Immunological alterations in patients with primary tumors in central nervous system

Natural killer (NK) cells play an important role in immune surveillance against tumors. The present work aimed to study the cytotoxic activity of NK cells and T cell subsets in peripheral blood of 13 patients with primary tumors in central nervous system (CNS). As controls 29 healthy subjects with the age range equivalent to the patients were studied. The methods employed were: a) determination of cytotoxic activity of NK cells towards K562 target cells, evaluated by single cell-assay; b) enumeration of CD3+ lymphocytes and their CD4+ and CD8+ subsets defined by monoclonal antibodies; c) the identification of tumors were done by histologic and immunochemistry studies. The results indicated that adults and children with tumor in CNS display reduced percentage of total T cells, helper/inducer subset and low helper/suppressor ratio. The cytotoxic activity of NK cells was decreased in patients with CNS tumors due mainly to a decrease in the proportion of target-binding lymphocytes. These results suggest that cytotoxic activity of NK cells may be affected by the immunoregulatory disturbances observed in patients with primary tumors in CNS.

TIME DEPENDENT ALTERATIONS IN CENTRAL NERVOUS SYSTEM DOPAMINE RECEPTORS INDUCED BY DOPAMINE AGONIST TREATMENT

Levodopa, the precursor of dopamine, is currently the drug of choice in the treatment of Parkinson's disease. Recently, two direct dopamine agonists, bromocriptine and pergolide, have been tested for the treatment of Parkinson's disease because of reduced side effects compared to levodopa. Few studies have evaluated the effects of long-term treatment of dopamine agonists on dopamine receptor regulation in the central nervous system. Thus, the purpose of this study was to determine whether chronic dopamine agonist treatment produces a down-regulation of striatal dopamine receptor function and to compare the results of the two classes of dopaminergic drugs.^ Levodopa with carbidopa, a peripheral decarboxylase inhibitor, was administered orally to rats whereas bromocriptine and pergolide were injected intraperitoneally once daily. Several neurochemical parameters were examined from 1 to 28 days.^ Levodopa minimally decreased striatal D-1 receptor activity but increased the number of striatal D-2 binding sites. Levodopa increased the V(,max) of tyrosine hydroxylase (TH) in all brain regions tested. Protein blot analysis of striatal TH indicated a significant increase in the amount of TH present. Dopamine-beta-hydroxylase (DBH) activity was markedly decreased in all brain regions studied and mixing experiments of control and drug-treated cortices did not show the presence of an increased level of endogenous inhibitors.^ Bromocriptine treatment decreased the number of D-2 binding sites. Striatal TH activity was decreased and protein blot analysis indicated no change in TH quantity. The specificity of bromocriptine for striatal TH suggested that bromocriptine preferentially interacts with dopamine autoreceptors.^ Combination levodopa-bromocriptine was administered for 12 days. There was a decrease in both D-1 receptor activity and D-2 binding sites, and a decrease in brain HVA levels suggesting a postsynaptic receptor action. Pergolide produced identical results to the combination levodopa-bromocriptine studies.^ In conclusion, combination levodopa-bromocriptine and pergolide treatments exhibited the expected down-regulation of dopamine receptor activity. In contrast, levodopa appeared to up-regulate dopamine receptor activity. Thus, these data may help to explain, on a biochemical basis, the decrease in the levodopa-induced side effects noted with combination levodopa-bromocriptine or pergolide therapies in the treatment of Parkinson's disease. ^

Neurocytopathic effects of beta-amyloid-stimulated monocytes: a potential mechanism for central nervous system damage in Alzheimer disease.

Growing evidence indicates that cells of the mononuclear phagocyte lineage, which includes peripheral blood monocytes (PBM) and tissue macrophages, participate in a variety of neurodestructive events and may play a pivotal role in neurodegenerative conditions such as Alzheimer disease. The present study sought to determine whether exposure of PBM to beta-amyloid peptide (A beta), the major protein of the amyloid fibrils that accumulate in the brain in Alzheimer disease, could induce cytopathic activity in these cells upon their subsequent incubation with neural tissue. PBM were incubated with A beta for 3 days, centrifuged and washed to remove traces of cell-free A beta, and then applied to organotypic cultures of rat brain for varying periods of time. By using a cell-viability assay to quantitate neurocytopathic effect, an increase in the ratio of dead to live cells was detected in cultures containing A beta-stimulated PBM versus control PBM (stimulated with either bovine serum albumin or reverse A beta peptide) as early as 3 days after coculture. The ratio of dead to live cells increased further by 10 days of coculture. By 30 days of coculture, the dead to live cell ratio remained elevated, and the intensity of neurocytopathic effect was such that large areas of brain mass dissociated from the cultures. These results indicate that stimulation of PBM with A beta significantly heightens their neurocytopathic activity and highlight the possibility that inflammatory reactions in the brain play a role in the neurodegeneration that accompanies Alzheimer disease.

Spontaneous inflammatory demyelinating disease in transgenic mice showing central nervous system-specific expression of tumor necrosis factor alpha.

Cytokines are now recognized to play important roles in the physiology of the central nervous system (CNS) during health and disease. Tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) has been implicated in the pathogenesis of several human CNS disorders including multiple sclerosis, AIDS dementia, and cerebral malaria. We have generated transgenic mice that constitutively express a murine TNF-alpha transgene, under the control of its own promoter, specifically in their CNS and that spontaneously develop a chronic inflammatory demyelinating disease with 100% penetrance from around 3-8 weeks of age. High-level expression of the transgene was seen in neurons distributed throughout the brain. Disease is manifested by ataxia, seizures, and paresis and leads to early death. Histopathological analysis revealed infiltration of the meninges and CNS parenchyma by CD4+ and CD8+ T lymphocytes, widespread reactive astrocytosis and microgliosis, and focal demyelination. The direct action of TNF-alpha in the pathogenesis of this disease was confirmed by peripheral administration of a neutralizing anti-murine TNF-alpha antibody. This treatment completely prevented the development of neurological symptoms, T-cell infiltration into the CNS parenchyma, astrocytosis, and demyelination, and greatly reduced the severity of reactive microgliosis. These results demonstrate that overexpression of TNF-alpha in the CNS can cause abnormalities in nervous system structure and function. The disease induced in TNF-alpha transgenic mice shows clinical and histopathological features characteristic of inflammatory demyelinating CNS disorders in humans, and these mice represent a relevant in vivo model for their further study.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

A generative nervous system for the planet

Generative systems are now being proposed for addressing major ecological problems. The Complex Urban Systems Project (CUSP) founded in 2008 at the Queensland University of Technology, emphasises the ecological significance of the generative global networking of urban environments. It argues that the natural planetary systems for balancing global ecology are no longer able to respond sufficiently rapidly to the ecological damage caused by humankind and by dense urban conurbations in particular as evidenced by impacts such as climate change. The proposal of this research project is to provide a high speed generative nervous system for the planet by connecting major cities globally to interact directly with natural ecosystems to engender rapid ecological response. This would be achieved by active interactions of the global urban network with the natural ecosystem in the ecological principle of entropy. The key goal is to achieve ecologically positive cities by activating self-organising cities capable of full integration into natural eco-systems and to netowork the cities globally to provide the planet with a nervous system.

Drugs and the somatic nervous system

Drugs and the somatic nervous system 8.1 The somatic nervous system 8.2 Anticholinesterases 8.3 Neuromuscular blockers 8.4 Botox

Variability in odour reception in the peripheral sensory system of Helicoverpa armigera (Hubner) (Lepidoptera : Noctuidae)

Mixtures of single odours were used to explore the receptor response profile across individual antennae of Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae). Seven odours were tested including floral and green-leaf volatiles: phenyl acetaldehyde, benzaldehyde, β-caryophyllene, limonene, α-pinene, 1-hexanol, 3Z-hexenyl acetate. Electroantennograms of responses to paired mixtures of odours showed that there was considerable variation in receptor tuning across the receptor field between individuals. Data from some moth antennae showed no additivity, which indicated a restricted receptor profile. Results from other moth antennae to the same odour mixtures showed a range of partial additivity. This indicated that a wider array of receptor types was present in these moths, with a greater percentage of the receptors tuned exclusively to each odour. Peripheral receptor fields show variation in the spectrum of response within a population (of moths) when exposed to high doses of plant volatiles. This may be related to recorded variation in host choice within moth populations as reported by other authors.

EdU, a new thymidine analogue for labelling proliferating cells in the nervous system

The standard method of labelling proliferating cells uses the thymidine analogue, bromodeoxyuridine (BrdU), which incorporates into the DNA during S-phase of the cell cycle. A disadvantage of this method is that the immunochemical processing requires pre-treatment of the cells and tissue with heat or acid to reveal the antigen. This pre-treatment reduces reliability of the method and degrades the specimen, reducing the ability for multiple immuno-fluorescence labelling at high resolution. We report here the utility of a novel thymidine analogue, ethynyl deoxyuridine (EdU), detected with a fluorescent azide via the “click” chemistry reaction (the Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition reaction of an organic azide to a terminal acetylene). The detection of EdU requires no heat or acid treatment and the incorporated EdU is covalently conjugated to fluorescent probe. The reaction is quick and compatible with fluorescence immunochemistry and other fluorescent probes. We show here that EdU is non-toxic in vitro and in vivo and can be used in place of BrdU to label cells during neurogenesis and the progeny identified at least 30 days later. The fluorescent labelling of EdU, markedly improves the detection of proliferating cells and allows concurrent high resolution fluorescence immunochemistry.

Pathogens penetrating the central nervous system: Infection pathways and the cellular and molecular mechanisms of invasion

The brain is well protected against microbial invasion by cellular barriers, such as the blood-brain barrier (BBB) and the blood-cerebrospinal fluid barrier (BCSFB). In addition, cells within the central nervous system (CNS) are capable of producing an immune response against invading pathogens. Nonetheless, a range of pathogenic microbes make their way to the CNS, and the resulting infections can cause significant morbidity and mortality. Bacteria, amoebae, fungi, and viruses are capable of CNS invasion, with the latter using axonal transport as a common route of infection. In this review, we compare the mechanisms by which bacterial pathogens reach the CNS and infect the brain. In particular, we focus on recent data regarding mechanisms of bacterial translocation from the nasal mucosa to the brain, which represents a little explored pathway of bacterial invasion but has been proposed as being particularly important in explaining how infection with Burkholderia pseudomallei can result in melioidosis encephalomyelitis.