Erytrogram of healthy female Holstein calves during the first month of life

Benesi F.J., Teixeira C. M. C., Lisboa J.A.N., Leal M. L. R., Birgel Jr E. H., Bohland E. & Mirandola R. M. S. 2012. [Erytrogram of healthy female Holstein calves during the first month of life.] Eritrograma de bezerras sadias, da raca Holandesa, no primeiro mes de vida. Pesquisa Veterinaria Brasileira 32(4): 357-360. Departamento de Cl nica Medica, Faculdade de Medicina Veterinaria e Zootecnia, Universidade de Sao Paulo, Campus Universitario, Av. Prof. Dr. Orlando Marques de Paiva 87, Sao Paulo, SP 05508-000, Brazil. E-mail: febencli@usp.br In order to establish reference values, and to assess the in fluence of the age factor on the erytrogram of healthy Holstein calves, blood samples from 300 animals were used, spread over 15 experimental groups, according to age, in the first month of life. Variations of the average values for the components of erytrogram were as follows: number of red blood cells (x10(6)/mm(3)) = 6.68-7.60, packed cell volume (%) = 29.80-33.35, hemoglobin concentration (g/dl) = 9.00-10.43, mean corpuscular volume (fl) = 38.93-47.68, mean corpuscular hemoglobin (pg) = 11.75-14.69, mean corpuscular hemoglobin concentration (%) = 29.53-31.63% and number of reticulocytes (x10(3)/mm(3)) = 0.00-11.86. The in fluence of the age factor proved to be significant for the mean corpuscular volume, mean corpuscular hemoglobin and the number of reticulocytes.

What do medical students think about their quality of life? A qualitative study

Background: Medical education can affect medical students' physical and mental health as well as their quality of life. The aim of this study was to assess medical students' perceptions of their quality of life and its relationship with medical education. Methods: First-to sixth-year students from six Brazilian medical schools were interviewed using focus groups to explore what medical student's lives are like, factors related to increases and decreases of their quality of life during medical school, and how they deal with the difficulties in their training. Results: Students reported a variety of difficulties and crises during medical school. Factors that were reported to decrease their quality of life included competition, unprepared teachers, excessive activities, and medical school schedules that demanded exclusive dedication. Contact with pain, death and suffering and harsh social realities influence their quality of life, as well as frustrations with the program and insecurity regarding their professional future. The scarcity of time for studying, leisure activities, relationships, and rest was considered the main factor of influence. Among factors that increase quality of life are good teachers, classes with good didactic approaches, active learning methodologies, contact with patients, and efficient time management. Students also reported that meaningful relationships with family members, friends, or teachers increase their quality of life. Conclusion: Quality of teachers, curricula, healthy lifestyles related to eating habits, sleep, and physical activity modify medical students' quality of life. Lack of time due to medical school obligations was a major impact factor. Students affirm their quality of life is influenced by their medical school experiences, but they also reframe their difficulties, herein represented by their poor quality of life, understood as necessary and inherent to the process of becoming doctors.

Acute heat stress impairs performance parameters and induces mild intestinal enteritis in broiler chickens: Role of acute hypothalamic-pituitary-adrenal axis activation

Studies on the environmental consequences of stress are relevant for economic and animal welfare reasons. We recently reported that long-term heat stressors (31 +/- 1 degrees C and 36 +/- 1 degrees C for 10 h/d) applied to broiler chickens (Gallus gallus domesticus) from d 35 to 42 of life increased serum corticosterone concentrations, decreased performance variables and the macrophage oxidative burst, and produced mild, multifocal acute enteritis. Being cognizant of the relevance of acute heat stress on tropical and subtropical poultry production, we designed the current experiment to analyze, from a neuroimmune perspective, the effects of an acute heat stress (31 +/- 1 degrees C for 10 h on d 35 of life) on serum corticosterone, performance variables, intestinal histology, and peritoneal macrophage activity in chickens. We demonstrated that the acute heat stress increased serum corticosterone concentrations and mortality and decreased food intake, BW gain, and feed conversion (P < 0.05). We did not find changes in the relative weights of the spleen, thymus, and bursa of Fabricius (P > 0.05). Increases in the basal and the Staphylococcus aureus-induced macrophage oxidative bursts and a decrease in the percentage of macrophages performing phagocytosis were also observed. Finally, mild, multifocal acute enteritis, characterized by the increased presence of lymphocytes and plasmocytes within the lamina propria of the jejunum, was also observed. We found that the stress-induced hypothalamic-pituitary-adrenal axis activation was responsible for the negative effects observed on chicken performance and immune function as well as for the changes in the intestinal mucosa. The data presented here corroborate with those presented in other studies in the field of neuroimmunomodulation and open new avenues for the improvement of broiler chicken welfare and production performance.

The importance of plant life form on spatial associations along a subtropical coastal dune gradient

Questions Does the spatial association between isolated adult trees and understorey plants change along a gradient of sand dunes? Does this association depend on the life form of the understorey plant? Location Coastal sand dunes, southeast Brazil. Methods We recorded the occurrence of understorey plant species in 100 paired 0.25 m2 plots under adult trees and in adjacent treeless sites along an environmental gradient from beach to inland. Occurrence probabilities were modelled as a function of the fixed variables of the presence of a neighbour, distance from the seashore and life form, and a random variable, the block (i.e. the pair of plots). Generalized linear mixed models (GLMM) were fitted in a backward step-wise procedure using Akaike's information criterion (AIC) for model selection. Results The occurrence of understorey plants was affected by the presence of an adult tree neighbour, but the effect varied with the life form of the understorey species. Positive spatial association was found between isolated adult neighbour and young trees, whereas a negative association was found for shrubs. Moreover, a neutral association was found for lianas, whereas for herbs the effect of the presence of an adult neighbour ranged from neutral to negative, depended on the subgroup considered. The strength of the negative association with forbs increased with distance from the seashore. However, for the other life forms, the associational pattern with adult trees did not change along the gradient. Conclusions For most of the understorey life forms there is no evidence that the spatial association between isolated adult trees and understorey plants changes with the distance from the seashore, as predicted by the stress gradient hypothesis, a common hypothesis in the literature about facilitation in plant communities. Furthermore, the positive spatial association between isolated adult trees and young trees identified along the entire gradient studied indicates a positive feedback that explains the transition from open vegetation to forest in subtropical coastal dune environments.

Disruption of endogenous tidal rhythms of larval release linked to food supply and heat stress in an intertidal barnacle

The timing of larval release may greatly affect the survivorship and distribution of pelagic stages and reveal important aspects of life history tactics in marine invertebrates. Endogenous rhythms of breeding individuals and populations are valuable indicators of selected strategies because they are free of the neutral effect of stochastic environmental variation. The high-shore intertidal barnacle Chthamalus bisinuatus exhibits endogenous tidal and tidal amplitude rhythms in a way that larval release would more likely occur during fortnightly neap periods at high tide. Such timing would minimize larval loss due to stranding and promote larval retention close to shore. This fully explains temporal patterns in populations facing the open sea and inhabiting eutrophic areas. However, rhythmic activity breaks down to an irregular pattern in a population within the São Sebastião Channel subjected to large variation of food supply around a mesotrophic average. Peaks of chl a concentration precede release events by 6 d, suggesting resource limitation for egg production within the channel. Also, extreme daily temperatures imposing mortality risk correlate to release rate just 1 d ahead, suggesting a terminal reproductive strategy. Oceanographic conditions apparently dictate whether barnacles follow a rhythmic trend of larval release supported by endogenous timing or, alternatively, respond to the stochastic variation of key environmental factors, resulting in an erratic temporal pattern.

Maternal immune activation increases the corticosterone response to acute stress without affecting the hypothalamic monoamine content and sleep patterns in male mice offspring

Background/Aims: Early life experiences are homeostatic determinants for adult organisms. We evaluated the impact of prenatal immune activation during late gestation on the neuroimmune-endocrine function of adult offspring and its interaction with acute stress. Methods: Pregnant Swiss mice received saline or lipopolysaccharide (LPS) on gestational day 17. Adult male offspring were assigned to the control or restraint stress condition. We analyzed plasmatic corticosterone and catecholamine levels, the monoamine content in the hypothalamus, striatum and frontal cortex, and the sleep-wake cycle before and after acute restraint stress. Results and Conclusion: Offspring from LPS-treated dams had increased baseline norepinephrine levels and potentiated corticosterone secretion after the acute stressor, and no effect was observed on hypothalamic monoamine content or sleep behavior. The offspring of immune-activated dams exhibited impairments in stress-induced serotonergic and dopaminergic alterations in the striatum and frontal cortex. The data demonstrate a distinction between the plasmatic levels of corticosterone in response to acute stress and the hypothalamic monoamine content and sleep patterns. We provide new evidence regarding the influence of immune activation during late gestation on the neuroendocrine homeostasis of offspring.

The unconventional secretion of stress-inducible protein 1 by a heterogeneous population of extracellular vesicles

The co-chaperone stress-inducible protein 1 (STI1) is released by astrocytes, and has important neurotrophic properties upon binding to prion protein (PrPC). However, STI1 lacks a signal peptide and pharmacological approaches pointed that it does not follow a classical secretion mechanism. Ultracentrifugation, size exclusion chromatography, electron microscopy, vesicle labeling, and particle tracking analysis were used to identify three major types of extracellular vesicles (EVs) released from astrocytes with sizes ranging from 20–50, 100–200, and 300–400 nm. These EVs carry STI1 and present many exosomal markers, even though only a subpopulation had the typical exosomal morphology. The only protein, from those evaluated here, present exclusively in vesicles that have exosomal morphology was PrPC. STI1 partially co-localized with Rab5 and Rab7 in endosomal compartments, and a dominant-negative for vacuolar protein sorting 4A (VPS4A), required for formation of multivesicular bodies (MVBs), impaired EV and STI1 release. Flow cytometry and PK digestion demonstrated that STI1 localized to the outer leaflet of EVs, and its association with EVs greatly increased STI1 activity upon PrPC-dependent neuronal signaling. These results indicate that astrocytes secrete a diverse population of EVs derived from MVBs that contain STI1 and suggest that the interaction between EVs and neuronal surface components enhances STI1–PrPC signaling

Women's subjective and objective health over time : the role of psychosocial conditions and physiological stress responses

Today, health problems are likely to have a complex and multifactorial etiology, whereby psychosocial factors interact with behaviour and bodily responses. Women generally report more health problems than men. The present thesis concerns the development of women’s health from a subjective and objective perspective, as related to psychosocial living conditions and physiological stress responses. Both cross-sectional and longitudinal studies were carried out on a representative sample of women. Data analysis was based on a holistic person-oriented approach as well as a variable approach. In Study I, the women’s self-reported symptoms and diseases as well as self-rated general health status were compared to physician-rated health problems and ratings of the general health of the women, based on medical examinations. The findings showed that physicians rated twice as many women as having poor health compared to the ratings of the women themselves. Moreover, the symptom ”a sense of powerlessness” had the highest predictive power for self-rated general health. Study II investigated individual and structural stability in symptom profiles between adolescence and middle-age as related to pubertal timing. There was individual stability in symptom reporting for nearly thirty years, although the effect of pubertal timing on symptom reporting did not extend into middle-age. Study III explored the longitudinal and current influence of socioeconomic and psychosocial factors on women’s self-reported health. Contemporary factors such as job strain, low income, financial worries, and double exposure in terms of high job strain and heavy domestic responsibilities increased the risk for poor self-reported health in middle-aged women. In Study IV, the association between self-reported symptoms and physiological stress responses was investigated. Results revealed that higher levels of medically unexplained symptoms were related to higher levels of cortisol, cholesterol, and heart rate. The empirical findings are discussed in relation to existing models of stress and health, such as the demand-control model, the allostatic load model, the biopsychosocial model, and the multiple role hypothesis. It was concluded that women’s health problems could be reduced if their overall life circumstances were improved. The practical implications of this might include a redesign of the labour market giving women more influence and control over their lives, both at and away from work.

On the cellular stress response to Staphylococcus aureus alpha-toxin

Staphylococcus aureus alpha-hemolysin was the first bacterial toxin recognized to form pores in the plasma membrane of eukaryotic cells. It is secreted as a water-soluble monomer that upon contact with target membranes forms an amphiphatic heptameric beta-barrel which perforates the bilayer. As a consequence, red cells undergo colloidosmotic lyses, while some nucleated cells may succumb to necrosis or programmed cell death. However, most cells are capable of repairing a limited number of membrane lesions, and then respond with productive transcriptional activation of NF-kB. In the present study, by using microarray and semiquantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR), data from a previously performed serial analysis of gene expression (SAGE) were extended and verified, revealing that immediate early genes (IEGs) such as c-fos, c-jun and egr-1 are strongly induced at 2-8 h after transient toxin treatment. Activating protein 1 (AP-1: c-Fos, c-Jun) binding activity was increased accordingly. As IEGs are activated by growth factors, these findings led to the discovery that -toxin promotes cell cycle progression of perforated cells in an EGFR-dependent fashion. Although the amount of c-fos mRNA rose rapidly after toxin treatment, c-Fos protein expression was observed only after a lag of about 3 h. Since translation consumes much ATP, which transiently drops after transient membrane perforation, the suspicion arised that membrane-perforation caused global, but temporary downregulation of translation. In fact, eIF2α became heavily phosphorylated minutes after cells had been confronted with the toxin, resulting in shutdown of protein synthesis before cellular ATP levels reached the nadir. GCN2 emerged as a candidate eIF2α kinase, since its expression rapidly increased in toxin-treated cells. Two hours after toxin treatment, GADD34 transcripts, encoding a protein that targets the catalytic subunit of protein phosphatase 1 (PP1) to the endoplasmic reticulum, were overexpressed. This was followed by dephosphorylation of eIF2α and resumption of protein synthesis. Addition of tautomycetin, a specific inhibitor of PP1, led to marked hyperphosphorylation of eIF2α and significantly reduced the drop of ATP-levels in toxin-treated cells. A novel link between two major stress-induced signalling pathways emerged when it was found that both translational arrest and restart were under the control of stress-activated protein kinase (SAPK) p38. The data provide an explanation for the indispensible role of p38 for defence against the archetypal threat of membrane perforation by agents that produce small transmembrane-pores.

Regulation der Stress-aktivierten Proteinkinasen durch den gentoxischen Benzo[a]pyren-Metaboliten BPDE

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind ubiquitäre Verschmutzungen der Umwelt und entstehen während der unvollständigen Verbrennung organischen Materials wie Holz, Kohle und Erdöl. Werden diese chemisch nicht reaktiven PAK in den Körper aufgenommen, durchlaufen sie eine Reihe von enzymatischen Umsetzungen, die unter der Bezeichnung Fremdstoffmetabolismus zusammengefasst werden. Die chemische Umsetzung des PAK und Prokarzinogens Benzo[a]pyren (B[a]P) führt u.a. zur Bildung des reaktiven Metaboliten B[a]P-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid (BPDE). BPDE ist stark elektrophil und kann auf Grund dieser Eigenschaft an nukleophile Makromoleküle wie Proteine und DNA binden. Die Bildung von BPDE-DNA-Addukten resultiert in der Entstehung von Mutationen und kann zur Tumorbildung führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Wirkung von BPDE als Modellsubstanz für gentoxische Agenzien auf intrazelluläre Signalkaskaden und die Konsequenzen der BPDE-Exposition bezüglich der Zellaktivität untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass BPDE-Behandlung von Mausfibroblasten eine intrazelluläre Signalkaskade induziert, welche zur Aktivierung der Stressaktivierten Proteinkinasen (SAPK) JNK und p38 führt. An dieser Signalkaskade sind Src-ähnliche Kinasen beteiligt. BPDE-Behandlung führt in den untersuchten Mausfibroblasten zur Induktion von DNA-Einzelstrangbrüchen, deren Auftreten zeitlich mit der SAPK-Aktivierung korreliert. Die BPDEinduzierten DNA-Strangbrüche sind die Folge der Entfernung dieser Läsionen aus dem Genom durch die Nukleotidexzisionsreparatur (NER). Erkannt werden BPDE-DNA-Addukte durch die NERProteine XPA und XPC (Xeroderma Pigmentosum Komplementationsgruppe A und C). Nach der Erkennung von BPDE-DNA-Addukten kommt es zur Rekrutierung von Nukleasen, welche die vorliegende Läsion und umliegende Nukleotide aus dem Genom entfernen. In XPA- und XPCdefizienten Mausfibroblasten induziert BPDE daher keine DNA-Strangbrüche. Jedoch ist nur in XPCdefizienten Zellen, aber nicht in XPA-defizienten Zellen, die SAPK-Aktivierung drastisch reduziert. Behandlung von Mausfibroblasten mit Benzo[c]phenanthren-3,4-Diol-1,2-Epoxid, einem PAK, dessen DNA-Addukte schlecht durch NER-Faktoren erkannt und repariert werden, führt zu keiner SAPKAktivierung. Die Aktivierung von p38 und JNK scheint demnach abhängig zu sein von der Erkennung des primären DNA-Schadens. Die XPC-abhängige SAPK-Aktivierung schützt die Zellen vor BPDEabhängiger Toxizität, da sowohl XPC- als auch p38-defiziente Mausfibroblasten eine höhere Sensitivität gegenüber BPDE zeigen als korrespondierende Wildtypzellen. Zusamenfassend konnte in dieser Arbeit ein neuer Signalweg beschrieben werden, in dem DNASchäden, verursacht durch BPDE, über die XPC-abhängige DNA-Schadenserkennung, die Aktivierung der SAPK induziert. Diese Aktivierung der SAPK schützt vor BPDE-induzierter Toxizität.

Bedeutung von Rho-GTPasen bei der Regulation zellulärer Antworten auf genotoxischen Stress

SAPK/JNK regulieren nach genotoxischem Stress eine Vielzahl von Zielsubstraten, die bedeutsam für Reparatur und Überleben der Zelle sind, somit nehmen sie Einfluss auf das zelluläre Schicksal der Zelle. Ob DNA-Schäden eine Phosphorylierung von Stress-Kinasen nach sich ziehen ist bisher noch wenig untersucht. Mit reparaturdefizienten Zellen wurde der Einfluss von DNA-Schäden, durch Cisplatin/Transplatin/UV-C, auf die SAPK/JNK Aktivierung untersucht. Die Aktivierung der Stress-Kinasen erfolgte agenzspezifisch und abhängig von verschieden Reparaturfaktoren. Die Aktivierung korrelierte in reparaturdefizienten Zellen teilweise mit dem späten Auftreten von DNA-Strangbrüchen, war jedoch unabhängig von erhöhten initialen DNA-Schäden. Diese Befunde zeigten, dass die späte Aktivierung der SAPK/JNK DNA-schadensabhängig verläuft und das Cisplatin und Transplatin bei Verwendung von äquitoxischen Dosen zu einer vergleichbaren Aktivierung von SAPK/JNK führten. Die Hemmung der Rho-GTPasen sowohl durch Statine als auch mittels Clostridium difficile Toxin B zeigte weiterhin, dass Rho-GTPasen möglicherweise die späte DNA-schadensabhängige Aktivierung der Stress-Kinasen vermitteln. Die Hemmung von Rho-GTPasen durch physiologisch relevante Konzentrationen von Statinen führte in primären humanen Endothelzellen (HUVECs) zu einer Protektion vor IR-Strahlung und Doxorubicin. In beiden Fällen konnte eine Hemmung des pro-apoptotischen Transkriptionsfaktors p53 sowie der Chk1, welche einen Zellzyklusarrest reguliert, mit der Statin-Behandlung erreicht werden. Effektor-Caspasen wurden dabei durch den HMG-CoA-Reduktase Hemmer nicht beeinflusst. Ausschließlich bei dem Statin-vermittelten Schutz vor Doxorubicin kam es zu einer Reduktion von initialen DNA-Schäden, in Form von DNA-Strangbrüchen. Die IR-induzierten Strangbrüche in der DNA blieben von der Statin-Inkubation hingegen unbeeinflusst. Aufgrund ihrer protektiven Eigenschaften gegenüber IR- und Doxorubicin-induzierter Zytotoxizität in Endothelzellen und ihrer pro-apoptotischen Wirkung auf Tumorzellen könnten Statine möglicherweise die unerwünschten Nebenwirkungen von Zytostatika und einer Strahlentherapie günstig beeinflussen

Untersuchungen zur Rolle des BH3-only-Proteins Bid bei der Stress-induzierten Apoptose in Karzinomzelllinien

Als BH3-only Protein gehört Bid zu den proapoptotischen Mitgliedern der Bcl-2 Familie, die während der Apoptose die Freisetzung Caspase-aktivierender Proteine aus den Mitochondrien kontrollieren. Bid zählt zu den potentesten BH3-only Proteinen und wird von vielen transformierten und nichttransformierten Zellen konstitutiv exprimiert. Ziel dieser Arbeit war es, Bid durch RNA-Interferenz stabil zu depletieren, um Bid-abhängige Apoptosewege in HeLa Zervixkarzinomzellen zu identifizieren, die von intrinsischen Stressstimuli sowie von konventionellen und neuartigen Chemotherapeutika induziert werden. Da Bid im Todesrezeptor-vermittelten Signalweg der Apoptose durch Caspase-8 gespalten und aktiviert wird, waren die Bid-depletierten Zellen signifikant vor der Fas/CD95-, TRAIL- oder TNF-α-induzierten Apoptose geschützt und zeigten nach Exposition mit allen drei Todesrezeptorliganden eine drastisch reduzierte Effektorcaspase-Aktivität und eine höhere Proliferationsrate als die Kontrollzellen. Eine ektopische Bidexpression in Bid knock down (kd) Zellen hob die Protektion vor der Fas- und TRAIL-induzierten Apoptose auf. Der Proteasominhibitor Epoxomicin, der Proteinkinase-Inhibitor Staurosporin oder die ER Stress-induzierenden Agenzien Tunicamycin, Thapsigargin und Brefeldin A lösten hingegen einen Bid-unabhängigen Zelltod aus. Allerdings konnten subletale Tunicamycin- oder Thapsigarginkonzentrationen HeLa Zellen für die TRAIL-induzierte Apoptose sensitivieren. Da der Synergieeffekt auf einer ER Stress-vermittelten Amplifizierung des Todesrezeptorwegs beruhte, zu der eine Tunicamycin-induzierte Steigerung der Expression des Todesrezeptors DR5 signifikant beitrug, erfolgte diese Sensitivierung nur in Bid-profizienten Zellen. Bid war in HeLa Zellen außerdem an der apoptotischen Signalkaskade beteiligt, die von den DNA-schädigenden Agenzien Etoposid, Doxorubicin und Oxaliplatin (Oxa) ausgelöst wird. Nach Behandlung mit Oxa zeigten die Bid kd Zellen eine verzögerte Caspase-2, -3, -8 und -9 Aktivierung, einen geringeren Verlust des mitochondrialen Membranpotentials sowie eine reduzierte Apoptose- und eine höhere Proliferationsrate als Bid-profiziente Zellen. Neben Bid war ein weiteres BH3-only Protein, Puma, an der Oxa-induzierten Effektorcaspase-Aktivierung beteiligt, da eine Puma-spezifische siRNA unabhängig vom Bidstatus der Zellen antiapoptotisch wirkte. Im letzten Teil der Arbeit wurde untersucht, welche Proteasen für die durch gentoxische Agenzien induzierte Spaltung und Aktivierung von Bid verantwortlich sind. Obwohl Caspasen für die Exekutionphase der Oxa-induzierten Apoptose notwendig waren, trugen sie weder zur initialen Bidaktivierung noch zur mitochondrialen Depolarisierung bei, da sie erst postmitochondrial aktiviert wurden. Konventionelle Calpaine hingegen wurden nach DNA-Schädigung bereits stromaufwärts der Mitochondrien aktiviert und der Calpaininhibitor Calpeptin reduzierte nicht nur die Bid- und Caspasespaltung, sondern auch die mitochondriale Depolarisierung signifikant. Diese Protektion durch Calpeptin fiel in Bid-depletierten Zellen signifikant geringer als in Bid-profizienten Kontrollzellen aus. Auch war in Oxa-behandelten Bid kd Zellen, die eine durch Caspase-2, -3 und -8 nicht spaltbare Bidmutante exprimierten, trunkiertes Bid nachweisbar, dessen Generierung durch Calpain-, aber nicht durch Caspaseinhibierung verhindert werden konnte. Zusammenfassend deuten diese Ergebnisse auf eine Calpain-abhängige Bidaktivierung stromaufwärts der Mitochondrien hin und zeigen, dass die BH3-only Proteine Bid und Puma wichtige Vermittler der Oxa-induzierten Apoptose in HeLa Zellen darstellen.

Effects of metal-induced oxidative stress on endothelial cells in vitro

Aseptic loosening of metal implants is mainly attributed to the formation of metal degradation products. These include particulate debris and corrosion products, such as metal ions (anodic half-reaction) and ROS (cathodic half-reaction). While numerous clinical studies describe various adverse effects of metal degradation products, detailed knowledge of metal-induced cellular reactions, which might be important for possible therapeutic intervention, is not comprehensive. Since endothelial cells are involved in inflammation and angiogenesis, two processes which are critical for wound healing and integration of metal implants, the effects of different metal alloys and their degradation products on these cells were investigated. Endothelial cells on Ti6Al4V alloy showed signs of oxidative stress, which was similar to the response of endothelial cells to cathodic partial reaction of corrosion induced directly on Ti6Al4V surfaces. Furthermore, oxidative stress on Ti6Al4V alloy reduced the pro-inflammatory stimulation of endothelial cells by TNF-α and LPS. Oxidative stress and other stress-related responses were observed in endothelial cells in contact with Co28Cr6Mo alloy. Importantly, these features could be reduced by coating Co28Cr6Mo with a TiO2 layer, thus favouring the use of such surface modification in the development of medical devices for orthopaedic surgery. The reaction of endothelial cells to Co28Cr6Mo alloy was partially similar to the effects exerted by Co2+, which is known to be released from metal implants. Co2+ also induced ROS formation and DNA damage in endothelial cells. This correlated with p53 and p21 up-regulation, indicating the possibility of cell cycle arrest. Since CoCl2 is used as an hypoxia-mimicking agent, HIF-1α-dependence of cellular responses to Co2+ was studied in comparison to anoxia-induced effects. Although important HIF-1α-dependent genes were identified, a more detailed analysis of microarray data will be required to provide additional information about the mechanisms of Co2+ action. All these reactions of endothelial cells to metal degradation products might play their role in the complex processes taking place in the body following metal device implantation. In the worst case this can lead to aseptic loosening of the implant and requirement for revision surgery. Knowledge of molecular mechanisms of metal-induced responses will hopefully provide the possibility to interfere with undesirable processes at the implant/tissue interface, thus extending the life-time of the implant and the overall success of metal implant applications.

Leaf level VOC emissions of single plants from Amazonian and Mediterranean ecosystems: Ontogeny and flooding as stress factor for VOC emissions

Die Vegetation ist die wichtigste Quelle von organischen flüchtigen Verbindungen (auf Englisch volatile organic compounds,VOCs), die einen bemerkenswerten Einfluss auf der Chemie und Physik der Atmosphäre haben. VOCs beeinflussen die oxidative Kapazität der Atmosphäre und tragen zu der Bildung und zum Wachstum von sekundären organischen Aerosolen bei, welche einerseits eine Streuung und Reflektierung der Energie verursachen und andererseits sich an der Bildung und Entwicklung von Wolken beteiligen. Ziel dieser Arbeit war die Beschreibung und der Vergleich von VOC Emissionen aus Pflanzen aus zwei verschiedenen Ökosystemen: Mediterranes Ökosystem und Tropisches Ökosystem. Für diese Aufgabe wurden gewöhnliche Pflanzen von beiden Ökosystemen untersucht. Siebzehn Pflanzenspezies aus der Mittelmeergebiet, welches bekannt ist für seine Vielfalt an VOC emittierenden Pflanzen, wurden in die Untersuchungen einbezogen. Im Gegensatz zum mediterranen Ökosystem sind nur wenig Information verfügbar über VOC Emissionen aus Blättern tropischer Baumspezies. Vor diesem Hintergrund wurden sechsundzwanzig Baumspezies aus verschiedenen Ökotypen des Amazonasbeckens (Terra firme, Várzea und Igapó) wurden auf VOC Emissionen auf Blattebene mit einem Küvetten-System untersucht. Analysen von flüchtigen organischen Verbindungen wurden online mit PTR-MS und offline mittels Sammlung auf entsprechenden Adsorbern (Kartuschen) und nachfolgender GC-FID Analyse untersucht. Die höchsten Emissionen wurden für Isoprene beobachtete, gefolgt durch Monoterpene, Methanol und Aceton. Die meisten Mittelmeer Spezies emittierten eine hohe Vielfalt an Monoterpenspezies, hingegen zeigten nur fünf tropische Pflanzenspezies eine Monoterpene mit einen sehr konservativen Emissionsprofil (α-Pinen>Limonen>Sabinen >ß-Pinen). Mittelmeerpflanzen zeigten zusätzlich Emissionen von Sesquiterpenen, während bei der Pflanzen des Amazonas Beckens keine Sesquiterpenemissionen gefunden wurden. Dieser letzte Befund könnte aber auch durch eine niedrigere Sensitivität des Messsystems während der Arbeiten im Amazonasgebiet erklärt werden. Zusätzlich zu den Isoprenoidemissionen waren Methanolemissionen als Indikator für Wachtumsvorgänge sehr verbreitet in den meisten Pflanzenspezies aus tropischen und mediterranen Gebieten. Einige Pflanzenspezies beider Ökosystemen zeigten Acetonemissionen. rnrnVOC Emissionen werde durch eine große Vielfalt an biotischen und abiotischen Faktoren wie Lichtintensität, Temperatur, CO2 und Trockenheit beeinflusst. Ein anderer, öfter übersehener Faktor, der aber sehr wichtig ist für das Amazonas Becken, ist die regelmäßige Überflutung. In dieser Untersuchung wir fanden heraus, dass am Anfang einer Wurzelanoxie, die durch die Überflutung verursacht wurde, Ethanol und Acetaldehyd emittiert werden können, vor allem in Pflanzenspezies, die schlechter an eine unzureichende Sauerstoffversorgung bei Flutung adaptiert sind, wie z.B. Vatairea guianensis. Die Spezies Hevea spruceana, welche besser an Überflutung adaptiert ist, könnte möglicherweise der gebildete Ethanol sofort remetabolisieren ohne es zu emittieren. Nach einer langen Periode einer Überflutung konnte allerdings keine Emission mehr beobachtet werden, was auf eine vollständige Adaptation mit zunehmender Dauer schließen lässt. Als Reaktion auf den ausgelösten Stress können Isoprenoidemissionen ebenfalls kurzfristig nach einigen Tage an Überflutung zunehmen, fallen dann aber dann nach einer langen Periode zusammen mit der Photosynthese, Transpiration und stomatäre Leitfähigkeit deutlich ab.rnrnPflanzen Ontogenese ist anscheinend von Bedeutung für die Qualität und Quantität von VOC Emissionen. Aus diesem Grund wurden junge und erwachsene Blätter einiger gut charakterisierten Pflanzen Spezies aus dem Mittelmeerraum auf VOC Emissionen untersucht. Standard Emissionsfaktoren von Isopren waren niedriger in jungen Blättern als in erwachsene Blätter. Hingegen wurden höhere Monoterpen- und Sesquiterpenemissionen in jungen Blätter einiger Pflanzenspezies gefunden. Dieser Befund deutet auf eine potentielle Rolle dieser VOCs als Abwehrkomponenten gegen Pflanzenfresser oder Pathogene bei jungen Blätter hin. In einigen Fällen variierte auch die Zusammensetzung der Monoterpen- und Sesquiterpenspezies bei jungen und erwachsenen Blättern. Methanolemissionen waren, wie erwartet, höher in jungen Blättern als in ausgewachsenen Blättern, was mit der Demethylierung von Pectin bei der Zellwandreifung erklärt werden kann. Diese Befunde zu Änderungen der Emissionskapazität der Vegetation können für zukünftige Modellierungen herangezogen werden. rn

Use of essential oils and biocontrol cultures for the improvement of shelf-life of fresh cut products

The demand of minimally processed fruits and vegetables has increased in the last years. However, their intrinsic characteristics may favor the growth of pathogens and spoilage microbiota. The negative effects on human health reported for some traditional chemical sanitizers have justified the search for substitutes to guarantee food safety and quality. In this work we have evaluate the potential of some essential oils and their components to improve the safety and the shelf life of Lamb’s lettuce (Valerianella locusta) and apples (Golden delicious). Moreover, the effects of selected lactic acid bacteria alone or in combination with essential oils or their components, on the shelf-life and safety as well as organoleptic properties of minimally processed products, were evaluated. Since the lack of knowledge of microbial cell targets of essential oils represent one of the most important limit to the use of these molecules at industrial level, another aim of this thesis was the study of the action mechanisms of essential oils and their components. The results obtained showed the beneficial effects of the natural antimicrobials as well as the selected lactic acid bacteria on minimally processed fruit and vegetable safety and shelf-life, without detrimental effects on the quality parameters. The beneficial effects obtained by the use of the selected biocontrol agents were further increased combining them with selected natural antimicrobials. The natural antimicrobial employed induced noticeable modifications of membrane fatty acid profiles and volatile compounds produced by microbial cells during the growth. The modification of the expression in genes involved in fatty acid biosynthesis suggesting that the cytoplasmic membrane of microbial cells is one of the major cellular target of essential oils and their components. The comprehension of microbial stress response mechanisms can contribute to the scaling up of natural antimicrobials and bio-control agents at industrial level.