Chiral HPLC analysis of donepezil, 5-O-desmethyl donepezil and 6-O-desmethyl donepezil in culture medium: application to fungal biotransformation studies

An high performance liquid chromatography (HPLC) method for the enantioselective determination of donepezil (DPZ), 5-O-desmethyl donepezil (5-ODD), and 6-O-desmethyl donepezil (6-ODD) in Czapek culture medium to be applied to biotransformation studies with fungi is described for the first time. The HPLC analysis was carried out using a Chiralpak AD-H column with hexane/ethanol/methanol (75:20:5, v/v/v) plus 0.3 % triethylamine as mobile phase and UV detection at 270 nm. Sample preparation was carried out by liquid-liquid extraction using ethyl acetate as extractor solvent. The method was linear over the concentration range of 100-10,000 ng mL(-1) for each enantiomer of DPZ (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9985) and of 100-5,000 ng mL(-1) for each enantiomer of 5-ODD (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9977) and 6-ODD (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9951). Within-day and between-day precision and accuracy evaluated by relative standard deviations and relative errors, respectively, were lower than 15 % for all analytes. The validated method was used to assess DPZ biotransformation by the fungi Beauveria bassiana American Type Culture Collection (ATCC) 7159 and Cunninghamella elegans ATCC 10028B. Using the fungus B. bassiana ATCC 7159, a predominant formation of (R)-5-ODD was observed while for the fungus C. elegans ATCC 10028B, DPZ was biotransformed to (R)-6-ODD with an enantiomeric excess of 100 %.

Hydrodynamical simulations of early-type galaxies: effects of galaxy shape and stellar dynamics on hot coronae

Early-Type galaxies (ETGs) are embedded in hot (10^6-10^7 K), X-ray emitting gaseous haloes, produced mainly by stellar winds and heated by Type Ia supernovae explosions, by the thermalization of stellar motions and occasionally by the central super-massive black hole (SMBH). In particular, the thermalization of the stellar motions is due to the interaction between the stellar and the SNIa ejecta and the hot interstellar medium (ISM) already residing in the ETG. A number of different astrophysical phenomena determine the X-ray properties of the hot ISM, such as stellar population formation and evolution, galaxy structure and internal kinematics, Active Galactic Nuclei (AGN) presence, and environmental effects. With the aid of high-resolution hydrodynamical simulations performed on state-of-the-art galaxy models, in this Thesis we focus on the effects of galaxy shape, stellar kinematics and star formation on the evolution of the X-ray coronae of ETGs. Numerical simulations show that the relative importance of flattening and rotation are functions of the galaxy mass: at low galaxy masses, adding flattening and rotation induces a galactic wind, thus lowering the X-ray luminosity; at high galaxy masses the angular momentum conservation keeps the central regions of rotating galaxies at low density, whereas in non-rotating models a denser and brighter atmosphere is formed. The same dependence from the galaxy mass is present in the effects of star formation (SF): in light galaxies SF contributes to increase the spread in Lx, while at high galaxy masses the halo X-ray properties are marginally sensitive to SF effects. In every case, the star formation rate at the present epoch quite agrees with observations, and the massive, cold gaseous discs are partially or completely consumed by SF on a time-scale of few Gyr, excluding the presence of young stellar discs at the present epoch.

Self-organised transients in a neural mass model of epileptogenic tissue dynamics

Stimulation of human epileptic tissue can induce rhythmic, self-terminating responses on the EEG or ECoG. These responses play a potentially important role in localising tissue involved in the generation of seizure activity, yet the underlying mechanisms are unknown. However, in vitro evidence suggests that self-terminating oscillations in nervous tissue are underpinned by non-trivial spatio-temporal dynamics in an excitable medium. In this study, we investigate this hypothesis in spatial extensions to a neural mass model for epileptiform dynamics. We demonstrate that spatial extensions to this model in one and two dimensions display propagating travelling waves but also more complex transient dynamics in response to local perturbations. The neural mass formulation with local excitatory and inhibitory circuits, allows the direct incorporation of spatially distributed, functional heterogeneities into the model. We show that such heterogeneities can lead to prolonged reverberating responses to a single pulse perturbation, depending upon the location at which the stimulus is delivered. This leads to the hypothesis that prolonged rhythmic responses to local stimulation in epileptogenic tissue result from repeated self-excitation of regions of tissue with diminished inhibitory capabilities. Combined with previous models of the dynamics of focal seizures this macroscopic framework is a first step towards an explicit spatial formulation of the concept of the epileptogenic zone. Ultimately, an improved understanding of the pathophysiologic mechanisms of the epileptogenic zone will help to improve diagnostic and therapeutic measures for treating epilepsy.

Measurement of 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine in DNA by high-performance liquid chromatography-mass spectrometry: comparison with measurement by gas chromatography-mass spectrometry

Measurement of 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine (8-OH-dGuo) in DNA by high-performance liquid chromatography/mass spectrometry (LC/MS) was studied. A methodology was developed for separation by LC of 8-OH-dGuo from intact and modified nucleosides in DNA hydrolyzed by a combination of four enzymes: DNase I, phosphodiesterases I and II and alkaline phosphatase. The atmospheric pressure ionization-electrospray process was used for mass spectral measurements. A stable isotope-labeled analog of 8-OH-dGuo was used as an internal standard for quantification by isotope-dilution MS (IDMS). Results showed that LC/IDMS with selected ion-monitoring (SIM) is well suited for identification and quantification of 8-OH-dGuo in DNA at background levels and in damaged DNA. The sensitivity level of LC/IDMS-SIM was found to be comparable to that reported previously using LC-tandem MS (LC/MS/MS). It was found that approximately five lesions per 106 DNA bases can be detected using amounts of DNA as low as 2 µg. The results also suggest that this lesion may be quantified in DNA at levels of one lesion per 106 DNA bases, or even lower, when more DNA is used. Up to 50 µg of DNA per injection were used without adversely affecting the measurements. Gas chromatography/isotope-dilution MS with selected-ion monitoring (GC/IDMS-SIM) was also used to measure this compound in DNA following its removal from DNA by acidic hydrolysis or by hydrolysis with Escherichia coli Fpg protein. The background levels obtained by LC/IDMS-SIM and GC/IDMS-SIM were almost identical. Calf thymus DNA and DNA isolated from cultured HeLa cells were used for this purpose. This indicates that these two techniques can provide similar results in terms of the measurement of 8-OH-dGuo in DNA. In addition, DNA in buffered aqueous solution was damaged by ionizing radiation at different radiation doses and analyzed by LC/IDMS-SIM and GC/IDMS-SIM. Again, similar results were obtained by the two techniques. The sensitivity of GC/MS-SIM for 7,8-dihydro-8-oxoguanine was also examined and found to be much greater than that of LC/MS-SIM and the reported sensitivity of LC/MS/MS for 8-OH-dGuo. Taken together, the results unequivocally show that LC/IDMS-SIM is well suited for sensitive and accurate measurement of 8-OH-dGuo in DNA and that both LC/IDMS-SIM and GC/IDMS-SIM can provide similar results.

Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Mechanisms of heat and mass transfer to and from single drops freely-suspended in an air stream

A specially-designed vertical wind tunnel was used to freely suspend individual liquid drops of 5 mm initial diameter to investigate drop dynamics, terminal velocity and heat and mass transfer rates. Droplets of distilled, de-ionised water, n-propanol, iso-butanol, monoethanolamine and heptane were studied over a temperature range of 50oC to 82oC. The effects of substances that may provide drop surface rigidity (e.g. surface active agents, binders and polymers) on mass transfer rates were investigated by doping distilled de-ionised water drops with sodium di-octyl sulfo-succinate surfactant. Mass transfer rates decreased with reduced drop oscillation as a result of surfactant addition, confirming the importance of droplet surface instability. Rigid naphthalene spheres and drops which formed a skin were also studied; the results confirmed the reduced transfer rates in the absence of drop fluidity. Following consideration of fundamental drop dynamics in air and experimental results from this study, a novel dimensionless group, the Oteng-Attakora, (OT), number was included in the mass transfer equation to account for droplet surface behaviour and for prediction of heat and mass transfer rates from single drops which exhibit surface instability at Re>=500. The OT number and the modified mass transfer equation are respectively: OT=(ava2/d).de1.5(d/) Sh = 2 + 0.02OT0.15Re0.88Sc0.33 Under all conditions drop terminal velocity increased linearly with the square root of drop diameter and the drag coefficient was 1. The data were correlated with a modified equation by Finlay as follows: CD=0.237.((Re/P0.13)1.55(1/We.P0.13) The relevance of the new model to practical evaporative spray processes is discussed.

Intermittent Fasting Induces Hypothalamic Modifications Resulting In Low Feeding Efficiency, Low Body Mass And Overeating.

Intermittent fasting (IF) is an often-used intervention to decrease body mass. In male Sprague-Dawley rats, 24 hour cycles of IF result in light caloric restriction, reduced body mass gain, and significant decreases in the efficiency of energy conversion. Here, we study the metabolic effects of IF in order to uncover mechanisms involved in this lower energy conversion efficiency. After 3 weeks, IF animals displayed overeating during fed periods and lower body mass, accompanied by alterations in energy-related tissue mass. The lower efficiency of energy use was not due to uncoupling of muscle mitochondria. Enhanced lipid oxidation was observed during fasting days, whereas fed days were accompanied by higher metabolic rates. Furthermore, an increased expression of orexigenic neurotransmitters AGRP and NPY in the hypothalamus of IF animals was found, even on feeding days, which could explain the overeating pattern. Together, these effects provide a mechanistic explanation for the lower efficiency of energy conversion observed. Overall, we find that IF promotes changes in hypothalamic function that explain differences in body mass and caloric intake.

Exercise Increases Pancreatic β-cell Viability In A Model Of Type 1 Diabetes Through Il-6 Signaling.

Type 1 diabetes (T1D) is provoked by an autoimmune assault against pancreatic β cells. Exercise training enhances β-cell mass in T1D. Here, we investigated how exercise signals β cells in T1D condition. For this, we used several approaches. Wild-type and IL-6 knockout (KO) C57BL/6 mice were exercised. Afterward, islets from control and trained mice were exposed to inflammatory cytokines (IL-1β plus IFN-γ). Islets from control mice and β-cell lines (INS-1E and MIN6) were incubated with serum from control or trained mice or medium obtained from 5-aminoimidazole-4 carboxamide1-β-d-ribofuranoside (AICAR)-treated C2C12 skeletal muscle cells. Subsequently, islets and β cells were exposed to IL-1β plus IFN-γ. Proteins were assessed by immunoblotting, apoptosis was determined by DNA-binding dye propidium iodide fluorescence, and NO(•) was estimated by nitrite. Exercise reduced 25, 75, and 50% of the IL-1β plus IFN-γ-induced iNOS, nitrite, and cleaved caspase-3 content, respectively, in pancreatic islets. Serum from trained mice and medium from AICAR-treated C2C12 cells reduced β-cell death, induced by IL-1β plus IFN-γ treatment, in 15 and 38%, respectively. This effect was lost in samples treated with IL-6 inhibitor or with serum from exercised IL-6 KO mice. In conclusion, muscle contraction signals β-cell survival in T1D through IL-6.-Paula, F. M. M., Leite, N. C., Vanzela, E. C., Kurauti, M. A., Freitas-Dias, R., Carneiro, E. M., Boschero, A. C., and Zoppi, C. C. Exercise increases pancreatic β-cell viability in a model of type 1 diabetes through IL-6 signaling.

Effect of culture medium on biocalcification by Pseudomonas Putida, Lysinibacillus Sphaericus and Bacillus Subtilis

The objective of this study is to investigate the efficiency of calcium carbonate bioprecipitation by Lysinibacillus sphaericus, Bacillus subtilis and Pseudomonas putida, obtained from the Coleção de Culturas do Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde (INCQS), as a first step in determining their potential to protect building materials against water uptake. Two culture media were studied: modified B4 containing calcium acetate and 295 with calcium chloride. Calcium consumption in the two media after incubation with and without the bacterial inoculum was determined by atomic absorption analysis. Modified B4 gave the best results and in this medium Pseudomonas putida INQCS 113 produced the highest calcium carbonate precipitation, followed by Lysinibacillus sphaericus INQCS 414; the lowest precipitation was produced by Bacillus subtilis INQCS 328. In this culture medium XRD analysis showed that Pseudomonas putida and Bacillus subtilis precipitated calcite and vaterite polymorphs while Lysinibacillus sphaericus produced only vaterite. The shape and size of the crystals were affected by culture medium, bacterial strain and culture conditions, static or shaken. In conclusion, of the three strains Pseudomonas putida INQCS 113 in modified B4 medium gave the best results precipitating 96% of the calcium, this strain thus has good potential for use on building materials.

TiO2-Photocatalyzed degradation of phenol in saline media in an annular reactor: hydrodynamics, lumped kinetics, intermediates, and acute toxicity

The photocatalytic degradation of phenol in aqueous suspensions of TiO2 under different salt concentrations in an annular reactor has been investigated. In all cases, complete removal of phenol and mineralization degrees above 90% were achieved. The reactor operational parameters were optimized and its hydrodynamics characterized in order to couple mass balance equations with kinetic ones. The photodegradation of the organics followed a Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson lumped kinetics. From GC/MS analyses, several intermediates formed during oxidation have been identified. The main ones were catechol, hydroquinone, and 3-phenyl-2-propenal, in this order. The formation of negligible concentrations of 4-chlorophenol was observed only in high salinity medium. Acute toxicity was determined by using Artemia sp. as the test organism, which indicated that intermediate products were all less toxic than phenol and a significant abatement of the overall toxicity was accomplished, regardless of the salt concentration.

pH do meio de cultivo e crescimento de plântulas de ginseng brasileiro cultivadas in vitro

O presente trabalho objetivou avaliar o efeito do pH do meio de cultivo sobre alguns parâmetros de crescimento da Pfaffia glomerata (Spreng.) Pedersen cultivada in vitro, bem como checar se o crescimento dos explantes altera o pH do meio ao longo do período de cultivo. Foram testados quatro tratamentos constituídos de distintos valores de pH (3,7; 5,0; 6,0 e 7,5) do meio de cultivo. O pH do meio de cultivo foi ajustado antes da inclusão do agar (6g L-1 - Merck) e da autoclavagem. Como fonte de explantes foram utilizadas segmentos nodais de plantas previamente estabelecidas in vitro em meio MS. Dos nove aos 15 dias após a inoculação (DAI) dos segmentos nodais, verificou-se maior número de raízes em pH 6,0 e o menor no pH 7,5. Aos 35 DAI, o comprimento da maior brotação e o número total de segmentos nodais por planta foram maiores em torno de pH 6,0. Aos 35 DAI, observou-se menor crescimento em biomassa de raízes em pH 3,7. Já a parte aérea apresentou menor biomassa em pH 7,5. Aos 35 DAI, a produção de matéria fresca e seca total da plântula foi maior em pH próximo a 6,0. Concluiu-se que valores de pH do meio de cultivo próximos a 6,0, ajustados antes da autoclavagem, são ideais para o crescimento da P. glomerata cultivada in vitro. Também se verificou que o crescimento da plântula modificou significativamente o pH do meio de cultivo.

Electrochemical Reduction Using Glassy Carbon Electrode in Aqueous Medium of a Potential Anti-Chagas Drug: NFOH

Nitrofurazone (NF) presents activity against Chagas' disease, yet it has a high toxicity. Its analog, hydroxymethylnitrofurazone (NFOH), is more potent against Trypanosoma cruzi and much less toxic than the parent drug, NF. The electrochemical reduction of NFOH in an aqueous medium using a glassy carbon electrode (GCE) is presented. By cyclic voltammetry in anacidic medium, one irreversible reduction peak related to hydroxylamine derivative formation was registered, being linearly pH dependent. However, from pH > 7, a reversible reduction peak at a more positive potential appears and corresponds to the formation of a nitro radical anion. The radical-anion kinetic stability was evaluated by Ip(a)/Ip(c) the current ratio of the R-NO(2)/R-NO(2)-redox couple. The nitro radical anion decays with a second-order rate constant (k(2)) of 6.07, 2.06, and 1.44(X 10(3)) L mol(-1) s(-1) corresponding to pH 8.29, 9.29, and 10.2, respectively, with a corresponding half-time life (t(1/2)) of 0.33, 0.97, and 1.4 s for each pH value. By polishing the GCE surface with diamond powder and comparing with the GCE surface polished with alumina, it is shown that the presence of alumina affects the lifetime of the nitro radical anion. (C) 2009 The Electrochemical Society. [DOI: 10.1149/1.3130082] All rights reserved.

Kinematics of galaxies in compact groups Studying the B-band Tully-Fischer relation

We obtained new Fabry-Perot data cubes and derived velocity fields, monochromatic, and velocity dispersion maps for 28 galaxies in the Hickson compact groups 37, 40, 47, 49, 54, 56, 68, 79, and 93. We also derived rotation curves for 9 of the studied galaxies, 6 of which are strongly asymmetric. Combining these new data with previously published 2D kinematic maps of compact group galaxies, we investigated the differences between the kinematic and morphological position angles for a sample of 46 galaxies. We find that one third of the unbarred compact group galaxies have position angle misalignments between the stellar and gaseous components. This and the asymmetric rotation curves are clear signatures of kinematic perturbations, probably because of interactions among compact group galaxies. A comparison between the B-band Tully-Fisher relation for compact group galaxies and for the GHASP field-galaxy sample shows that, despite the high fraction of compact group galaxies with asymmetric rotation curves, these lay on the TF relation defined by galaxies in less dense environments, although with more scatter. This agrees with previous results, but now confirmed for a larger sample of 41 galaxies. We confirm the tendency for compact group galaxies at the low-mass end of the Tully-Fisher relation (HCG 49b, 89d, 96c, 96d, and 100c) to have either a magnitude that is too bright for its mass (suggesting brightening by star formation) and/or a low maximum rotational velocity for its luminosity (suggesting tidal stripping). These galaxies are outside the Tully Fisher relation at the 1 sigma level, even when the minimum acceptable values of inclinations are used to compute their maximum velocities. Including such galaxies with nu < 100 km s(-1) in the determination of the zero point and slope of the compact group B-band Tully-Fisher relation would strongly change the fit, making it different from the relation for field galaxies, which has to be kept in mind when studying scaling relations of interacting galaxies, especially at high redshifts.

Topology Studies of Hydrodynamics Using Two-Particle Correlation Analysis

The effects of fluctuating initial conditions are studied in the context of relativistic heavy ion collisions where a rapidly evolving system is formed. Two-particle correlation analysis is applied to events generated with the NEXSPHERIO hydrodynamic code, starting with fluctuating nonsmooth initial conditions (IC). The results show that the nonsmoothness in the IC survives the hydroevolution and can be seen as topological features of the angular correlation function of the particles emerging from the evolving system. A long range correlation is observed in the longitudinal direction and in the azimuthal direction a double peak structure is observed in the opposite direction to the trigger particle. This analysis provides clear evidence that these are signatures of the combined effect of tubular structures present in the IC and the proceeding collective dynamics of the hot and dense medium.

Continuous monitoring of ascorbate transport through neuroblastoma cells with a ruthenium oxide hexacyanoferrate modified microelectrode

The uptake of ascorbate by neuroblastoma cells using a ruthenium oxide hexacyanoferrate (RuOHCF)-modified carbon fiber disc (CFD) microelectrode (r = 14.5 mu m) was investigated. By use of the proposed electrochemical sensor the amperometric determination of ascorbate was performed at 0.0 V in minimum essential medium (MEM, pH = 7.2) with a limit of detection of 25 mu mol L(-1). Under the optimum experimental conditions, no interference from MEM constituents and reduced glutathione (used to prevent the oxidation of ascorbate during the experiments) was noticed. The stability of the RuOHCF-modified electrode response was studied by measuring the sensitivity over an extended period of time (120 h), a decrease of around 10% being noticed at the end of the experiment. The rate of ascorbate uptake by control human neuroblastoma SH-SY5Y cells, and cells transfected with wild-type Cu,Zn-superoxide dismutase (SOD WT) or with a mutant typical of familial amyotrophic lateral sclerosis (SOD G93A), was in agreement with the level of oxidative stress in these cells. The usefulness of the RuOHCF-modified microelectrode for in vivo monitoring of ascorbate inside neuroblastoma cells was also demonstrated.