Untersuchungen zum Engraftment primärer humaner akuter myeloischer Leukämieblasten in einem immundefizienten Mausmodel

Die akute myeloische Leukämie (AML) stellt ein äußerst heterogenes hämatologisches Krankheitsbild dar, welches durch die unkontrollierte Proliferation unausdifferenzierter und gleichzeitig nicht-funktioneller hämatopoetischer Zellen gekennzeichnet ist. Sowohl die unterschiedliche Zellherkunft, als auch zytogenetische Aberrationen und molekulargenetische Mutationen sorgen für eine große Diversität der Erkrankung. In der Therapie kommen Chemotherapeutika zum Einsatz, welche die Leukämie in eine komplette Remission bringen sollen. Der einzige kurative Ansatz besteht aus der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation. Abgesehen von den gewünschten kurativen Effekten, induzieren die im Transplantat befindlichen Spender-T-Lymphozyten ebenfalls die Transplantat-gegen-Wirt Erkrankung – eine Hauptursache von Mortalität und Morbidität nach erfolgter allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation. Da bei vielen Patienten aufgrund ihres Alters und ihrer Begleiterkrankungen eine Transplantation nicht tolerieren und da viele akuten myeloischen Leukämien trotz Chemotherapie progredient sind, schlägt die Therapie fehl und es gibt keine Chance auf Heilung. rnZur Erforschung der pathologischen Prozesse der akuten myeloischen Leukämie sowie für die Entwicklung neuer Therapiekonzepte bedarf es stabiler Tiermodelle, die die maligne Erkrankung des Menschen darstellen können. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Engraftments humaner primärer akuter myeloischer Leukämien in immuninkompetenten NSG-Mäusen. Die Untersuchungen zeigten, dass lediglich 61,5% der getesteten Leukämien in den Versuchstieren nach der Xenotransplantation nachgewiesen werden konnten. Die Gründe hierfür sind noch nicht ausreichend geklärt, beinhalten jedoch vermutlich Elemente des Homings, des Überlebens der Zelle in der fremden murinen Knochenmarknische, der Abwesenheit spezifischer humaner Wachstumsfaktoren, sowie intrinsische Unterschiede unter den verschiedenen Leukämieproben. Leukämien, die mit einer schlechten Prognose beim Patienten verbunden sind, wachsen in den Tieren stärker an. In den Versuchen konnte gezeigt werden, dass Leukämien mit einer Längenmutation des FLT3-Rezeptors eher häufiger in den NSG-Mäusen anwachsen, als wenn diese Mutation fehlt. Die Analyse der erstellten Wachstumskinetiken zweier Leukämien ergab, dass die Höhe des Engraftments in den einzelnen Organen sowohl von der transplantierten Zellmenge, als auch von der Höhe der angesetzten Versuchszeit abhängt. Zudem wurde ein Wachstum humaner T-Lymphozyten in den xenotransplantierten Mäusen beobachtet, welches sowohl mit einem höheren Engraftment der Leukämie in der Maus verbunden war, als auch mit einer höheren Tiersterblichkeit vergesellschaftet war.rnZum Verhindern dieses Wachstums wurden zwei unterschiedliche Methoden angewendet und miteinander verglichen. Dabei erzielten sowohl die medikamentöse Behandlung der Tiere mit dem Calcineurininhibitor Cyclosporin A, als auch die CD3-Depletion der Leukämie vor der Transplantation ein T-Zell-freies Wachstum in den Mäusen, letzteres erwies sich jedoch als das schonendere Verfahren. In den T-Zell-freien Tieren konnte bei dem Großteil der Tiere kein Engraftment im Knochenmark festgestellt werden, was auf einen positiven Einfluss der humanen T-Lymphozyten beim Vorgang des Engraftments schließen lässt.rn

Simulations of amphiphilic peptides at the air-water interface

Amphiphile Peptide, Pro-Glu-(Phe-Glu)n-Pro, Pro-Asp-(Phe-Asp)n-Pro, und Phe-Glu-(Phe-Glu)n-Phe, können so aus n alternierenden Sequenzen von hydrophoben und hydrophilen Aminosäuren konstruiert werden, dass sie sich in Monolagen an der Luft-Wasser Grenzfläche anordnen. In biologischen Systemen können Strukturen an der organisch-wässrigen Grenzfläche als Matrix für die Kristallisation von Hydroxyapatit dienen, ein Vorgang der für die Behandlung von Osteoporose verwendet werden kann. In der vorliegenden Arbeit wurden Computersimulationenrneingesetzt, um die Strukturen und die zugrunde liegenden Wechselwirkungen welche die Aggregation der Peptide auf mikroskopischer Ebene steuern, zu untersuchen. Atomistische Molekulardynamik-Simulationen von einzelnen Peptidsträngen zeigen, dass sie sich leicht an der Luft-Wasser Grenzfläche anordnen und die Fähigkeit haben, sich in β-Schleifen zu falten, selbst für relativ kurze Peptidlängen (n = 2). Seltene Ereignisse wie diese (i.e. Konformationsänderungen) erfordern den Einsatz fortgeschrittener Sampling-Techniken. Hier wurde “Replica Exchange” Molekulardynamik verwendet um den Einfluss der Peptidsequenzen zu untersuchen. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass Peptide mit kürzeren azidischen Seitenketten (Asp vs. Glu) gestrecktere Konformationen aufwiesen als die mit längeren Seitenketten, die in der Lage waren die Prolin-Termini zu erreichen. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Prolin-Termini (Pro vs. Phe) notwendig sind, um eine 2D-Ordnung innerhalb derrnAggregate zu erhalten. Das Peptid Pro-Asp-(Phe-Asp)n-Pro, das beide dieser Eigenschaften enthält, zeigt das geordnetste Verhalten, eine geringe Verdrehung der Hauptkette, und ist in der Lage die gebildeten Aggregate durch Wasserstoffbrücken zwischen den sauren Seitenketten zu stabilisieren. Somit ist dieses Peptid am besten zur Aggregation geeignet. Dies wurde auch durch die Beurteilung der Stabilität von experimentnah-aufgesetzten Peptidaggregaten, sowie der Neigung einzelner Peptide zur Selbstorganisation von anfänglich ungeordneten Konfigurationen unterstützt. Da atomistische Simulationen nur auf kleine Systemgrößen und relativ kurze Zeitskalen begrenzt sind, wird ein vergröbertes Modell entwickelt damit die Selbstorganisation auf einem größeren Maßstab studiert werden kann. Da die Selbstorganisation an der Grenzfläche vonrnInteresse ist, wurden existierenden Vergröberungsmethoden erweitert, um nicht-gebundene Potentiale für inhomogene Systeme zu bestimmen. Die entwickelte Methode ist analog zur iterativen Boltzmann Inversion, bildet aber das Update für das Interaktionspotential basierend auf der radialen Verteilungsfunktion in einer Slab-Geometrie und den Breiten des Slabs und der Grenzfläche. Somit kann ein Kompromiss zwischen der lokalen Flüssigketsstruktur und den thermodynamischen Eigenschaften der Grenzfläche erreicht werden. Die neue Methode wurde für einen Wasser- und einen Methanol-Slab im Vakuum demonstriert, sowie für ein einzelnes Benzolmolekül an der Vakuum-Wasser Grenzfläche, eine Anwendung die von besonderer Bedeutung in der Biologie ist, in der oft das thermodynamische/Grenzflächenpolymerisations-Verhalten zusätzlich der strukturellen Eigenschaften des Systems erhalten werden müssen. Daraufrnbasierend wurde ein vergröbertes Modell über einen Fragment-Ansatz parametrisiert und die Affinität des Peptids zur Vakuum-Wasser Grenzfläche getestet. Obwohl die einzelnen Fragmente sowohl die Struktur als auch die Wahrscheinlichkeitsverteilungen an der Grenzfläche reproduzierten, diffundierte das Peptid als Ganzes von der Grenzfläche weg. Jedoch führte eine Reparametrisierung der nicht-gebundenen Wechselwirkungen für eines der Fragmente der Hauptkette in einem Trimer dazu, dass das Peptid an der Grenzfläche blieb. Dies deutet darauf hin, dass die Kettenkonnektivität eine wichtige Rolle im Verhalten des Petpids an der Grenzfläche spielt.

CD137-selektierte leukämiereaktive T-Zellen gesunder Spender zur adoptiven Immuntherapie stammzelltransplantierter Leukämiepatienten = CD137-selected leukaemia-reactive T Cells from healthy donors for adoptive immunotherapy in stem-cell-transplanted leukaemia-patients

Bei stammzelltransplantierten Patienten, die ein Rezidiv ihrer Leukämie erleiden, kann eine Donor-Lymphozyten-Infusion (DLI) dauerhafte vollständige Leukämieremissionen induzieren. T-Zellen in der DLI vermitteln sowohl den potentiell kurativen Graft-versus-Leukaemia (GVL) Effekt, als auch die potentiell lebensbedrohliche Graft-versus-Host Disease (GVHD). Hingegen könnte die Infusion von leukämiereaktiven T-Zellen einen selektiven GVL Effekt und einen Langzeitschutz vor Rezidiven durch eine spezifisch gegen die Leukämie gerichtete Immunantwort und Immunität vermitteln. Unsere Arbeitsgruppe hat Protokolle zur in vitro Generierung leukämiereaktiver T-Zellen entwickelt, die hohe zytotoxische Aktivität gegen akute myeloische Leukämie-Blasten (AML) bei minimaler Reaktion auf mögliche GVHD Zielstrukturen zeigen. Für die klinische Anwendung sind diese Protokolle jedoch zu aufwändig, wobei vor allem eine erhebliche Verkürzung der Kulturzeit auf wenige Wochen erforderlich ist. Diese Verkürzung der in vitro Kulturzeit könnte das Wachstum von T-Zellen vom central memory oder frühen effector memory Phänotyp fördern, für die eine bessere in vivo Effektorfunktion und längere Persistenz im Rezipienten verglichen mit T-Zellen aus Langzeitkultur gezeigt werden konnte. Der Aktivierungsmarker und Kostimulations-Rezeptor CD137 kann zur Erkennung und Isolation antigenspezifischer T-Zellen genutzt werden, ohne dass dafür das von den T-Zellen erkannte Peptidepitop bekannt sein muss. Eine CD137-vermittelte Anreicherung mit Hilfe von clinical grade Materialien könnte verwendet werden, um DLI-Produkte mit leukämiespezifischen T-Zellen herzustellen, die sich sowohl durch eine effizientere T-Zell Generierung durch in vitro Selektion und Kostimulation, als auch durch eine verbesserte Spezifität des T-Zell-Produkts auszeichnen. Lymphozyten-Leukämie Cokulturen (mixed lymphocyte leukaemia cultures) wurden mit CD8 T-Zellen gesunder Spender und HLA-identischen oder einzel-HLA-mismatch AML-Blasten angesetzt und wöchentlich restimuliert. Nach zwei Wochen wurden die T-Zellen 12 Stunden nach Restimulation über den Marker CD137 positiv isoliert und anschließend separat weiterkultiviert. Die isolierten Fraktionen und unseparierten Kontrollen wurden im ELISPOT-Assay und im Chrom-Freisetzungstest an Tag 5 nach der Restimulation getestet. Es wurden keine konsistent nachweisbaren Vorteile im Hinblick auf Wachstum und Funktion der isolierten CD137-positiv Fraktion im Vergleich zur unseparierten Kontrolle gefunden. Verschiedene Isolationsmethoden, Patient-Spender-Systeme, Methoden zur Restimulation, Temperaturbedingungen, Zytokinkombinationen und Methoden der Zytokinzugabe sowie zusätzliche Feeder-Zellen oder AML-Blasten konnten Wachstum, funktionelle Daten und die deutlichen Zellverluste während der Isolation nicht entscheidend beeinflussen. Vitalfärbungen zeigten, dass aktivierungsinduzierter Zelltod CD137-positiver Zellen zu diesen Ergebnissen beitragen könnte. Im Gegensatz zur Stimulation mit AML-Blasten wurden erfolgreiche CD137-Anreicherungen für peptidstimulierte T-Zellen publiziert. Unterschiedliche CD137-Expressionskinetiken, aktivierungsinduzierter Zelltod und regulatorische T-Zellen sind mögliche Faktoren aufgrund derer die CD137-Anreicherung in diesem spezifischen Kontext ungeeinet sein könnte. Der stimulatorische Effekt eines CD137-Signals auf AML-reaktive CD8 T-Zellen wurde mit Hilfe von CD3/CD28 und CD3/CD28/CD137 Antikörper-beschichteten magnetischen beads untersucht. Für Nierenzellkarzinom-reaktive T-Zellen war die Stimulation mit CD3/CD28/CD137 beads genauso effektiv wie mit Tumorzellen und effektiver als mit CD3/CD28 beads. Beide Arten von beads waren für eine Stimulation während der ersten Wochen der Zellkultur geeignet, sodass ein zusätzliches CD137-Signal für die länger anhaltende Expansion tumorreaktiver T-Zellen zur klinischen Anwendung nützlich sein könnte. Die bead-Expansion veränderte die IFN-Sekretion im ELISPOT nicht, aber verursachte eine mäßige Verschlechterung der Zytotoxizität im Chrom-Freisetzungstest. Im Gegensatz dazu zeigten bei AML-reaktiven T-Zellen beide Arten von beads einen nicht apoptosevermittelten, dosisabhängigen zellschädigenden Effekt, der zu einer raschen Abnahme der Zellzahl in Kulturen mit beads führte. Unerwünschte Effekte auf die T-Zell-Funktionalität durch bead-Stimulation sind in der Literatur beschrieben, dennoch gibt es aktuell keine Veröffentlichungen, die eine fundierte Erklärung für den Effekt auf AML-reaktive T-Zellen bieten könnten. Abgesehen von Literaturdaten, die darauf hindeuten, dass CD137 ein vielversprechendes Kandidatenmolekül für die Anreicherung und Expansion von AML-reaktiven T-Zellen sein könnte, zeigen die eigenen Daten sowohl zur CD137-Isolation als auch zur bead-Stimulation, dass für diese spezielle Anwendung CD137 ein ungeeigneter Aktivierungsmarker und Kostimulations-Ligand ist.

Modeling and simulation of fibrinogen and its adsorption behavior

In this thesis different approaches for the modeling and simulation of the blood protein fibrinogen are presented. The approaches are meant to systematically connect the multiple time and length scales involved in the dynamics of fibrinogen in solution and at inorganic surfaces. The first part of the thesis will cover simulations of fibrinogen on an all atom level. Simulations of the fibrinogen protomer and dimer are performed in explicit solvent to characterize the dynamics of fibrinogen in solution. These simulations reveal an unexpectedly large and fast bending motion that is facilitated by molecular hinges located in the coiled-coil region of fibrinogen. This behavior is characterized by a bending and a dihedral angle and the distribution of these angles is measured. As a consequence of the atomistic detail of the simulations it is possible to illuminate small scale behavior in the binding pockets of fibrinogen that hints at a previously unknown allosteric effect. In a second step atomistic simulations of the fibrinogen protomer are performed at graphite and mica surfaces to investigate initial adsorption stages. These simulations highlight the different adsorption mechanisms at the hydrophobic graphite surface and the charged, hydrophilic mica surface. It is found that the initial adsorption happens in a preferred orientation on mica. Many effects of practical interest involve aggregates of many fibrinogen molecules. To investigate such systems, time and length scales need to be simulated that are not attainable in atomistic simulations. It is therefore necessary to develop lower resolution models of fibrinogen. This is done in the second part of the thesis. First a systematically coarse grained model is derived and parametrized based on the atomistic simulations of the first part. In this model the fibrinogen molecule is represented by 45 beads instead of nearly 31,000 atoms. The intra-molecular interactions of the beads are modeled as a heterogeneous elastic network while inter-molecular interactions are assumed to be a combination of electrostatic and van der Waals interaction. A method is presented that determines the charges assigned to beads by matching the electrostatic potential in the atomistic simulation. Lastly a phenomenological model is developed that represents fibrinogen by five beads connected by rigid rods with two hinges. This model only captures the large scale dynamics in the atomistic simulations but can shed light on experimental observations of fibrinogen conformations at inorganic surfaces.

Computer simulation of rod-coil block copolymers and tetrapod,polymer mixtures

In this thesis I present a new coarse-grained model suitable to investigate the phase behavior of rod-coil block copolymers on mesoscopic length scales. In this model the rods are represented by hard spherocylinders, whereas the coil block consists of interconnected beads. The interactions between the constituents are based on local densities. This facilitates an efficient Monte-Carlo sampling of the phase space. I verify the applicability of the model and the simulation approach by means of several examples. I treat pure rod systems and mixtures of rod and coil polymers. Then I append coils to the rods and investigate the role of the different model parameters. Furthermore, I compare different implementations of the model. I prove the capability of the rod-coil block copolymers in our model to exhibit typical micro-phase separated configurations as well as extraordinary phases, such as the wavy lamellar state, percolating structuresrnand clusters. Additionally, I demonstrate the metastability of the observed zigzag phase in our model. A central point of this thesis is the examination of the phase behavior of the rod-coil block copolymers in dependence of different chain lengths and interaction strengths between rods and coil. The observations of these studies are summarized in a phase diagram for rod-coil block copolymers. Furthermore, I validate a stabilization of the smectic phase with increasing coil fraction.rnIn the second part of this work I present a side project in which I derive a model permitting the simulation of tetrapods with and without grafted semiconducting block copolymers. The effect of these polymers is added in an implicit manner by effective interactions between the tetrapods. While the depletion interaction is described in an approximate manner within the Asakura-Oosawa model, the free energy penalty for the brush compression is calculated within the Alexander-de Gennes model. Recent experiments with CdSe tetrapods show that grafted tetrapods are clearly much better dispersed in the polymer matrix than bare tetrapods. My simulations confirm that bare tetrapods tend to aggregate in the matrix of excess polymers, while clustering is significantly reduced after grafting polymer chains to the tetrapods. Finally, I propose a possible extension enabling the simulation of a system with fluctuating volume and demonstrate its basic functionality. This study is originated in a cooperation with an experimental group with the goal to analyze the morphology of these systems in order to find the ideal morphology for hybrid solar cells.

Analysis and numerical solution of the Peterlin viscoelastic model

Liquids and gasses form a vital part of nature. Many of these are complex fluids with non-Newtonian behaviour. We introduce a mathematical model describing the unsteady motion of an incompressible polymeric fluid. Each polymer molecule is treated as two beads connected by a spring. For the nonlinear spring force it is not possible to obtain a closed system of equations, unless we approximate the force law. The Peterlin approximation replaces the length of the spring by the length of the average spring. Consequently, the macroscopic dumbbell-based model for dilute polymer solutions is obtained. The model consists of the conservation of mass and momentum and time evolution of the symmetric positive definite conformation tensor, where the diffusive effects are taken into account. In two space dimensions we prove global in time existence of weak solutions. Assuming more regular data we show higher regularity and consequently uniqueness of the weak solution. For the Oseen-type Peterlin model we propose a linear pressure-stabilized characteristics finite element scheme. We derive the corresponding error estimates and we prove, for linear finite elements, the optimal first order accuracy. Theoretical error of the pressure-stabilized characteristic finite element scheme is confirmed by a series of numerical experiments.

Confocal imaging protocols for live/dead staining in three-dimensional carriers

In tissue engineering, a variety of methods are commonly used to evaluate survival of cells inside tissues or three-dimensional (3D) carriers. Among these methods confocal laser scanning microscopy opened accessibility of 3D tissue using live cell imaging into the tissue or 3D scaffolds. However, although this technique is ideally applied to 3D tissue or scaffolds with thickness up to several millimetres, this application is surprisingly rare and scans are often done on slices with thickness <20 μm. Here, we present novel protocols for the staining of 3D tissue (e.g. intervertebral disc tissue) and scaffolds, such as fibrin gels or alginate beads.

Role of hypoxia and growth and differentiation factor-5 on differentiation of human mesenchymal stem cells towards intervertebral nucleus pulposus-like cells

There is evidence that mesenchymal stem cells (MSCs) can differentiate towards an intervertebral disc (IVD)-like phenotype. We compared the standard chondrogenic protocol using transforming growth factor beta-1 (TGFß) to the effects of hypoxia, growth and differentiation factor-5 (GDF5), and coculture with bovine nucleus pulposus cells (bNPC). The efficacy of molecules recently discovered as possible nucleus pulposus (NP) markers to differentiate between chondrogenic and IVD-like differentiation was evaluated. MSCs were isolated from human bone marrow and encapsulated in alginate beads. Beads were cultured in DMEM (control) supplemented with TGFß or GDF5 or under indirect coculture with bNPC. All groups were incubated at low (2 %) or normal (20 %) oxygen tension for 28 days. Hypoxia increased aggrecan and collagen II gene expression in all groups. The hypoxic GDF5 and TGFß groups demonstrated most increased aggrecan and collagen II mRNA levels and glycosaminoglycan accumulation. Collagen I and X were most up-regulated in the TGFß groups. From the NP markers, cytokeratin-19 was expressed to highest extent in the hypoxic GDF5 groups; lowest expression was observed in the TGFß group. Levels of forkhead box F1 were down-regulated by TGFß and up-regulated by coculture with bNPC. Carbonic anhydrase 12 was also down-regulated in the TGFß group and showed highest expression in the GDF5 group cocultured with bNPC under hypoxia. Trends in gene expression regulation were confirmed on the protein level using immunohistochemistry. We conclude that hypoxia and GDF5 may be suitable for directing MSCs towards the IVD-like phenotype.

The in vitro effects of dexamethasone, insulin and triiodothyronine on degenerative human intervertebral disc cells under normoxic and hypoxic conditions

Degeneration of intervertebral discs (IVD) is one of the main causes of back pain and tissue engineering has been proposed as a treatment. Tissue engineering requires the use of highly expensive growth factors, which might, in addition, lack regulatory approval for human use. In an effort to find readily available differentiation factors, we tested three molecules – dexamethasone, triiodothyronine (T3) and insulin – on human IVD cells isolated after surgery, expanded in vitro and transferred into alginate beads. Triplicates containing 40 ng/ml dexamethasone, 10 nM T3 and 10 µg/ml insulin, together with a positive control (10 ng/mL transforming growth factor (TGF)-beta 1), were sampled weekly over six weeks and compared to a negative control. Furthermore, we compared the results to cultures with optimized chondrogenic media and under hypoxic condition (2% O2). Glycosaminoglycan (GAG) determination by Alcian Blue assay and histological staining showed dexamethasone to be more effective than T3 and insulin, but less than TGF-beta1. DNA quantification showed that only dexamethasone stimulated cell proliferation. qPCR demonstrated that TGF-beta1 and the optimized chondrogenic groups increased the expression of collagen type II, while aggrecan was stimulated in cultures containing dexamethasone. Hypoxia increased GAG accumulation, collagen type II and aggrecan expression, but had no effect on or even lowered cell number. In conclusion, dexamethasone is a valuable and cost-effective molecule for chondrogenic and viability induction of IVD cells under normoxic and hypoxic conditions, while insulin and T3 did not show significant differences.

Anisotropic Mechanical Properties of ABS Parts Fabricated by Fused Deposition Modelling

In recent years, layered manufacturing (LM) processes have begun to progress from rapid prototyping techniques towards rapid manufacturing methods, where the objective is now to produce finished components for potential end use in a product (Caulfield et al., 2007). LM is especially promising for the fabrication of specific need, low volume products such as replacement parts for larger systems. This trend accentuates the need for a thorough understanding of the associated mechanical properties and the resulting behavior of parts produced by layered methods. Not only must the base material be durable, but the mechanical properties of the layered components must be sufficient to meet in-service loading and operational requirements, and be reasonably comparable to parts produced by more traditional manufacturing techniques. This chapter presents the details of a study completed to quantitatively analyze the potential of fused deposition modelling to fully evolve into a rapid manufacturing tool. The project objective is to develop an understanding of the dependence of the mechanical properties of FDM parts on raster orientation and to assess whether these parts are capable of maintaining their integrity while under service loading. The study examines the effect of fiber orientation, i.e. the direction of the polymer beads relative to the loading direction of the part, on a variety of important mechanical properties of ABS components fabricated by fused deposition modeling. Tensile, compressive, flexural, impact, and fatigue strength properties of FDM specimens are examined, evaluated, and placed in context in comparison with the properties of injection molded ABS parts.

Endocannabinoid content in fetal bovine sera - unexpected effects on mononuclear cells and osteoclastogenesis

The major endocannabinoids (ECs) arachidonoylethanolamide (AEA) and 2-arachidonoylglycerol (2-AG) and related N-ethanolamines act as full and partial agonists at CB(1), CB(2), GPR55, PPAR and TRPV1 receptors to various degrees. These receptors are also expressed in immune cells like monocytes/macrophages where they regulate different cellular processes. In this study, potentially bioactive lipids in fetal bovine sera (FBS) were quantified by GC/MS. We found that several commercial FBS contain ECs and bioactive amounts of 2-AG (250-700 nM). We show that residual 2-AG from FBS can activate primary macrophages and increase migration and RANKL-stimulated osteoclastogenesis. Furthermore, 2-AG high-content sera specifically upregulated LPS-stimulated IL-6 expression in U937 cells. Polymyxin B beads may be used to selectively and efficiently remove 2-AG from sera, but not arachidonic acid and N-ethanolamines. In conclusion, 2-AG in cell culture media may significantly influence cellular experiments. CD14+ mononuclear cells which strongly express surface CB receptors may be particularly sensitive towards residual 2-AG from FBS. Therefore, the EC content in culture media should be controlled in biological experiments involving monocytes/macrophages.

Quantification of oxidized levels of specific RNA species using an aldehyde reactive probe

Emerging evidence has shown that oxidation of RNA, including messenger RNA (mRNA), is elevated in several age-related diseases, although investigation of oxidized levels of individual RNA species has been limited. Recently we reported that an aldehyde reactive probe (ARP) quantitatively reacts with oxidatively modified depurinated/depyrimidinated (abasic) RNA. Here we report a novel method to isolate oxidized RNA using ARP and streptavidin beads. An oligo RNA containing abasic sites that were derivatized with ARP was pulled down by streptavidin beads, whereas a control oligo RNA was not. In vitro oxidized RNA, as well as total cellular RNA, isolated from oxidatively stressed cells was also pulled down, dependent on oxidation level, and concentrated in the pull-down fraction. Quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) using RNA in the pull-down fraction demonstrated that several gene transcripts were uniquely increased in the fraction by oxidative stress. Thus, our method selectively concentrates oxidized RNA by pull-down and enables the assessment of oxidation levels of individual RNA species. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Continuous Formation and Separation of Calcium-Alginate Capsules Containing Viable Mammalian Cells in Microfluidic Devices

Microfluidic devices can be used for many applications, including the formation of well-controlled emulsions. In this study, the capability to continuously create monodisperse droplets in a microfluidic device was used to form calcium-alginate capsules.Calcium-alginate capsules have many potential uses, such as immunoisolation of cells and microencapsulation of active drug ingredients or bitter agents in food or beverage products. The gelation of calcium-alginate capsules is achieved by crosslinking sodiumalginate with calcium ions. Calcium ions dissociated from calcium carbonate due to diffusion of acetic acid from a sunflower oil phase into an aqueous droplet containing sodium-alginate and calcium carbonate. After gelation, the capsules were separated from the continuous oil phase into an aqueous solution for use in biological applications. Typically, capsules are separated bycentrifugation, which can damage both the capsules and the encapsulated material. A passive method achieves separation without exposing the encapsulated material or the capsules to large mechanical forces, thereby preventing damage. To achieve passiveseparation, the use of a microfluidic device with opposing channel wa hydrophobicity was used to stabilize co-laminar flow of im of hydrophobicity is accomplished by defining one length of the channel with a hydrogel. The chosen hydrogel was poly (ethylene glycol) diacrylate, which adheres to the glass surface through the use of self-assembled monolayer of 3-(trichlorosilyl)-propyl methacrylate. Due to the difference in surface energy within the channel, the aqueous stream is stabilized near a hydrogel and the oil stream is stabilized near the thiolene based optical adhesive defining the opposing length of the channel. Passive separation with co-laminar flow has shown success in continuously separating calcium-alginatecapsules from an oil phase into an aqueous phase. In addition to successful formation and separation of calcium alginate capsules,encapsulation of Latex micro-beads and viable mammalian cells has been achieved. The viability of encapsulated mammalian cells was determined using a live/dead stain. The co-laminar flow device has also been demonstrated as a means of separating liquid-liquidemulsions.

Design-based stereology to quantify structural properties of artificial and natural snow using thin sections

The quantification of the structural properties of snow is traditionally based on model-based stereology. Model-based stereology requires assumptions about the shape of the investigated structure. Here, we show how the density, specific surface area, and grain boundary area can be measured using a design-based method, where no assumptions about structural properties are necessary. The stereological results were also compared to X-ray tomography to control the accuracy of the method. The specific surface area calculated with the stereological method was 19.8 ± 12.3% smaller than with X-ray tomography. For the density, the stereological method gave results that were 11.7 ± 12.1% larger than X-ray tomography. The statistical analysis of the estimates confirmed that the stereological method and the sampling used are accurate. This stereological method was successfully tested on artificially produced ice beads but also on several snow types. Combining stereology and polarisation microscopy provides a good estimate of grain boundary areas in ice beads and in natural snow, with some limitatio

Mandibular reconstruction using a combination graft of rhBMP-2 with bone marrow cells expanded in vitro

BACKGROUND: The aim of this study was to evaluate the efficacy of a combination graft, using recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and culture-expanded cells derived from bone marrow, for bone regeneration in a nonhuman primate mandible. METHODS: Five Japanese monkeys were used. Three milliliters of bone marrow was obtained from the tibia and plated into culture flasks. Adherent cells were cultured until near confluence; then, the proliferated cells were transferred to a three-dimensional culture system using collagen beads as the cell carrier. The medium was supplemented with ascorbic acid, beta-glycerophosphate, and dexamethasone to promote osteoblastic differentiation. After further proliferation on beads, the cells were mixed with a collagen sponge that was impregnated with rhBMP-2 and grafted into surgically created segmental bone defects of the mandibles. Three animals received this treatment, and either culture-expanded cells alone or collagen beads without cells were implanted into the remaining two monkeys as controls. The animals were killed 24 weeks after surgery, and the results were assessed by radiographic and histologic evaluation. RESULTS: The combination graft of culture-expanded bone marrow cells with rhBMP-2 in a collagen sponge regenerated the mandibular bone completely. By contrast, the graft of culture-expanded cells alone resulted in only a small amount of bone formation, and the implantation of collagen beads alone led to no bone formation. CONCLUSION: The combination graft of rhBMP-2 and culture-expanded cells, which requires only a small amount of bone marrow, is a reliable method for the reconstruction of segmental bone defects of the mandible.