Dyspnea-related cues engage the prefrontal cortex - evidence from functional brain imaging in COPD

Dyspnea is the major source of disability in chronic obstructive pulmonary disease (COPD). In COPD, environmental cues (e.g. the prospect of having to climb stairs) become associated with dyspnea, and may trigger dyspnea even before physical activity commences. We hypothesised that brain activation relating to such cues would be different between COPD patients and healthy controls, reflecting greater engagement of emotional mechanisms in patients. Methods: Using FMRI, we investigated brain responses to dyspnea-related word cues in 41 COPD patients and 40 healthy age-matched controls. We combined these findings with scores of self-report questionnaires thus linking the FMRI task with clinically relevant measures. This approach was adapted from studies in pain that enables identification of brain networks responsible for pain processing despite absence of a physical challenge. Results: COPD patients demonstrate activation in the medial prefrontal cortex (mPFC), and anterior cingulate cortex (ACC) which correlated with the visual analogue scale (VAS) response to word cues. This activity independently correlated with patient-reported questionnaires of depression, fatigue and dyspnea vigilance. Activation in the anterior insula, lateral prefrontal cortex (lPFC) and precuneus correlated with the VAS dyspnea scale but not the questionnaires. Conclusions: Our findings suggest that engagement of the brain's emotional circuitry is important for interpretation of dyspnea-related cues in COPD, and is influenced by depression, fatigue, and vigilance. A heightened response to salient cues is associated with increased symptom perception in chronic pain and asthma, and our findings suggest such mechanisms may be relevant in COPD.

Subjective evaluation of experimental dyspnoea: effects of isocapnia and repeated exposure

Resistive respiratory loading is an established stimulus for the induction of experimental dyspnoea. In comparison to unloaded breathing, resistive loaded breathing alters end-tidal CO2 (PETCO2), which has independent physiological effects (e.g. upon cerebral blood flow). We investigated the subjective effects of resistive loaded breathing with stabilized PETCO2 (isocapnia) during manual control of inspired gases on varying baseline levels of mild hypercapnia increased PETCO2). Furthermore, to investigate whether perceptual habituation to dyspnoea stimuli occurs, the study was repeated over four experimental sessions. Isocapnic hypercapnia did not affect dyspnoea unpleasantness during resistive loading. A post hoc analysis revealed a small increase of respiratory unpleasantness during unloaded breathing at +0.6 kPa, the level that reliably induced isocapnia. We didnot observe perceptual habituation over the four sessions. We conclude that isocapnic respiratory loading allows stable induction of respiratory unpleasantness, making it a good stimulus for multi-session studies of dyspnoea.

Using problem-based learning in a chemistry practical class for pharmacy students and engaging them with feedback

Objective: To introduce a new approach to problem based learning (PBL) used in the context of medicinal chemistry practical class teaching pharmacy students. Design: The described chemistry practical is based on independent studies by small groups of undergraduate students (4-5), who design their own practical work taking relevant professional standards into account. Students are carefully guided by feedback and acquire a set of skills important to their future profession as healthcare professionals. This model has been tailored to the application of PBL in a chemistry practical class setting for a large student cohort (150 students). Assessment: The achievement of learning outcomes is based on the submission of relevant documentation including a certificate of analysis, in addition to peer assessment. Some of the learning outcomes are also assessed in the final written examination at the end of the academic year. Conclusion: The described design of a novel PBL chemistry laboratory course for pharmacy students has been found to be successful. Self-reflective learning and engagement with feedback were encouraged, and students enjoyed the challenging learning experience. Skills that are highly essential for the students’ future careers as healthcare professionals are promoted.

Museum Personalized : The impact of floor staff on an exhibition - A holistic approach

The current paper presents a study conducted at The National Museum of Science and Technology in Stockholm to investigate the exhibition “Antarctica – that’s cool” from its first concept to the first workshop that is held in the exhibition. The focus is on the influence of floor staff on an exhibition and workshops as learning facilities in museums. Findings, based on visitor observation and the exhibition building process, go into the characteristics of low-budget productions and discuss the importance of staff on the exhibition floor for museums as life-long learning facilities. The holistic approach of the study provides deep insights into the complex interplay of visitors, staff and exhibitions. The results can be used for future exhibition building processes and educational programs in museums and should strengthen the museum’s position as life-long learning facility in nowadays society.

Phenotypic and genotypic characterization of Prototheca zopfii in a dog with enteric signs

This is a case report of enteric protothecosis caused by Prototheca zopfii in an eight-year-old male mixed breed dog with a history of chronic bloody diarrhea, loss of appetite and weight loss. Algae were isolated from rectal scrapings in defibrinated sheep blood agar and dextrose Sabouraud agar. Cytological evaluation showed the presence of globular and cylindrical organisms with a defined capsule and variable number of endospores, characteristic of the genus Prototheca, in the rectum of the animal. Scanning electron microscopy of P. zopfii strains at different development stages confirmed the diagnosis of algal infection. Molecular identification using a conserved 18S rDNA gene sequence determined that the strain belonged to genotype 2. This report describes success on treatment of canine protothecosis, diagnosed based on clinical, cytological, microbiological, scanning electron microscopy and genotypical findings. (c) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Can entanglement explain black hole entropy?

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Bioeconomía: nuevas oportunidades para la agricultura

Pese a su relevancia potencial para América Latina y el Caribe , el concepto de bioeconomía ha recibido poca atención en las políticas públicas de los países de la región. Además, se percibe la existencia de un vacio de literatura en español sobre el tema, que limita el conocimiento del tema y de sus alcances como marco de referencia para las políticas de desarrollo e innovación. Esta publicación busca llenar ese vacio. El documento incluye la traducción de los articulos contenidos en la sección Focus del número especial sobre bioeconomia publicado por la revista Rural 21, The International Journal for Rural Development (Vol. 48, No. 3 / 2014, pp. 6- 27). Los artículos abarcan temas relativos al origen del concepto, las estrategias de bioeconomía alrededor del mundo, la investigación y la cooperación, el desarrollo de redes de valor basadas en la biomasa, los criterios para el desarrollo de estrategias de bioeconiomía pro-pobres, así como al rol del sector privado.

A hymenopterists' guide to the Hymenoptera Anatomy Ontology: utility, clarification, and future directions

Hymenoptera exhibit an incredible diversity of phenotypes, the result of similar to 240 million years of evolution and the primary subject of more than 250 years of research. Here we describe the history, development, and utility of the Hymenoptera Anatomy Ontology (HAO) and its associated applications. These resources are designed to facilitate accessible and extensible research on hymenopteran phenotypes. Outreach with the hymenopterist community is of utmost importance to the HAO project, and this paper is a direct response to questions that arose from project workshops. In a concerted attempt to surmount barriers of understanding, especially regarding the format, utility, and development of the HAO, we discuss the roles of homology, "preferred terms", and "structural equivalency". We also outline the use of Universal Resource Identifiers (URIs) and posit that they are a key element necessary for increasing the objectivity and repeatability of science that references hymenopteran anatomy. Pragmatically, we detail a mechanism (the "URI table") by which authors can use URIs to link their published text to the HAO, and we describe an associated tool (the "Analyzer") to derive these tables. These tools, and others, are available through the HAO Portal website (http://portal.hymao.org). We conclude by discussing the future of the HAO with respect to digital publication, cross-taxon ontology alignment, the advent of semantic phenotypes, and community-based curation.

Erkennungssequenzen und strukturelle Elemente als Determinanten der regulierten Spaltung von Membranproteinen

Eine funktionell und strukturell diverse Gruppe von Transmembranproteinen wie beispielsweise Mediatoren und deren Rezeptoren können proteolytisch gespalten werden. Dieser Prozess wird als Shedding bezeichnet. Kürzlich konnte die proteolytische Aktivität identifiziert werden, die für die Prozessierung von proTNFa verantwortlich ist. Sie wurde TACE (TNF Alpha Converting Enzyme) genannt. In Experimenten mit TACE-/- Fibroblasten konnte ich herausfinden, dass das durch PMA induzierte Shedding des IL-6Rs stark reduziert war. Eine basale hydroxamatsensitive Freisetzung des IL-6Rs konnte allerdings noch detektiert werden. Um Unterschiede im Shedding von IL-6R und proTNFa zu untersuchen, generierte ich chimäre Proteine aus diesen beiden Proteinen, bei denen die Spaltstellenregionen gegeneinander vertauscht worden waren. TNFa Chimären zeigten nur sehr geringes Shedding. Im Gegensatz dazu wurden IL-6R Chimären, die die proTNFa Spaltstelle enthielten spontan gespalten. Die PMA-Induzierbarkeit war verloren gegangen. Daraufhin wurden verschiedene Chimären des unspaltbaren Proteins gp130 und der Spaltstellenpeptide aus TNFa, TGFa und IL-6R generiert. Hierbei wurde ein kurzes membranproximales Peptid aus gp130 gegen die Spaltstellen ausgetauscht. Diese Peptide übertrugen sowohl spontane ale auch PMA-induzierte Spaltbarkeit auf gp130. Um die minimalen Bedingungen für Shedding zu untersuchen, setzte ich verkürzte IL-6R Spaltstellenpeptide in gp130 ein. Die resultierenden Chimären waren empfänglich für reguliertes Shedding. Überaschenderweise konnten auch spaltbare Chimären durch das Ersetzen der membrannahem Region von gp130 durch die entsprechende Region aus dem ebenfalls nicht spaltbaren LIFR generiert werden.

Cholesterin und Progesteron - Modulatoren G-Protein-gekoppelter Signaltransduktionswege

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren bilden mit etwa 2000 bekannten Mitgliedern die größte Familie plasmamembranständiger Hormonrezeptoren. Über ihre sieben Transmembrandomänen stehen sie in engem Kontakt mit der umgebenden Lipiddoppelschicht. Diese Arbeit zeigt, dass Cholesterin, ein wichtiger Bestandteil der Lipiddoppelschicht, Membranproteine prinzipiell durch zwei Mechanismen beeinflussen kann: Der Oxytocinrezeptor interagiert direkt und spezifisch mit Cholesterin, wobei die hochaffine Ligandenbindung durch kooperative Bindung von mindestens fünf Cholesterinmolekülen induziert wird. Die Ligandenbindung des Cholecystokininrezeptors wird hingegen indirekt durch Cholesterin über dessen Einfluss auf die Membranfluidität moduliert. Die für die Interaktion mit dem Oxytocinrezeptor wichtigen Bereiche des Cholesterinmoleküls konnten identifiziert werden. Die Erkenntnisse wurden zur Synthese eines funktionellen photoreaktiven Cholesterinderivats genutzt, das den gereinigten, jedoch unfunktionellen Oxytocinrezeptor markierte und in Zukunft zur Identifizierung der Cholesterinbindungsstellen verwendet werden soll. Ansätze zur Reinigung des funktionellen Oxytocinrezeptors werden vorgestellt.Die uteruskontrahierende Wirkung des Oxytocins wird über einen noch unbekannten Mechanismus durch Progesteron inhibiert. Diese Arbeit demonstriert, dass Progesteron rasch, reversibel und nicht-genomisch Liganden-induzierte Calciumantworten G-Protein-gekoppelter Rezeptoren verändert. Progesteron wirkt zelltypspezifisch auf einer der Ligand-Rezeptor-Interaktion nachgeschalteten Ebene der Signaltransduktion. Möglicherweise besteht hier ein Zusammenhang mit der nachgewiesenen Inhibition des intrazellulären Cholesterintransports durch Progesteron oder mit raschen Progesteron-induzierten Calciumsignalen, die im Rahmen dieser Arbeit näher untersucht wurden.

Der Einfluss einer Cytomegalovirus-Infektion auf das Risiko eines Leukämie-Rezidivs nach Knochenmarktransplantation

Eine Erkrankung durch das humane Cytomegalovirus (hCMV) und ein Rezidiv des Ausgangstumors sind zwei gravierende Komplikationen im Rahmen der Therapie von Malignomen des hämatopoetischen Systems durch Knochenmarktransplantation (KMT). Eine mögliche pathogenetische Interaktion zwischen hCMV-Infektion und einem von einer Minimalen Residualen Leukämie (MRL) ausgehenden Rezidiv wurde bislang in klinischen Verlaufsstudien nach KMT noch nicht systematisch untersucht.In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von CMV auf ein Lymphom in einem Modellsystem untersucht. Dazu erweiterten wir das etablierte Modell der murinen CMV (mCMV) Infektion nach experimenteller syngener KMT mit dem Mausstamm BALB/c als Spender und Empfänger durch ein B-Zell-Lymphom als weiteren Parameter. Als Modell-Lymphom diente uns eine mit dem Reportergen lacZ transfizierte, ex tumore klonierte, in der Leber hochgradig tumorigene Variante (Klon E12E) des von BALB/c abgeleiteten B-Zell-Lymphoms A20. Die Arbeiten führten zur Erstbeschreibung einer anti-metastatischen Wirkung der mCMV-Infektion (Erlach at al., 2002; J. Virol. 76: 2857-2870).Im neu etablierten Tiermodell konnte erstmals gezeigt werden, dass eine CMV-Infektion die Ansiedelung eines murinen B-Zell-Lymphoms in der Leber deutlich verringert. Damit wurde die Entstehung einer letalen Tumorerkrankung, abhängig von der Ausgangslast an Tumorzellen signifikant verzögert oder sogar ganz verhindert. Die Suche nach Mechanismen, die diesen antitumoralen Effekt von mCMV verursachen, führte zu folgenden Ergebnissen: Im Unterschied zu onkolytischen Viren basiert die antitumorale Wirkung von mCMV nicht auf einer zytozidalen Infektion der Lymphomzellen. Darüber hinaus zeigt mCMV keine zytostatische oder Apoptose-induzierende Wirkung. Außerdem sind die rekonstituierenden Knochenmarkzellen als Effektoren für den anti-Tumoreffekt auszuschließen. Direkte zytotoxische, sowie systemische Effekte von TNF-alpha konnten als antitumorale Mechanismen ausgeschlossen werden. Die intravenöse Applikation von UV-inaktiviertem Virus zeigte ebenfalls eine Inhibition des Lymphomwachstums, so dass der antitumorale Effekt offenbar durch virale Strukturproteine (Virion-Proteine) ausgelöst wird.Auf der Basis dieser Daten vermuten wir eine Inhibition der Extravasation (transendotheliale Migration/Diapedese) der Tumorzellen aufgrund einer gestörten Kommunikation zwischen Tumorzelle und sinusoidalem Endothel der Leber. Das virale Hüll-Glykoprotein B kann aufgrund seiner signalinduzierenden Wirkung als ein guter Kandidat angesehen werden.

Experimente zur Formen- und Größenwahrnehmung beim Goldfisch (Carassius auratus) unter Verwendung von Scheinkonturen und Größentäuschungen

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, mit Hilfe von Scheinkonturen und Größentäuschungen durch psychophysische Methoden die Formen- und Größenwahrnehmung beim Goldfisch zu untersuchen. Zur Klärung dieser Frage wurden Dressurexperimente durchgeführt und unter Verwendung zweier verschiedener Untersuchungsmethoden das Verhalten der Versuchstiere bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Goldfisch verschiedene Scheinkonturen wahrnehmen kann. Voraussetzung hierfür ist, dass sich diese Scheinkonturen durch klare Kanten vom Hintergrund abgrenzen. Die Untersuchung der verschiedenen Größentäuschungen zeigte kein einheitliches Ergebnis. Sowohl bei der MÜLLER-LYER- als auch bei der PONZO-Täuschung zeigten sich die Versuchstiere in ihrem Verhalten unabhängig von den Bestandteilen der Täuschungsfiguren, die die Dressurreize umgaben. Sie ließen sich also durch die Figuren nicht „täuschen“, sondern richteten sich nur nach ihren Dressurformen. Nur bei der EBBINGHAUS-Täuschung ließen sich die Versuchstiere von den umgebenden Elementen beeinflussen und bevorzugten die Täuschungsfigur. Allgemein zeigte sich, dass die Fische ihre jeweiligen Dressurstimuli sehr genau erlernt hatten und eine erlernte Unterscheidungsfähigkeit nicht auf anderen Formen oder Größen übertrugen. Zusätzlich wurde bei zwei unterschiedlichen Formen der minimale Größenunterschied ermittelt, der notwendig ist, um die beiden Formen als unterschiedlich groß wahrzunehmen. Die Messungen ergaben sehr deutliche Unterschiede in den absoluten Größenunterschieden bei den zwei getesteten Arten von Formen. Vergleicht man jedoch das Flächenverhältnis der beiden Größen der jeweiligen Figur, bei der eine Größenunterscheidung gerade noch möglich war, so stellt man fest, dass dieses Verhältnis bei beiden Formen identisch ist. Lediglich der Sehwinkel kann bei kompakteren Figuren kleiner sein, um zwei verschiedene Größen noch voneinander unterscheiden zu können.

Entwicklung und Charakterisierung verschiedener biomimetischer Lipidmembransysteme zur Untersuchung von Membranproteinen

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei unterschiedliche Modellmembransysteme auf Goldelektroden zur Untersuchung von Membranproteinen entwickelt und charakterisiert. Der eine Modellmembrantyp basiert auf einer kovalent an eine Goldelektrode gebundenen binären Thiolschicht, bestehend aus 2-Mercaptoethanol und einem Thiolipid. Das 2-Mercaptoethanol dient der Reduzierung des kovalent gebundenen Lipidanteils der Submonolage um eine höhere laterale Beweglichkeit der Lipide in der Membran zu gewährleisten. Für den Aufbau der Submonolage kamen zwei Assemblierungsmethoden zur Anwendung. Membranen, die auf einer zweistufig assemblierten binären Thiolschicht aufgebaut wurden, zeigen gegenüber Membranen, die auf einer koadsorbierten Thiolschicht basieren, deutliche Vorteile in den elektrochemischen Eigenschaften. Es zeigte sich gerner, dass durch die zweistufige Assemblierung gegenüber der einstufigen Koadsorption eine deutlich bessere Kontrolle der binären Thiolschicht hinsichtlich ihrer Zusammensetzung möglich ist. An einer solchen Membran konnte erstmals die reversible Hemmung der Kanaleigenschaften der peripher an die Membran bindenden Annexin V-Mutanten (Fussionsprotein aus Annexin V und Strep-tag II) mit Streptavidin (Mutante 1) experimentell gezeigt werden. Der zweite Membrantyp wurde auf einem plasmapolymerisierten Maleinsäureanhydrid-Film aufgebaut, wobei verschiedene Strategien verfolgt wurden. Membranen die auf einem mit Decylamin funktionalisierten plasmapolymerisierten Maleinsäureanhydrid-Film aufgebaut wurden, zeigen hinsichtlich der elektrochemischen Eigenschaften im Vergleich zur elektrostatischen Anbindung (über Ca2+-Ionen) der Membran verbessert werden. Diese Membranen zeichnen sich durch eine äußerst hohe Fluidität und einen großen Submembranraum aus. Die Inkorporation des Ionencarriers Valinomycin und der transmembranen Cytochrom-c-Oxidase (Komplex IV der Atmungskette) in den kovalent gebundenen Ca2+-abhängigen Membrantyp ist unter Erhalt der Proteinaktivität möglich, was die Eignung dieser Membran zur Untersuchung von Membranproteinen zeigt.

Optimised polyolefin branch quantification by 13 C NMR spectroscopy

Quantitative branch determination in polyolefins by solid- and melt-state 13C NMR has been investigated. Both methods were optimised toward sensitivity per unit time. While solid-state NMR was shown to give quick albeit only qualitative results, melt-state NMR allowed highly time efficient accurate branch quantification. Comparison of spectra obtained using spectrometers operating at 300, 500 and 700 MHz 1H Larmor frequency, with 4 and 7~mm MAS probeheads, showed that the best sensitivity was achieved at 500 MHz using a 7 mm 13C-1H optimised high temperature probehead. For materials available in large quantities, static melt-state NMR, using large diameter detection coils and high coil filling at 300 MHz, was shown to produce comparable results to melt-state MAS measurements in less time. While the use of J-coupling mediated polarisation transfer techniques was shown to be possible, direct polarisation via single-pulse excitation proved to be more suitable for branch quantification in the melt-state. Artificial line broadening, introduced by FID truncation, was able to be reduced by the use of π pulse-train heteronuclear dipolar decoupling. This decoupling method, when combined with an extended duty-cycle, allowed for significant improvement in resolution. Standard setup, processing and analysis techniques were developed to minimise systematic errors contributing to the measured branch contents. The final optimised melt-state MAS NMR method was shown to allow time efficient quantification of comonomer content and distribution in both polyethylene- and polypropylene-co-α-olefins. The sensitivity of the technique was demonstrated by quantifying branch concentrations of 8 branches per 100,000 CH2 for an industrial ‘linear’ polyethylene in only 13 hours. Even lower degrees of 3–8 long-chain branches per 100,000 carbons were able to be estimated in just 24 hours for a series of γ-irradiated polypropylene homopolymers.