5 µg/cm2) nachzuweisen und zu lokalisieren und konnten damit eine Akkumulation von Nickel im Zytoplasma und im Zellkern aufzeigen. Dabei war bei wasserlöslichen und wasserunlöslichen Nickelverbindungen Nickel nach 24 h im Zytoplasma und erst nach 48 h im Zellkern zu beobachten.rnrnDa Nickel und Cobalt keine detektierbare Eigenfluoreszenz unter den gegebenen Bedingungen zeigten, wurde für den optischen Nachweis von Nickel und Cobalt mit dem konfokalen Laser-Raster Mikroskop (CLSM) nach der Zugabe der verschiedenen wasserlöslichen und wasserunlöslichen Metallverbindungen NiCl2, NiSO4, Ni3S2 und CoCl2 in einzelnen lebenden humanen Gingiva-Fibroblasten, sowie in Pflanzenzellen in dieser Arbeit ebenfalls der optische Sensor Newport Green DCF genutzt. Korrespondierend zu den Ergebnissen früherer Arbeiten von Ke et al. (2006, 2007), in denen die Nickelaufnahme bei Konzentrationen von >0,5 mM NiCl2 bzw. >0,5 µg/cm2 Ni3S2 gezeigt wurde, wurde Nickel in Fibroblasten in Abhängigkeit von der Spezies mit steigender Metallkonzentration von 100 µM bis 500 µM nach 16 h im Zytoplasma und zunehmend nach 24 h bis 48 h im Zellkern detektiert. Bei der wasserunlöslichen Verbindung Ni3S2 war der Nachweis von Nickel im Zellkern bereits nach 16 h bis 24 h erfolgreich. Zusätzlich wurden weitere Strukturen wie das Endoplasmatische Retikulum, die Mitochondrien und die Nukleoli durch eine starke Fluoreszenz des optischen Sensors bei Colokalisationsexperimenten mit Organell-spezifischen Fluoreszenzfarbstoffen als target für die Nickelbindung vermutet. Die Lokalisation von Cobalt in den Fibroblasten entsprach weitgehend der Lokalisation von Nickel. Im Zellkern war die Cobaltlokalisation jedoch auf die Nukleoli beschränkt. Weiterführende Versuche an humanen Gingiva-Fibroblasten zeigten, dass die Aufnahme der Metalle in die Fibroblasten pH-Wert abhängig war. Niedrige pH-Werte im sauren pH-Bereich verringerten die Aufnahme der Metalle in die Zellen, wobei ein pH-Wert im basischen Bereich keinen bedeutenden Unterschied zum neutralen pH-Bereich aufwies. Im Vergleich zu den Fibroblasten war in Pflanzenzellen zu jedem Zeitpunkt, auch bei geringen Konzentrationen der Metallverbindungen sowie des optischen Sensors, Nickel und Cobalt in den Zellkernen detektierbar. Durch die Eigenschaft der Pflanzenzellen eine Vakuole zu besitzen, war Nickel und Cobalt hauptsächlich in den Vakuolen lokalisiert. Weitere Strukturen wie das Endoplasmatische Retikulum, die Mitochondrien oder auch die Zellwand kamen bei Pflanzenzellen als target in Frage.rnrnDie Fluoreszenz und Lokalisation der Metalle in den Fibroblasten waren unabhängig von der Spezies sehr ähnlich, sodass in den Zellen die Spezies anhand der fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen kaum unterschieden werden konnten. Lambda-Scans in verschiedenen regions of interest (ROI) wurden durchgeführt, um durch die Fluoreszenzspektren Hinweise auf eine charakteristische Beeinflussung der Bindungspartner von Nickel und Cobalt oder dieser Metalle selbst in den Zellen auf den optischen Sensor zu bekommen und diese dadurch identifizieren zu können. Das Ziel der parallelen Detektion bzw. Lokalisation und gleichzeitigen Speziation bestimmter Nickel- und Cobaltpezies in einzelnen lebenden Zellen konnte in dieser Arbeit durch den optischen Sensor Newport Green DCF nicht erreicht werden.

Assessment of melanocytic skin lesions with a high-definition laser Doppler imaging system

Early detection is a major goal in the management of malignant melanoma. Besides clinical assessment many noninvasive technologies such as dermoscopy, digital dermoscopy and in vivo laser scanner microscopy are used as additional methods. Herein we tested a system to assess lesional perfusion as a tool for early melanoma detection.

Paracrine effects of mesenchymal stem cells enhance vascular regeneration in ischemic murine skin

New theories on the regeneration of ischemic vasculature have emerged indicating a pivotal role of adult stem cells. The aim of this study was to investigate homing and hemodynamic effects of circulating bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) in a critically ischemic murine skin flap model. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (Lin(-)CD105(+)) were harvested from GFP(+)-donor mice and transferred to wildtype C57BL/6 mice. Animals receiving GFP(+)-fibroblasts served as a control group. Laser scanning confocal microscopy and intravital fluorescence microscopy were used for morphological analysis, monitoring and quantitative assessment of the stem cell homing and microhemodynamics over two weeks. Immunohistochemical staining was performed for GFP, eNOS, iNOS, VEGF. Tissue viability was analyzed by TUNEL-assay. We were able to visualize perivascular homing of MSCs in vivo. After 4 days, MSCs aligned along the vascular wall without undergoing endothelial or smooth muscle cell differentiation during the observation period. The gradual increase in arterial vascular resistance observed in the control group was abolished after MSC administration (P<0.01). At capillary level, a strong angiogenic response was found from day 7 onwards. Functional capillary density was raised in the MSC group to 197% compared to 132% in the control group (P<0.01). Paracrine expression of VEGF and iNOS, but not eNOS could be shown in the MSC group but not in the controls. In conclusion, we demonstrated that circulating bone marrow-derived MSCs home to perivascular sites in critically ischemic tissue, exhibits paracrine function and augment microhemodynamics. These effects were mediated through arteriogenesis and angiogenesis, which contributed to vascular regeneration.

Infiltration of Natural Caries Lesions in Relation to Their Activity Status and Acid Pretreatment in vitro

This study aimed at testing how active and inactive enamel caries lesions differ by their degree of resin infiltration, and whether the choice of acid pretreatment plays a crucial role. Four examiners assessed 104 human molars and premolars with noncavitated enamel lesions and classified them as 'active' or 'inactive' using the Nyvad criteria. Forty-five teeth were included in this study after independent unanimous lesion activity assessment. Lesions were cut perpendicularly into 2 halves. Each half lesion was pretreated with either 15% hydrochloric acid or 35% phosphoric acid. The lesions were infiltrated after staining with rhodamine isothiocyanate. Thin sections of 100 µm were prepared and the specimens were bleached with 30% hydrogen peroxide. The specimens were then counterstained with sodium fluorescein, subjected to confocal laser scanning microscopy and analyzed quantitatively. Outcome parameters were maximum and average infiltration depths as well as relative penetration depths and areas. In active lesions no significant difference of percentage maximum penetration depth and percentage average penetration depth between lesions pretreated with hydrochloric or phosphoric acid could be observed. In inactive lesions, however, phosphoric acid pretreatment resulted in significantly lower penetration compared to hydrochloric acid pretreatment. Surface conditioning with hydrochloric acid led to similar infiltration results in active and inactive lesions. Moreover, inactive lesions showed greater variability in all assessed infiltration parameters than did active lesions. In conclusion, caries lesion activity and acid pretreatment both influenced the infiltration. The use of phosphoric acid to increase permeability of the surface layer of active lesions should be further explored.

Angiotensinergic innervation of the kidney: Localization and relationship with catecholaminergic postganglionic and sensory nerve fibers

We describe an angiotensin (Ang) II-containing innervation of the kidney. Cryosections of rat, pig and human kidneys were investigated for the presence of Ang II-containing nerve fibers using a mouse monoclonal antibody against Ang II (4B3). Co-staining was performed with antibodies against synaptophysin, tyrosine 3-hydroxylase, and dopamine beta-hydroxylase to detect catecholaminergic efferent fibers and against calcitonin gene-related peptide to detect sensory fibers. Tagged secondary antibodies and confocal light or laser scanning microscopy were used for immunofluorescence detection. Ang II-containing nerve fibers were densely present in the renal pelvis, the subepithelial layer of the urothelium, the arterial nervous plexus, and the peritubular interstitium of the cortex and outer medulla. They were infrequent in central veins and the renal capsule and absent within glomeruli and the renal papilla. Ang II-positive fibers represented phenotypic subgroups of catecholaminergic postganglionic or sensory fibers with different morphology and intrarenal distribution compared to their Ang II-negative counterparts. The Ang II-positive postganglionic fibers were thicker, produced typically fusiform varicosities and preferentially innervated the outer medulla and periglomerular arterioles. Ang II-negative sensory fibers were highly varicose, prevailing in the pelvis and scarce in the renal periphery compared to the rarely varicose Ang II-positive fibers. Neurons within renal microganglia displayed angiotensinergic, catecholaminergic, or combined phenotypes. Our results suggest that autonomic fibers may be an independent source of intrarenal Ang II acting as a neuropeptide co-transmitter or neuromodulator. The angiotensinergic renal innervation may play a distinct role in the neuronal control of renal sodium reabsorption, vasomotion and renin secretion.

Ca(2+) release from the sarcoplasmic reticulum activated by the low affinity Ca(2+) chelator TPEN in ventricular myocytes

The Ca(2+) content of the sarcoplasmic reticulum (SR) of cardiac myocytes is thought to play a role in the regulation and termination of SR Ca(2+) release through the ryanodine receptors (RyRs). Experimentally altering the amount of Ca(2+) within the SR with the membrane-permeant low affinity Ca(2+) chelator TPEN could improve our understanding of the mechanism(s) by which SR Ca(2+) content and SR Ca(2+) depletion can influence Ca(2+) release sensitivity and termination. We applied laser-scanning confocal microscopy to examine SR Ca(2+) release in freshly isolated ventricular myocytes loaded with fluo-3, while simultaneously recording membrane currents using the whole-cell patch-clamp technique. Following application of TPEN, local spontaneous Ca(2+) releases increased in frequency and developed into cell-wide Ca(2+) waves. SR Ca(2+) load after TPEN application was found to be reduced to about 60% of control. Isolated cardiac RyRs reconstituted into lipid bilayers exhibited a two-fold increase of their open probability. At the low concentration used (20-40muM), TPEN did not significantly inhibit the SR-Ca(2+)-ATPase in SR vesicles. These results indicate that TPEN, traditionally used as a low affinity Ca(2+) chelator in intracellular Ca(2+) stores, may also act directly on the RyRs inducing an increase in their open probability. This in turn results in an increased Ca(2+) leak from the SR leading to its Ca(2+) depletion. Lowering of SR Ca(2+) content may be a mechanism underlying the recently reported cardioprotective and antiarrhythmic features of TPEN.

Performance of four dentine excavation methods in deciduous teeth

This in vitro study aimed to assess the speed and caries removal effectiveness of four different new and conventional dentine excavation methods. Eighty deciduous molars were assigned to four groups. Teeth were sectioned longitudinally through the lesion centre. Images of one half per tooth were captured by light microscope and confocal laser scanning microscopy (CLSM) to assess the caries extension. The halves were then reassembled and caries removed using round carbide bur (group 1), Er:YAG laser (group 2), hand excavator (group 3) and a polymer bur (group 4). The time needed for the whole excavation in each tooth was registered. After excavation, the halves were photographed by light microscope. Caries extension obtained from CLSM images were superimposed on the post-excavation images, allowing comparison between caries extension and removal. The regions where caries and preparation limits coincided, as well as the areas of over- and underpreparation, were measured. Steel bur was the fastest method, followed by the polymer bur, hand excavator and laser. Steel bur exhibited also the largest overpreparation area, followed by laser, hand excavator and polymer bur. The largest underpreparation area was found using polymer bur, followed by laser, hand excavator and steel bur. Hand excavator presented the longest coincidence line, followed by polymer and steel burs and laser. Overall, hand excavator seemed to be the most suitable method for carious dentine excavation in deciduous teeth, combining good excavation time with effective caries removal.

A reservoir of Moraxella catarrhalis in human pharyngeal lymphoid tissue

BACKGROUND: Early exposure of infants and long-term immunity suggest that colonization with Moraxella catarrhalis is more frequent than is determined by routine culture. We characterized a reservoir of M. catarrhalis in pharyngeal lymphoid tissue. METHODS: Tissue from 40 patients (median age, 7.1 years) undergoing elective tonsillectomy and/or adenoidectomy was analyzed for the presence of M. catarrhalis by culture, real-time DNA and RNA polymerase chain reaction (PCR), immunohistochemical analysis (IHC), and fluorescent in situ hybridization (FISH). Histologic sections were double stained for M. catarrhalis and immune cell markers, to characterize the tissue distribution of the organism. Intracellular bacteria were identified using confocal laser scanning microscopy (CLSM). RESULTS: Twenty-nine (91%) of 32 adenoids and 17 (85%) of 20 tonsils were colonized with M. catarrhalis. Detection rates for culture, DNA PCR, RNA PCR, IHC, and FISH were 7 (13%) of 52, 10 (19%) of 52, 21 (41%) of 51, 30 (61%) of 49, and 42 (88%) of 48, respectively (P<.001). Histologic analysis identified M. catarrhalis in crypts, intraepithelially, subepithelially, and (using CLSM) intracellularly. M. catarrhalis colocalized with macrophages and B cells in lymphoid follicles. CONCLUSIONS: Colonization by M. catarrhalis is more frequent than is determined by surface culture, because the organism resides both within and beneath the epithelium and invades host cells.

Angiotensinergic neurons in sympathetic coeliac ganglia innervating rat and human mesenteric resistance blood vessels

In contrast to the current belief that angiotensin II (Ang II) interacts with the sympathetic nervous system only as a circulating hormone, we document here the existence of endogenous Ang II in the neurons of rat and human sympathetic coeliac ganglia and their angiotensinergic innervation with mesenteric resistance blood vessels. Angiotensinogen - and angiotensin converting enzyme-mRNA were detected by using quantitative real time polymerase chain reaction in total RNA extracts of rat coeliac ganglia, while renin mRNA was untraceable. Cathepsin D, a protease responsible for cleavage beneath other substrates also angiotensinogen to angiotensin I, was successfully detected in rat coeliac ganglia indicating the possibility of existence of alternative pathways. Angiotensinogen mRNA was also detected by in situ hybridization in the cytoplasm of neurons of rat coeliac ganglia. Immunoreactivity for Ang II was demonstrated in rat and human coeliac ganglia as well as with mesenteric resistance blood vessels. By using confocal laser scanning microscopy we were able to demonstrate the presence of angiotensinergic synapses en passant along side of vascular smooth muscle cells. Our findings indicate that Ang II is synthesized inside the neurons of sympathetic coeliac ganglia and may act as an endogenous neurotransmitter locally with the mesenteric resistance blood vessels.

DEVELOPMENT OF CONFOCAL IMAGING TECHNIQUES FOR PROBING INTERFACIAL DYNAMICS IN MICROSCALE, GAS-LIQUID, TWO-PHASE FLOW

Micro-scale, two-phase flow is found in a variety of devices such as Lab-on-a-chip, bio-chips, micro-heat exchangers, and fuel cells. Knowledge of the fluid behavior near the dynamic gas-liquid interface is required for developing accurate predictive models. Light is distorted near a curved gas-liquid interface preventing accurate measurement of interfacial shape and internal liquid velocities. This research focused on the development of experimental methods designed to isolate and probe dynamic liquid films and measure velocity fields near a moving gas-liquid interface. A high-speed, reflectance, swept-field confocal (RSFC) imaging system was developed for imaging near curved surfaces. Experimental studies of dynamic gas-liquid interface of micro-scale, two-phase flow were conducted in three phases. Dynamic liquid film thicknesses of segmented, two-phase flow were measured using the RSFC and compared to a classic film thickness deposition model. Flow fields near a steadily moving meniscus were measured using RSFC and particle tracking velocimetry. The RSFC provided high speed imaging near the menisci without distortion caused the gas-liquid interface. Finally, interfacial morphology for internal two-phase flow and droplet evaporation were measured using interferograms produced by the RSFC imaging technique. Each technique can be used independently or simultaneously when.

Isolated development of inner (wall) caries like lesions in a bacterial-based in vitro model

The study conducted in a bacterial-based in vitro caries model aimed to determine whether typical inner secondary caries lesions can be detected at cavity walls of restorations with selected gap widths when the development of outer lesions is inhibited. Sixty bovine tooth specimens were randomly assigned to the following groups: test group 50 (TG50; gap, 50 microm), test group 100 (TG100; gap, 100 microm), test group 250 (TG250; gap, 250 microm) and a control group (CG; gap, 250 microm). The outer tooth surface of the test group specimens was covered with an acid-resistant varnish to inhibit the development of an outer caries lesion. After incubation in the caries model, the area of demineralization at the cavity wall was determined by confocal laser scanning microscopy. All test group specimens demonstrated only wall lesions. The CG specimens developed outer and wall lesions. The TG250 specimens showed significantly less wall lesion area compared to the CG (p < 0.05). In the test groups, a statistically significant increase (p < 0.05) in lesion area could be detected in enamel between TG50 and TG250 and in dentine between TG50 and TG100. In conclusion, the inner wall lesions of secondary caries can develop without the presence of outer lesions and therefore can be regarded as an entity on their own. The extent of independently developed wall lesions increased with gap width in the present setting.

Particles induce apical plasma membrane enlargement in epithelial lung cell line depending on particle surface area dose

Background Airborne particles entering the respiratory tract may interact with the apical plasma membrane (APM) of epithelial cells and enter them. Differences in the entering mechanisms of fine (between 0.1 μm and 2.5 μm) and ultrafine ( ≤ 0.1 μm) particles may be associated with different effects on the APM. Therefore, we studied particle-induced changes in APM surface area in relation to applied and intracellular particle size, surface and number. Methods Human pulmonary epithelial cells (A549 cell line) were incubated with various concentrations of different sized fluorescent polystyrene spheres without surface charge (∅ fine – 1.062 μm, ultrafine – 0.041 μm) by submersed exposure for 24 h. APM surface area of A549 cells was estimated by design-based stereology and transmission electron microscopy. Intracellular particles were visualized and quantified by confocal laser scanning microscopy. Results Particle exposure induced an increase in APM surface area compared to negative control (p < 0.01) at the same surface area concentration of fine and ultrafine particles a finding not observed at low particle concentrations. Ultrafine particle entering was less pronounced than fine particle entering into epithelial cells, however, at the same particle surface area dose, the number of intracellular ultrafine particles was higher than that of fine particles. The number of intracellular particles showed a stronger increase for fine than for ultrafine particles at rising particle concentrations. Conclusion This study demonstrates a particle-induced enlargement of the APM surface area of a pulmonary epithelial cell line, depending on particle surface area dose. Particle uptake by epithelial cells does not seem to be responsible for this effect. We propose that direct interactions between particle surface area and cell membrane cause the enlargement of the APM.