Multifunctional nanocarriers encapsulating anti-Alzheimer drug for nasal delivery to central nervous system

Alzheimer's disease (AD) is a fatal neurodegenerative condition characterized clinically by progressive memory loss and irreversible cognitive deterioration. It has been shown that there is a progressive degeneration of the brain cholinergic neurons which leads to the appearance of cognitive symptoms of the disease. The aim of this work was the formulation of multifunctional nanocarriers for nasal administration of tacrine-HCl (THA). This route has many advantages; in particular is possible to convey the drug directly to the Central Nervous System, through the olfactory bulb. In particular, were prepared Albumin nanoparticles carrying beta cyclodextrin and two different beta cyclodextrin derivatives (hydroxypropyl beta cyclodextrin and sulphobutylether beta cyclodextrin), and Multifunctional liposomes, prepared using traditional excipients (cholesterol and phosphatidylcholine), partly enriched with α-tocopherol (Toc) and/or polyunsaturated fatty acids (eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid) (Ω3). Both nanosystems were characterized in terms of size, Zeta potential and encapsulation efficiency. Were also evaluated their functional properties such as mucoadhesion and permeability, using an ex-vivo assay based on nasal sheep mucosa. On Liposomes were also assessed drug neuronal uptake, cell toxicity, antioxidant and, cytoprotective activity in the human neuronal cell line SH-SY5Y and finally tocopherol trans-membrane diffusion. Both the nanocarriers produced presented excellent properties and a high potential as new systems for CNS-delivery of anti-Alzheimer drugs via the nasal route.

TIME DEPENDENT ALTERATIONS IN CENTRAL NERVOUS SYSTEM DOPAMINE RECEPTORS INDUCED BY DOPAMINE AGONIST TREATMENT

Levodopa, the precursor of dopamine, is currently the drug of choice in the treatment of Parkinson's disease. Recently, two direct dopamine agonists, bromocriptine and pergolide, have been tested for the treatment of Parkinson's disease because of reduced side effects compared to levodopa. Few studies have evaluated the effects of long-term treatment of dopamine agonists on dopamine receptor regulation in the central nervous system. Thus, the purpose of this study was to determine whether chronic dopamine agonist treatment produces a down-regulation of striatal dopamine receptor function and to compare the results of the two classes of dopaminergic drugs.^ Levodopa with carbidopa, a peripheral decarboxylase inhibitor, was administered orally to rats whereas bromocriptine and pergolide were injected intraperitoneally once daily. Several neurochemical parameters were examined from 1 to 28 days.^ Levodopa minimally decreased striatal D-1 receptor activity but increased the number of striatal D-2 binding sites. Levodopa increased the V(,max) of tyrosine hydroxylase (TH) in all brain regions tested. Protein blot analysis of striatal TH indicated a significant increase in the amount of TH present. Dopamine-beta-hydroxylase (DBH) activity was markedly decreased in all brain regions studied and mixing experiments of control and drug-treated cortices did not show the presence of an increased level of endogenous inhibitors.^ Bromocriptine treatment decreased the number of D-2 binding sites. Striatal TH activity was decreased and protein blot analysis indicated no change in TH quantity. The specificity of bromocriptine for striatal TH suggested that bromocriptine preferentially interacts with dopamine autoreceptors.^ Combination levodopa-bromocriptine was administered for 12 days. There was a decrease in both D-1 receptor activity and D-2 binding sites, and a decrease in brain HVA levels suggesting a postsynaptic receptor action. Pergolide produced identical results to the combination levodopa-bromocriptine studies.^ In conclusion, combination levodopa-bromocriptine and pergolide treatments exhibited the expected down-regulation of dopamine receptor activity. In contrast, levodopa appeared to up-regulate dopamine receptor activity. Thus, these data may help to explain, on a biochemical basis, the decrease in the levodopa-induced side effects noted with combination levodopa-bromocriptine or pergolide therapies in the treatment of Parkinson's disease. ^

Overexpression of p27Kip1 lengthens the G1 phase in a mouse model that targets inducible gene expression to central nervous system progenitor cells

We describe a mouse model in which p27Kip1 transgene expression is spatially restricted to the central nervous system neuroepithelium and temporally controlled with doxycycline. Transgene-specific transcripts are detectable within 6 h of doxycycline administration, and maximum nonlethal expression is approached within 12 h. After 18–26 h of transgene expression, the G1 phase of the cell cycle is estimated to increase from 9 to 13 h in the neocortical neuroepithelium, the maximum G1 phase length attainable in this proliferative population in normal mice. Thus our data establish a direct link between p27Kip1 and control of G1 phase length in the mammalian central nervous system and unveil intrinsic mechanisms that constrain the G1 phase length to a putative physiological maximum despite ongoing p27Kip1 transgene expression.

Subcutaneous vaccination with irradiated, cytokine-producing tumor cells stimulates CD8+ cell-mediated immunity against tumors located in the "immunologically privileged" central nervous system.

Vaccination with cytokine-producing tumor cells generates potent immune responses against tumors outside the central nervous system (CNS). The CNS, however, is a barrier to allograft and xenograft rejection, and established tumors within the CNS have failed to respond to other forms of systemic immunotherapy. To determine what barriers the "immunologically privileged" CNS would pose to cytokine-assisted tumor vaccines and what cytokines would be most efficacious against tumors within the CNS, we irradiated B16 murine melanoma cells producing murine interleukin 2 (IL-2), IL-3, IL-4, IL-6, gamma-interferon, or granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF) and used these cells as subcutaneous vaccines against tumors within the brain. Under conditions where untransfected B16 cells had no effect, cells producing IL-3, IL-6, or GM-CSF increased the survival of mice challenged with viable B16 cells in the brain. Vaccination with B16 cells producing IL-4 or gamma-interferon had no effect, and vaccination with B16 cells producing IL-2 decreased survival time. GM-CSF-producing vaccines were also able to increase survival in mice with pre-established tumors. The response elicited by GM-CSF-producing vaccines was found to be specific to tumor type and to be abrogated by depletion of CD8+ cells. Unlike the immunity generated against subcutaneous tumors by GM-CSF, however, the effector responses generated against tumors in the CNS were not dependent on CD4+ cells. These data suggest that cytokine-producing tumor cells are very potent stimulators of immunity against tumors within the CNS, but effector responses in the CNS may be different from those obtained against subcutaneous tumors.

Human immunodeficiency virus tat gene transfer to the murine central nervous system using a replication-defective herpes simplex virus vector stimulates transforming growth factor beta 1 gene expression.

The high incidence of neurological disorders in patients afflicted with acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) may result from human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) induction of chemotactic signals and cytokines within the brain by virus-encoded gene products. Transforming growth factor beta1 (TGF-beta1) is an immunomodulator and potent chemotactic molecule present at elevated levels in HIV-1-infected patients, and its expression may thus be induced by viral trans-activating proteins such as Tat. In this report, a replication-defective herpes simplex virus (HSV)-1 tat gene transfer vector, dSTat, was used to transiently express HIV-1 Tat in glial cells in culture and following intracerebral inoculation in mouse brain in order to directly determine whether Tat can increase TGF-beta1 mRNA expression. dSTat infection of Vero cells transiently transfected by a panel of HIV-1 long terminal repeat deletion mutants linked to the bacterial chloramphenicol acetyltransferase reporter gene demonstrated that vector-expressed Tat activated the long terminal repeat in a trans-activation response element-dependent fashion independent of the HSV-mediated induction of the HIV-1 enhancer, or NF-kappaB domain. Northern blot analysis of human astrocytic glial U87-MG cells transfected by dSTat vector DNA resulted in a substantial increase in steady-state levels of TGF-beta1 mRNA. Furthermore, intracerebral inoculation of dSTat followed by Northern blot analysis of whole mouse brain RNA revealed an increase in levels of TGF-beta1 mRNA similar to that observed in cultured glial cells transfected by dSTat DNA. These results provided direct in vivo evidence for the involvement of HIV-1 Tat in activation of TGF-beta1 gene expression in brain. Tat-mediated stimulation of TGF-beta1 expression suggests a novel pathway by which HIV-1 may alter the expression of cytokines in the central nervous system, potentially contributing to the development of AIDS-associated neurological disease.

A role for ciliary neurotrophic factor as an inducer of reactive gliosis, the glial response to central nervous system injury.

Within the central nervous system (CNS) ciliary neurotrophic factor (CNTF) is expressed by astrocytes where it remains stored as an intracellular protein; its release and function as an extracellular ligand are thought to occur in the event of cellular injury. We find that overexpression of CNTF in transgenic mice recapitulates the glial response to CNS lesion, as does its injection into the uninjured brain. These results demonstrate that CNTF functions as an inducer of reactive gliosis, a condition associated with a number of neurological diseases of the CNS.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

The ubiquitin-proteasome system in retinal health and disease

The ubiquitin–proteasome system (UPS) is the main intracellular pathway for modulated protein turnover, playing an important role in the maintenance of cellular homeostasis. It also exerts a protein quality control through degradation of oxidized, mutant, denatured, or misfolded proteins and is involved in many biological processes where protein level regulation is necessary. This system allows the cell to modulate its protein expression pattern in response to changing physiological conditions and provides a critical protective role in health and disease. Impairments of UPS function in the central nervous system (CNS) underlie an increasing number of genetic and idiopathic diseases, many of which affect the retina. Current knowledge on the UPS composition and function in this tissue, however, is scarce and dispersed. This review focuses on UPS elements reported in the retina, including ubiquitinating and deubiquitinating enzymes (DUBs), and alternative proteasome assemblies. Known and inferred roles of protein ubiquitination, and of the related, SUMO conjugation (SUMOylation) process, in normal retinal development and adult homeostasis are addressed, including modulation of the visual cycle and response to retinal stress and injury. Additionally, the relationship between UPS dysfunction and human neurodegenerative disorders affecting the retina, including Alzheimer's, Parkinson's, and Huntington's diseases, are dealt with, together with numerous instances of retina-specific illnesses with UPS involvement, such as retinitis pigmentosa, macular degenerations, glaucoma, diabetic retinopathy (DR), and aging-related impairments. This information, though still basic and limited, constitutes a suitable framework to be expanded in incoming years and should prove orientative toward future therapy design targeting sight-affecting diseases with a UPS underlying basis.

Some observations on the nervous system of Copepoda,

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Pathology of the nervous system /

Includes index and bibliographical references.

A clinical treatise on the diseases of the nervous system,

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A treatise on the diseases of the nervous system /

Includes bibliographical references and index.

The applied anatomy of the nervous system;

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The diseases of the nervous system,

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Psychological traits influence autonomic nervous system recovery following esophageal intubation in health and functional chest pain

Background: Esophageal intubation is a widely utilized technique for a diverse array of physiological studies, activating a complex physiological response mediated, in part, by the autonomic nervous system (ANS). In order to determine the optimal time period after intubation when physiological observations should be recorded, it is important to know the duration of, and factors that influence, this ANS response, in both health and disease. Methods: Fifty healthy subjects (27 males, median age 31.9 years, range 20-53 years) and 20 patients with Rome III defined functional chest pain (nine male, median age of 38.7 years, range 28-59 years) had personality traits and anxiety measured. Subjects had heart rate (HR), blood pressure (BP), sympathetic (cardiac sympathetic index, CSI), and parasympathetic nervous system (cardiac vagal tone, CVT) parameters measured at baseline and in response to per nasum intubation with an esophageal catheter. CSI/CVT recovery was measured following esophageal intubation. Key Results: In all subjects, esophageal intubation caused an elevation in HR, BP, CSI, and skin conductance response (SCR; all p < 0.0001) but concomitant CVT and cardiac sensitivity to the baroreflex (CSB) withdrawal (all p < 0.04). Multiple linear regression analysis demonstrated that longer CVT recovery times were independently associated with higher neuroticism (p < 0.001). Patients had prolonged CSI and CVT recovery times in comparison to healthy subjects (112.5 s vs 46.5 s, p = 0.0001 and 549 s vs 223.5 s, p = 0.0001, respectively). Conclusions & Inferences: Esophageal intubation activates a flight/flight ANS response. Future studies should allow for at least 10 min of recovery time. Consideration should be given to psychological traits and disease status as these can influence recovery. The psychological trait of neuroticism retards autonomic recovery following esophageal intubation in health and functional chest pain. © 2013 John Wiley & Sons Ltd.