Low temperatures reduce skin healing in the Jacaré do Pantanal (Caiman yacare, Daudin 1802)

Studies of skin wound healing in crocodilians are necessary given the frequent occurrence of cannibalism in intensive farming systems. Air temperature affects tissue recovery because crocodilians are ectothermic. Therefore, the kinetics of skin wound healing in Caiman yacare were examined at temperatures of 33°C and 23°C. Sixteen caiman were selected and divided into two groups of eight maintained at 23°C or 33°C. The studied individuals' scars were photographed after 1, 2, 3, 7, 15 and 30 days of the experimental conditions, and samples were collected for histological processing after 3, 7, 15 and 30 days. Macroscopically, the blood clot (heterophilic granuloma) noticeably remained in place covering the wound longer for the caiman kept at 23°C. Microscopically, the temperature of 23°C slowed epidermal migration and skin repair. Comparatively, new blood vessels, labeled using von Willebrand factor (vWF) antibody staining, were more frequently found in the scars of the 33°C group. The collagen fibers in the dermis were denser in the 33°C treatment. Considering the delayed healing at 23°C, producers are recommended to keep wounded animals at 33°C, especially when tanks are cold, to enable rapid wound closure and better repair of collagen fibers because such lesions tend to compromise the use of their skin as leather.

Quantitative analysis of photodynamic therapy effects in rat mammary tumor vascular density using image-pro plus software

Photodynamic therapy (PDT) is a treatment modality that has advanced rapidly in recent years. It causes tissue and vascular damage with the interaction of a photosensitizing agent (PS), light of a proper wavelength, and molecular oxygen. Evaluation of vessel damage usually relies on histopathology evaluation. Results are often qualitative or at best semi-quantitative based on a subjective system. The aim of this study was to evaluate, using CD31 immunohistochem- istry and image analysis software, the vascular damage after PDT in a well-established rodent model of chemically induced mammary tumor. Fourteen Sprague-Dawley rats received a single dose of 7,12-dimethylbenz(a)anthraxcene (80 mg/kg by gavage), treatment efficacy was evaluated by comparing the vascular density of tumors after treatment with Photogem® as a PS, intraperitoneally, followed by interstitial fiber optic lighting, from a diode laser, at 200 mW/cm and light dose of 100 J/cm directed against his tumor (7 animals), with a control group (6 animals, no PDT). The animals were euthanized 30 hours after the lighting and mammary tumors were removed and samples from each lesion were formalin-fixed. Immunostained blood vessels were quantified by Image Pro-Plus version 7.0. The control group had an average of 3368.6 ± 4027.1 pixels per picture and the treated group had an average of 779 ± 1242.6 pixels per area (P < 0.01), indicating that PDT caused a significant decrease in vascular density of mammary tumors. The combined immu- nohistochemistry using CD31, with selection of representative areas by a trained pathology, followed by quantification of staining using Image Pro-Plus version 7.0 system was a practical and robust methodology for vessel damage evalua- tion, which probably could be used to assess other antiangiogenic treatments.

Resident angiogenic mesenchymal stem cells from multiorgan donor thoracic aortas

Stem cells are one of the most fascinating areas of biology today, and since the discover of an adult population, i.e., adult Stem Cells (aSCs), they have generated much interest especially for their application potential as a source for cell based regenerative medicine and tissue engineering. aSCs have been found in different tissues including bone marrow, skin, intestine, central nervous system, where they reside in a special microenviroment termed “niche” which regulate the homeostasis and repair of adult tissues. The arterial wall of the blood vessels is much more plastic than ever before believed. Several animal studies have demonstrated the presence of cells with stem cell characteristics within the adult vessels. Recently, it has been also hypothesized the presence of a “vasculogenic zone” in human adult arteries in which a complete hierarchy of resident stem cells and progenitors could be niched during lifetime. Accordingly, it can be speculated that in that location resident mesenchymal stem cells (MSCs) with the ability to differentiate in smooth muscle cells, surrounding pericytes and fibroblasts are present. The present research was aimed at identifying in situ and isolating MSCs from thoracic aortas of young and healthy heart-beating multiorgan donors. Immunohistochemistry performed on fresh and frozen human thoracic aortas demonstrated the presence of the vasculogenic zone between the media and the adventitial layers in which a well preserved plexus of CD34 positive cells was found. These cells expressed intensely HLA-I antigens both before and after cryopreservation and after 4 days of organ cultures remained viable. Following these preliminary results, we succeeded to isolate mesenchymal cells from multi-organ thoracic aortas using a mechanical and enzymatic combined procedure. Cells had phenotypic characteristics of MSC i.e., CD44+, CD90+, CD105+, CD166+, CD34low, CD45- and revealed a transcript expression of stem cell markers, e.g., OCT4, c-kit, BCRP-1, IL6 and BMI-1. As previously documented using bone marrow derived MSCs, resident vascular wall MSCs were able to differentiate in vitro into endothelial cells in the presence of low-serum supplemented with VEGF-A (50 ng/ml) for 7 days. Under the condition described above, cultured cells showed an increased expression of KDR and eNOS, down-regulation of the CD133 transcript, vWF expression as documented by flow cytometry, immunofluorescence, qPCR and TEM. Moreover, matrigel assay revealed that VEGF induced cells were able to form capillary-like structures within 6 hours of seeding. In summary, these findings indicate that thoracic aortas from heart-beating, multi-organ donors are highly suitable for obtaining MSCs with the ability to differentiate in vitro into endothelial cells. Even though their differentiating potential remains to be fully established, it is believed that their angiogenic ability could be a useful property for allogenic use. These cells can be expanded rapidly, providing numbers which are adequate for therapeutic neovascularization; furthermore they can be cryostored in appropriate cell banking facilities for later use.

Peripheral arterial disease and diabetes: effects on endothelial progenitor cell differentiation and nitric oxide metabolism

In the recent years it is emerged that peripheral arterial disease (PAD) has become a growing health problem in Western countries. This is a progressive manifestation of atherothrombotic vascular disease, which results into the narrowing of the blood vessels of the lower limbs and, as final consequence, in critical leg ischemia. PAD often occurs along with other cardiovascular risk factors, including diabetes mellitus (DM), low-grade inflammation, hypertension, and lipid disorders. Patients with DM have an increased risk of developing PAD, and that risk increases with the duration of DM. Moreover, there is a growing population of patients identified with insulin resistance (IR), impaired glucose tolerance, and obesity, a pathological condition known as “metabolic syndrome”, which presents increased cardiovascular risk. Atherosclerosis is the earliest symptom of PAD and is a dynamic and progressive disease arising from the combination of endothelial dysfunction and inflammation. Endothelial dysfunction is a broad term that implies diminished production or availability of nitric oxide (NO) and/or an imbalance in the relative contribution of endothelium-derived relaxing factors. The secretion of these agents is considerably reduced in association with the major risks of atherosclerosis, especially hyperglycaemia and diabetes, and a reduced vascular repair has been observed in response to wound healing and to ischemia. Neovascularization does not only rely on the proliferation of local endothelial cells, but also involves bone marrow-derived stem cells, referred to as endothelial progenitor cells (EPCs), since they exhibit endothelial surface markers and properties. They can promote postnatal vasculogenesis by homing to, differentiating into an endothelial phenotype, proliferating and incorporating into new vessels. Consequently, EPCs are critical to endothelium maintenance and repair and their dysfunction contributes to vascular disease. The aim of this study has been the characterization of EPCs from healthy peripheral blood, in terms of proliferation, differentiation and function. Given the importance of NO in neovascularization and homing process, it has been investigated the expression of NO synthase (NOS) isoforms, eNOS, nNOS and iNOS, and the effects of their inhibition on EPC function. Moreover, it has been examined the expression of NADPH oxidase (Nox) isoforms which are the principal source of ROS in the cell. In fact, a number of evidences showed the correlation between ROS and NO metabolism, since oxidative stress causes NOS inactivation via enzyme uncoupling. In particular, it has been studied the expression of Nox2 and Nox4, constitutively expressed in endothelium, and Nox1. The second part of this research was focused on the study of EPCs under pathological conditions. Firstly, EPCs isolated from healthy subject were cultured in a hyperglycaemic medium, in order to evaluate the effects of high glucose concentration on EPCs. Secondly, EPCs were isolated from the peripheral blood of patients affected with PAD, both diabetic or not, and it was assessed their capacity to proliferate, differentiate, and to participate to neovasculogenesis. Furthermore, it was investigated the expression of NOS and Nox in these cells. Mononuclear cells isolated from peripheral blood of healthy patients, if cultured under differentiating conditions, differentiate into EPCs. These cells are not able to form capillary-like structures ex novo, but participate to vasculogenesis by incorporation into the new vessels formed by mature endothelial cells, such as HUVECs. With respect to NOS expression, these cells have high levels of iNOS, the inducible isoform of NOS, 3-4 fold higher than in HUVECs. While the endothelial isoform, eNOS, is poorly expressed in EPCs. The higher iNOS expression could be a form of compensation of lower eNOS levels. Under hyperglycaemic conditions, both iNOS and eNOS expression are enhanced compared to control EPCs, as resulted from experimental studies in animal models. In patients affected with PAD, the EPCs may act in different ways. Non-diabetic patients and diabetic patients with a higher vascular damage, evidenced by a higher number of circulating endothelial cells (CECs), show a reduced proliferation and ability to participate to vasculogenesis. On the other hand, diabetic patients with lower CEC number have proliferative and vasculogenic capacity more similar to healthy EPCs. eNOS levels in both patient types are equivalent to those of control, while iNOS expression is enhanced. Interestingly, nNOS is not detected in diabetic patients, analogously to other cell types in diabetics, which show a reduced or no nNOS expression. Concerning Nox expression, EPCs present higher levels of both Nox1 and Nox2, in comparison with HUVECs, while Nox4 is poorly expressed, probably because of uncompleted differentiation into an endothelial phenotype. Nox1 is more expressed in PAD patients, diabetic or not, than in controls, suggesting an increased ROS production. Nox2, instead, is lower in patients than in controls. Being Nox2 involved in cellular response to VEGF, its reduced expression can be referable to impaired vasculogenic potential of PAD patients.

Fluidodinamica biomedica computazionale del flusso sanguigno in presenza di affezioni strumentali e/o patologiche

La tesi di Dottorato studia il flusso sanguigno tramite un codice agli elementi finiti (COMSOL Multiphysics). Nell’arteria è presente un catetere Doppler (in posizione concentrica o decentrata rispetto all’asse di simmetria) o di stenosi di varia forma ed estensione. Le arterie sono solidi cilindrici rigidi, elastici o iperelastici. Le arterie hanno diametri di 6 mm, 5 mm, 4 mm e 2 mm. Il flusso ematico è in regime laminare stazionario e transitorio, ed il sangue è un fluido non-Newtoniano di Casson, modificato secondo la formulazione di Gonzales & Moraga. Le analisi numeriche sono realizzate in domini tridimensionali e bidimensionali, in quest’ultimo caso analizzando l’interazione fluido-strutturale. Nei casi tridimensionali, le arterie (simulazioni fluidodinamiche) sono infinitamente rigide: ricavato il campo di pressione si procede quindi all’analisi strutturale, per determinare le variazioni di sezione e la permanenza del disturbo sul flusso. La portata sanguigna è determinata nei casi tridimensionali con catetere individuando tre valori (massimo, minimo e medio); mentre per i casi 2D e tridimensionali con arterie stenotiche la legge di pressione riproduce l’impulso ematico. La mesh è triangolare (2D) o tetraedrica (3D), infittita alla parete ed a valle dell’ostacolo, per catturare le ricircolazioni. Alla tesi sono allegate due appendici, che studiano con codici CFD la trasmissione del calore in microcanali e l’ evaporazione di gocce d’acqua in sistemi non confinati. La fluidodinamica nei microcanali è analoga all’emodinamica nei capillari. Il metodo Euleriano-Lagrangiano (simulazioni dell’evaporazione) schematizza la natura mista del sangue. La parte inerente ai microcanali analizza il transitorio a seguito dell’applicazione di un flusso termico variabile nel tempo, variando velocità in ingresso e dimensioni del microcanale. L’indagine sull’evaporazione di gocce è un’analisi parametrica in 3D, che esamina il peso del singolo parametro (temperatura esterna, diametro iniziale, umidità relativa, velocità iniziale, coefficiente di diffusione) per individuare quello che influenza maggiormente il fenomeno.

Aspetti ipnici e vegetativi dell'inibizione del controllo nervoso centrale della termogenesi nel ratto

La possibilità di indurre stati ipotermici ed ipometabolici come il torpore o l’ibernazione in animali non ibernanti può avere dei risvolti utili nella pratica medica, in quanto permetterebbe di trarre vantaggio dagli effetti benefici dell’ipotermia senza gli effetti compensatori negativi causati dalla risposta omeostatica dell’organismo. Con questo lavoro vogliamo proporre un nuovo approccio, che coinvolge il blocco farmacologico dell’attività dei neuroni nel bulbo rostroventromediale (RVMM), un nucleo troncoencefalico che si è rivelato essere uno snodo chiave nella regolazione della termogenesi attraverso il controllo dell’attività del tessuto adiposo bruno, della vasomozione cutanea e del cuore. Nel nostro esperimento, sei iniezioni consecutive del agonista GABAA muscimolo nel RVMM, inducono uno stato reversibile di profonda ipotermia (21°C al Nadir) in ratti esposti ad una temperatura ambientale di 15°C. Lo stato ipotermico/ipomentabolico prodotto dall’inibizione dei neuroni del RVMM mostra forti similitudini col torpore naturale, anche per quanto concerne le modificazioni elettroencefalografiche osservate durante e dopo la procedura. Come negli ibernati naturali, nei ratti cui viene inibito il controllo della termogenesi si osserva uno spostamento verso le regioni lente delle spettro di tutte le frequenze dello spettro EEG durante l’ipotermia, ed un forte incremento dello spettro EEG dopo il ritorno alla normotermia, in particolare della banda Delta (0,5-4Hz) durante il sonno NREM. Per concludere, questi risultati dimostrano che l’inibizione farmacologica selettiva di un nucleo troncoencefalico chiave nel controllo della termogenesi è sufficiente per indurre uno stato di psuedo-torpore nel ratto, una specie che non presenta stati di torpore spontaneo. Un approccio di questo tipo può aprire nuove prospettive per l’utilizzo in ambito medico dell’ipotermia.

Mechanismen der Progenitorzell-induzierten Gefäßneubildung und myokardialen Funktionsverbesserung

Entscheidend für die Sauerstoffversorgung im ischämischen Gewebe ist die Bildung von Blutgefäßen. Dieser Vorgang findet im erwachsenen Organismus in Form von Arteriogenese, Angiogenese und Vaskulogenese statt. Die Entdeckung, dass endotheliale Progenitorzellen (EPC) aus dem Knochenmark mobilisiert werden können, um sich im Ischämiegebiet an der Bildung neuer Kapillaren zu beteiligen, eröffnet einen vollkommen neuen therapeutischen Ansatz. In der hier vorliegenden Arbeit konnte in drei unterschiedlichen Tiermodellen, dem Matrigelmodell, dem Hinterlaufischämiemodell und dem Infarktmodell der Nacktmaus gezeigt werden, dass eine Zelltherapie mit EPC die Neovaskularisation steigert und zu einer myokardialen Funktionsverbesserung beiträgt. Der entscheidende Beitrag der Arbeit liegt jedoch in der Erforschung des Zeitraums der Wirkung der Stammzelltherapie. In allen drei Tiermodellen konnte durch ein spezifisches Abtöten der mit der viralen Thymidinkinase (TK) transduzierten EPC der positive Effekt auf die Neovaskularisation gestoppt werden. Im Herzinfarktmodell der Nacktmaus kam es sogar zu einer signifikanten Verschlechterung der Herzfunktion sowie zu einer Vergrößerung des Infarktareals. Dieser Effekt war durch Apoptose der Zellen in der dritten und vierten Woche nach Infarkt und Zellinfusion zu beobachten. Somit besitzen EPC nicht nur eine Rolle in der initialen Freisetzung von Zytokinen, sondern tragen auch langfristig zur Aufrechterhaltung des zelltherapeutischen Effektes bei. Ob hierfür allein der Mechanismus der Differenzierung verantwortlich ist, bleibt in weiteren Untersuchungen abzuklären. Denkbar wäre auch eine Beeinflussung des Remodeling über parakrine Langzeiteffekte. Im zweiten Teil der Doktorarbeit wurde versucht, das eingeschränkte zelltherapeutische Potential von Progenitorzellen von Patienten mit „Koronarer Herzkrankheit“ (KHK) und ischämischer Kardiomyopathie mit Hilfe zweier eNOSTranskriptionsverstärker, „eNOS-enhancer“, zu verbessern. Im Matrigelmodell der Maus konnten wir eine Verbesserung des Neovaskularisationspotentials von Knochenmarkszellen (BMC) von Patienten nach Präinkubation mit dem eNOS-enhancer nachweisen. Auch im Myokardinfarktmodell der Maus konnten eine Verbesserung der Herzfunktion und eine Reduktion der Infarktgröße beobachtet werden. Beim direkten Vergleich der beiden eNOS-enhancer konnte kein Unterschied gefunden werden. Zusammenfassend leistet die hier vorliegende Arbeit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis für die Bedeutung von Progenitorzellen im Rahmen der Stammzelltherapie nach Myokardinfarkt. Ferner wurde die Möglichkeit aufgezeigt, durch gezielte Beeinflussung der Progenitorzellen ihr therapeutisches Potential signifikant zu steigern.

Gen knockdown der Metalloproteasen Meprin alpha 1, alpha 2 und beta im Zebrabärbling Danio rerio

Die Metalloproteasen Meprin α und β übernehmen Schlüsselfunktionen in vielen (patho-) physiologischenrnProzessen. So sind sie beteiligt an der Umstrukturierung der extrazellulären Matrix, an immunologischenrnReaktionen oder an entzündlichen Gewebserkrankungen. Die beiden Enzyme kommenrnhauptsächlich in den Bürstensaummembranen von Niere und Darm sowie in der Haut von Vertebratenrnvor. Für die Erforschung der biologischen Aktivität der Meprine wurde in dieser Arbeit der ModellorganismusrnDanio rerio verwendet, der vor allem durch die Möglichkeit der gentechnischen Manipulationrnprädestiniert ist. Im Fisch konnten drei homologe Enzyme (Meprin α1, α2 und β) nachgewiesenrnwerden. Während mRNA-Analysen eine nahezu ubiquitäre Verteilung der Meprine offenbarten,rnkonnte ich mittels spezifischer Antikörper die Expression auf Proteinebene nachweisen. WährendrnMeprin α1 und β verstärkt im Darmepithel und in der Epidermis lokalisiert sind, konnte Meprinrnα2 ausschließlich in der Lamina propria des Darms identifiziert werden.rnDer Hauptteil der vorliegenden Arbeit zielt auf die spezifische Reduzierung des Expressionslevels derrnMeprine in Embryonen des Zebrabärblings. Dies wurde durch die Mikroinjektion von sogenanntenrnMorpholinos in die Zygote erzielt. Morpholinos sind RNA-Moleküle, die spezifisch an die mRNA desrnZielproteins binden können und die Translation verhindern. Die auftretenden Effekte durch das Fehlenrnder Meprine lassen so Rückschlüsse auf ihre physiologische Funktion zu. Nach der Injektion vonrnMorpholinos gegen Meprin α1 zeigten sich lediglich leichte epidermale Deformationen. Bei Meprin βrnhingegen kam es zu einer massiven Fehlbildung von Organen im Rumpf- und Schwanzbereich. Diesesrnführte zu erheblichen Defekten; die Embryonen starben innerhalb der ersten 24 Stunden nach derrnBefruchtung. Demzufolge müssen Meprin α1 und Meprin β insbesondere an der Gewebsdifferenzierungrnbeteiligt sein. Dies korreliert mit verschiedenen Experimenten, u.a. an knockout Mäusen, ausrndenen hervorgeht, dass die Prozessierung und Aktivierung der Cytokine Interleukin-1β oder Interleukin-rn18 durch Meprin β erfolgen kann.rnDie Injektion von Meprin α2-Morpholinos erbrachte ein weiteres, eindrucksvolles Ergebnis: Das Blutgefäßsystemrnvon injizierten Embryonen war vollständig unterbrochen und es sammelten sich Erythrozytenrnim Bereich der Caudalvene an. Diese Phänotypen gleichen den knockdown-Experimenten mitrndem vascular endothelial growth factor VEGF-A, dem entscheidenden Wachstumsfaktor in der Angiogenesern(Blutgefäßbildung). Eine Inkubation des humanen VEGF-A mit (humanem) rekombinantemrnMeprin α bzw. β führte zu einer differenzierten Prozessierung des Moleküls. Diese Ergebnisse legenrnnahe, dass Meprin α pro-angiogenetisch wirkt, indem es VEGF-A prozessiert und damit die Gefäßbildungrnaktiviert. Aus den Daten dieser Arbeit wird die hohe Signifikanz der Meprine für die Proliferationrnund Differenzierung spezieller Gewebe deutlich, welche somit eine wichtige Grundlage für Studienrnan höheren Vertebraten darstellt.

Tissue engineering strategies for biomaterial-based anticancer drug delivery and enhancement of angiogenesis in tumor-resected bone

Patienten, die an Osteosarkom leiden werden derzeit mit intravenös applizierten krebstherapeutischen Mitteln nach Tumorresektion behandelt, was oftmals mit schweren Nebenwirkungen und einem verzögerten Knochenheilungsprozess einhergeht. Darüber hinaus treten vermehrt Rezidive aufgrund von verbleibenden neoplastischen Zellen an der Tumorresektionsstelle auf. Erfolgreiche Knochenregeneration und die Kontrolle von den im Gewebe verbleibenden Krebszellen stellt eine Herausforderung für das Tissue Engineering nach Knochenverlust durch Tumorentfernung dar. In dieser Hinsicht scheint der Einsatz von Hydroxyapatit als Knochenersatzmaterial in Kombination mit Cyclodextrin als Medikamententräger, vielversprechend. Chemotherapeutika können an Biomaterial gebunden und direkt am Tumorbett über einen längeren Zeitraum freigesetzt werden, um verbliebene neoplastische Zellen zu eliminieren. Lokal applizierte Chemotherapie hat diverse Vorteile, einschließlich der direkten zytotoxischen Auswirkung auf lokale Zellen, sowie die Reduzierung schwerer Nebenwirkungen. Diese Studie wurde durchgeführt, um die Funktionsfähigkeit eines solchen Arzneimittelabgabesystems zu bewerten und um Strategien im Bereich des Tissue Engineerings zu entwickeln, die den Knochenheilungsprozess und im speziellen die Vaskularisierung fördern sollen. Die Ergebnisse zeigen, dass nicht nur Krebszellen von der chemotherapeutischen Behandlung betroffen sind. Primäre Endothelzellen wie zum Beispiel HUVEC zeigten eine hohe Sensibilität Cisplatin und Doxorubicin gegenüber. Beide Medikamente lösten in HUVEC ein tumor-unterdrückendes Signal durch die Hochregulation von p53 und p21 aus. Zudem scheint Hypoxie einen krebstherapeutischen Einfluss zu haben, da die Behandlung sensitiver HUVEC mit Hypoxie die Zellen vor Zytotoxizität schützte. Der chemo-protektive Effekt schien deutlich weniger auf Krebszelllinien zu wirken. Diese Resultate könnten eine mögliche chemotherapeutische Strategie darstellen, um den Effekt eines zielgerichteten Medikamenteneinsatzes auf Krebszellen zu verbessern unter gleichzeitiger Schonung gesunder Zellen. Eine erfolgreiche Integration eines Systems, das Arzneimittel abgibt, kombiniert mit einem Biomaterial zur Stabilisierung und Regeneration, könnte gesunden Endothelzellen die Möglichkeit bieten zu proliferieren und Blutgefäße zu bilden, während verbleibende Krebszellen eliminiert werden. Da der Prozess der Knochengeweberemodellierung mit einer starken Beeinträchtigung der Lebensqualität des Patienten einhergeht, ist die Beschleunigung des postoperativen Heilungsprozesses eines der Ziele des Tissue Engineerings. Die Bildung von Blutgefäßen ist unabdingbar für eine erfolgreiche Integration eines Knochentransplantats in das Gewebe. Daher ist ein umfangreich ausgebildetes Blutgefäßsystem für einen verbesserten Heilungsprozess während der klinischen Anwendung wünschenswert. Frühere Experimente zeigen, dass sich die Anwendung von Ko-Kulturen aus humanen primären Osteoblasten (pOB) und humanen outgrowth endothelial cells (OEC) im Hinblick auf die Bildung stabiler gefäßähnlicher Strukturen in vitro, die auch effizient in das mikrovaskuläre System in vivo integriert werden konnten, als erfolgreich erweisen. Dieser Ansatz könnte genutzt werden, um prä-vaskularisierte Konstrukte herzustellen, die den Knochenheilungsprozess nach der Implantation fördern. Zusätzlich repräsentiert das Ko-Kultursystem ein exzellentes in vitro Model, um Faktoren, welche stark in den Prozess der Knochenheilung und Angiogenese eingebunden sind, zu identifizieren und zu analysieren. Es ist bekannt, dass Makrophagen eine maßgebliche Rolle in der inflammatorisch-induzierten Angiogenese spielen. In diesem Zusammenhang hebt diese Studie den positiven Einfluss THP-1 abgeleiteter Makrophagen in Ko-Kultur mit pOB und OEC hervor. Die Ergebnisse zeigten, dass die Anwendung von Makrophagen als inflammatorischer Stimulus im bereits etablierten Ko-Kultursystem zu einer pro-angiogenen Aktivierung der OEC führte, was in einer signifikant erhöhten Bildung blutgefäßähnlicher Strukturen in vitro resultierte. Außerdem zeigte die Analyse von Faktoren, die in der durch Entzündung hervorgerufenen Angiogenese eine wichtige Rolle spielen, eine deutliche Hochregulation von VEGF, inflammatorischer Zytokine und Adhäsionsmoleküle, die letztlich zu einer verstärkten Vaskularisierung beitragen. Diese Resultate werden dem Einfluss von Makrophagen zugeschrieben und könnten zukünftig im Tissue Engineering eingesetzt werden, um den Heilungsprozess zu beschleunigen und damit die klinische Situation von Patienten zu verbessern. Darüber hinaus könnte die Kombination der auf Ko-Kulturen basierenden Ansätze für das Knochen Tissue Engineering mit einem biomaterial-basierenden Arzneimittelabgabesystem zum klinischen Einsatz kommen, der die Eliminierung verbliebener Krebszellen mit der Förderung der Knochenregeneration verbindet.

Synthese und Charakterisierung von HPMA-stabilisierten Kolloiden sowie deren Evaluierung in vitro und in vivo

Nanodimensionale Wirkstoff-Trägersysteme sind in der Lage, sowohl die Bioverfügbarkeit als auch das pharmakokinetische Profil von Wirkstoffen drastisch zu verbessern. Hauptgründe dafür sind eine erhöhte Plasma-Halbwertszeit durch die größenbedingte verminderte renale Ausscheidung und eine gesteigerte Anreicherung im Tumorgewebe durch den EPR-Effekt. Diese Arbeit beschreibt die Synthese und Entwicklung neuer kolloidaler Wirkstoff-Trägersysteme, welche biokompatibel, teilweise bioabbaubar und funktionalisierbar sind. Ein Fluoreszenzfarbstoff wurde als hydrophobes Wirkstoffmodell eingekapselt. Wohldefinierte, eng verteilte und funktionalisierbare HPMA-basierte Block- und statistische Copolymere unterschiedlicher Molekulargewichte (10-25 kDa) und hydrophiler/hydrophober Zusammensetzung (10-50 mol%) wurden mittels RAFT- Polymerisation in Kombination mit dem Reaktivesteransatz hergestellt und in Miniemulsionsprozesse eingesetzt, um ihre Stabilisierungseffizienz zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass die kleineren Copolymere (10 kDa) mit einem Einbau von 10 mol% LMA, sowohl im Modellsystem Polystyrol, als auch im bioabbaubaren PDLLA-System, besonders geeignet sind und ergaben monodisperse Kolloide im Größenbereich von 100 bis 300 nm. Die kolloidalen Systeme zeigten keine Wirkung auf die Zellviabilität. In Folge dessen wurde das Aggregationsverhalten in humanem Blutserum mittels DLS untersucht, wobei keine Interaktion mit Blutbestandteilen festgestellt werden konnte. Zellaufnahmestudien wurden an HeLa-Zellen durchgeführt, um das Schicksal der Kolloide in vitro zu untersuchen. Dabei wurden Kernmaterial, Hülle und das hydrophobe Wirkstoffmodell durch unterschiedliche Fluoreszenzmarkierung getrennt betrachtet. Das hydrophobe Wirkstoffmodell wurde allein durch Interaktion der Kolloide mit den Zellen übertragen, was für eine diffusionsbedingte, initiale, aber unspezifische Freisetzung spricht. Eine solche Freisetzungskinetik kann durch Verwendung von Nitroglycerin, als vasodilatierender Wirkstoff mit geringer unspezifischer Wirkung, ausgenutzt werden, um den EPR-Effekt zu unterstützen. Die Aufnahme des Partikels hingegen geschieht zeitverzögert. Das Schicksal der Kolloide (sowohl des Kern- und desrnHüllmaterials) wurde durch doppelte Fluoreszenzmarkierung untersucht. Dabei kam es zu einer intrazellulären Ablösung der stabilisierenden Block-Copolymere zwischen 8 und 24 h. Nach Aufklärung der Aufnahme- und Freisetzungskinetiken wurde nun die Körperverteilung der PS- und PDLLA-Kolloide nach 18F-Markierung mittels PET und ex vivo-Biodistributiosstudien untersucht. Dabei hatte das Kernmaterial einen Einfluss auf die Körperverteilung. PET-Studien in Mäusen zeigten, dass die stabilisierenden Block-Copolymere beider Kolloide ein starkes Signal in der Niere geben, wobei das der PS-Kolloide weiter ausgeprägt war. Darüber hinaus war eine Anreicherung dieser in Lunge, Leber und Milz festzustellen. Die Verdrängung der stabilisierenden Polymere durch die Interaktion mit Blutbestandteilen erklärt dabei das erhöhte Nieren- und Blasensignal der PS- Kolloide. Das Anreicherungsmuster der PDLLA-Kolloide hingegen zeigte neben der Nierenakkumulation eine erhöhte Blutaktivität und somit die gewünschten langzirkulierenden Eigenschaften. Diese Ergebnisse konnten auch mittels ex vivo- Biodistributionsstudien bestätigt werden. Um die Tumoranreicherung weiter zu verbessern wurde die Verwendung von Folat als Erkennungsstruktur am einfachen HPMA-Polymer untersucht. Die Konjugate zeigten eine erhöhte Anreicherung im Vergleich zu den Polymeren ohne Erkennungsstrukturen. Blockadestudien bestätigten die Selektivität der Anreicherung. Diese Daten zeigen das Potential der Folat-Erkennungsstruktur in vivo innerhalb kurzer Zeitfenster, welche nun auf kolloidale Systeme übertragen werden kann.

Pulse or hyaline ring granuloma. Review of the literature on etiopathogenesis of oral and extraoral lesions

Since the late 1950s, reports on an unusual giant-cell granulomatous lesion affecting the jaws, lungs, stomach and intestines have been published. Histopathologically, the lesions showed the presence of structureless hyaline rings with multinucleated giant cells. The aim of this review was to summarize the literature on the etiopathogenesis of the so-called oral and extraoral pulse or hyaline ring granuloma. Literature was searched using PubMed and Medline. In addition, hand search was performed. Search words were oral and extraoral hyaline ring granuloma, giant-cell hyaline angiopathy, pulse granuloma and chronic periostitis. Numerous terms for hyaline ring granuloma have been introduced over time (1971-2008). One hundred seventy-three cases of oral hyaline ring granuloma have been retrieved from the literature. In the mandible, 72.3% occurred . Two theories for etiopathogenesis have been proposed: (1) the origin of the hyaline rings is due to a foreign material (pulse and legumes) having penetrated the oral mucosa or gastrointestinal tract and lungs (exogenous theory) and (2) the rings are due to hyaline degenerative changes in walls of blood vessels (endogenous theory). Experimental production of oral and extraoral hyaline ring granulomas is consistent with the exogenous origin. Particles or remains of leguminous cells having been implanted or aspirated into human tissues whether located to the oral cavity or throughout the entire digestive tract and respiratory system are thought to be causative. Pulse or hyaline ring granulomas are rare but are well-defined oral and extraoral lesions due to implantation of the cellulose moiety of plant foods in contrast to the starch components.

Neuropeptide Y acts within the rat testis to inhibit testosterone secretion

The factors that influence Leydig cell activity currently include peptides such as neuropeptide Y (NPY). In this work we investigated the ability of this compound, injected directly into the testes of adult male rats, to alter testosterone (T) release into the general circulation. At a 5μg/kg dose administered 1h prior to challenge with human chorionic gonadotropin (hCG, 1.0 U/kg, iv), NPY significantly (P<0.01) blunted the T response to this gonadotropin. The inhibitory effect of NPY was observed in animals pretreated with an antagonist to gonadotropin-releasing hormone or not, indicating that the decrease in plasma T found was most likely independent of pituitary luteinizing hormone. However, testicular levels of steroidogenic acute regulatory (STAR) protein or translocator protein (TSPO) in the Leydig cells did not exhibit consistent changes, which suggested that other mechanisms mediated the blunted T response to hCG. We therefore used autoradiography and immunohistochemistry methodologies to identify NPY receptors in the testes, and found them primarily located on blood vessels. Competition studies further identified these receptors as being Y(1), a subtype previously reported to modulate the vasoconstrictor effect of NPY. The absence of significant changes in STAR and TSPO levels, as well as the absence of Y(1) receptors on Leydig cells, suggest that NPY-induced decreases in T release is unlikely to represent a direct effect of NPY on these cells. Rather, the very high expression levels of Y(1) found in testicular vessels supports the concept that NPY may alter gonadal activity, at least in part, through local vascular impairment of gonadotropin delivery to, and/or blunted T secretion from, Leydig cells.

Angiotensinergic and noradrenergic neurons in the rat and human heart

Although the physiological and pharmacological evidences suggest a role for angiotensin II (Ang II) with the mammalian heart, the source and precise location of Ang II are unknown. To visualize and quantitate Ang II in atria, ventricular walls and interventricular septum of the rat and human heart and to explore the feasibility of local Ang II production and function, we investigated by different methods the expression of proteins involved in the generation and function of Ang II. We found mRNA of angiotensinogen (Ang-N), of angiotensin converting enzyme, of the angiotensin type receptors AT(1A) and AT(2) (AT(1B) not detected) as well as of cathepsin D in any part of the hearts. No renin mRNA was traceable. Ang-N mRNA was visualized by in situ hybridization in atrial ganglial neurons. Ang II and dopamine- -hydroxylase (D H) were either colocalized inside the same neuronal cell or the neurons were specialized for Ang II or D H. Within these neurons, the vesicular acetylcholine transporter (VAChT) was neither colocalized with Ang II nor D H, but VAChT-staining was found with synapses en passant encircle these neuronal cells. The fibers containing Ang II exhibited with blood vessels and with cardiomyocytes supposedly angiotensinergic synapses en passant. In rat heart, right atrial median Ang II concentration appeared higher than septal and ventricular Ang II. The distinct colocalization of neuronal Ang II with D H in the heart may indicate that Ang II participates together with norepinephrine in the regulation of cardiac functions: Produced as a cardiac neurotransmitter Ang II may have inotropic, chronotropic or dromotropic effects in atria and ventricles and contributes to blood pressure regulation.

Rapidly excised and cryofixed rat tissue

All preparation efforts of biological samples in electron microscopy are focused to preserve structures as close as possible to the native state. To achieve this goal with tissues, it is of advantage to have a very short time between excision and fixation. The most common approach is chemical fixation: cross-linking of the tissue samples with aldehydes followed by postfixation with osmium tetroxide. Here, the fastest approach for tissue samples is perfusion. However, the diffusion of the fixation solution from blood vessels into the depth of the tissue is still slow and does not allow an overall instant fixation of a single cell. As a result, osmotic effects become evident (swelling or shrinkage of cell organelles). Another possibility is to take a tissue sample from the experimental animal. Excision of tissue can last quite some time, which results in even more pronounced autolytic induced osmotic effects. Furthermore, the animal does not survive the procedure in most cases. Alternatively, microbiopsies are an elegant technique to rapidly excise small quantities of tissue. Some tissues, such as liver and muscle, may be obtained using a non-lethal approach. To avoid the artifacts introduced by chemical fixation, high-pressure freezing of microbiopsies (brain, liver, kidney, and muscle) is a powerful alternative to chemical fixation. Here, we describe the microbiopsy method, and high-pressure freezing/freeze-substitution (HPF/FS) as a follow-up procedure. Cryosectioning of high-pressure frozen samples is optimally preserving the ultrastructure; however, it is not considered to be a routine approach yet.

Ephrin-B2 controls VEGF-induced angiogenesis and lymphangiogenesis

In development, tissue regeneration or certain diseases, angiogenic growth leads to the expansion of blood vessels and the lymphatic vasculature. This involves endothelial cell proliferation as well as angiogenic sprouting, in which a subset of cells, termed tip cells, acquires motile, invasive behaviour and extends filopodial protrusions. Although it is already appreciated that angiogenesis is triggered by tissue-derived signals, such as vascular endothelial growth factor (VEGF) family growth factors, the resulting signalling processes in endothelial cells are only partly understood. Here we show with genetic experiments in mouse and zebrafish that ephrin-B2, a transmembrane ligand for Eph receptor tyrosine kinases, promotes sprouting behaviour and motility in the angiogenic endothelium. We link this pro-angiogenic function to a crucial role of ephrin-B2 in the VEGF signalling pathway, which we have studied in detail for VEGFR3, the receptor for VEGF-C. In the absence of ephrin-B2, the internalization of VEGFR3 in cultured cells and mutant mice is defective, which compromises downstream signal transduction by the small GTPase Rac1, Akt and the mitogen-activated protein kinase Erk. Our results show that full VEGFR3 signalling is coupled to receptor internalization. Ephrin-B2 is a key regulator of this process and thereby controls angiogenic and lymphangiogenic growth.