Influence of a subinhibitory concentration of vancomycin on the in vitro expression of virulence-related genes in the vancomycin-resistant Enterococcus faecalis

ABSTRACTINTRODUCTION:Exposure to subinhibitory concentrations (SICs) of antimicrobials may alter the bacterial transcriptome.METHODS: Here, we evaluated the expression of nine virulence-related genes in vancomycin-resistant enterococci (VRE) urinary tract infection isolates grown at SICs of vancomycin.RESULTS:A Subinhibitory concentrations of vancomycin interferes with gene modulation, but does not affect the phenotype of a VRE strain in vitro .CONCLUSIONS:Subinhibitory concentrations of vancomycin may regulate the expression of virulence factors in vivo or contribute to the selection of vancomycin-resistant strains.

Comportamento biológico "in vitro" de "novas espécies" de Leishmania no Velho Mundo

As leishmanioses são um grupo de doenças causadas pelo parasita protozoário Leishmania sp. Na Bacia mediterrânica, Leishmania infantum, é a principal espécie causadora de leishmaniose visceral, a forma mais severa da doença, sendo L. major um dos agentes etiológicos da leishmaniose cutânea. Apesar de se considerar que estes parasitas têm uma reprodução essencialmente clonal, nos últimos 20 anos tem vindo a ser descrita a recombinação genética entre diferentes estirpes e espécies, com ocorrência de híbridos naturais, quer no Velho quer no Novo Mundo. Recentemente, em Portugal, foram isoladas e identificadas pela primeira vez, estirpes híbridas de L. infantum/L. major. O presente estudo teve como principais objetivos, a pesquisa de “novas espécies” de Leishmania e a análise do comportamento “in vitro” de estirpes parentais e híbridas de L. infantum e L. major. Numa primeira parte do trabalho efetuou-se a cultura e pesquisa de DNA de Leishmania sp., em amostras de sangue medular de 229 cães provenientes de uma região endémica de Portugal, utilizando diferentes marcadores moleculares (kDNA, ITS1 e SSU rRNA) e protocolos de PCR. Não foi encontrado DNA de espécies híbridas, tendo-se no entanto, identificado DNA de Leishmania sp. em 45,85% (105/229) das amostras, incluindo cães sem sinais clínicos. Na segunda parte do trabalho, realizaram-se diversos ensaios “in vitro” com estirpes híbridas naturais L. infantum/L. major e parentais L. infantum e L. major. Em condições normais de crescimento, observou-se um padrão de crescimento distinto para cada estirpe estudada. Em condições de “stress” oxidativo, destacou-se uma diferença significativa entre as duas estirpes híbridas estudadas. Em condições de “stress” nutricional, as estirpes não apresentaram diferenças entre si. Após avaliação da suscetibilidade das estirpes na presença de Anfotericina B, todas se mostraram suscetíveis, com concentrações inibitórias (CI50) entre 0.21 e 1.15 μg/mL. Após infeção em linhas celulares monocíticas, não se verificaram diferenças estatisticamente significativas na taxa e intensidade de infeção das estirpes híbridas em comparação às putativas parentais. Os resultados obtidos, contribuíram para um melhor conhecimento sobre o comportamento biológico destas estirpes híbridas naturais L. infantum/L. major. Estas demonstraram um comportamento “in vitro” intermédio, relativamente às estirpes parentais. Estes resultados poderão servir de base para o desenvolvimento de outros estudos com estas “novas espécies”, nomeadamente estudos de patogenicidade “in vivo” e o papel de biomarcadores de virulência, que permitam um potencial prognóstico da infeção e avaliação do seu risco epidemiológico.

Development of human central nervous system 3D in vitro models for preclinical research

Neurological disorders are a major concern in modern societies, with increasing prevalence mainly related with the higher life expectancy. Most of the current available therapeutic options can only control and ameliorate the patients’ symptoms, often be-coming refractory over time. Therapeutic breakthroughs and advances have been hampered by the lack of accurate central nervous system (CNS) models. The develop-ment of these models allows the study of the disease onset/progression mechanisms and the preclinical evaluation of novel therapeutics. This has traditionally relied on genetically engineered animal models that often diverge considerably from the human phenotype (developmentally, anatomically and physiologically) and 2D in vitro cell models, which fail to recapitulate the characteristics of the target tissue (cell-cell and cell-matrix interactions, cell polarity). The in vitro recapitulation of CNS phenotypic and functional features requires the implementation of advanced culture strategies that enable to mimic the in vivo struc-tural and molecular complexity. Models based on differentiation of human neural stem cells (hNSC) in 3D cultures have great potential as complementary tools in preclinical research, bridging the gap between human clinical studies and animal models. This thesis aimed at the development of novel human 3D in vitro CNS models by integrat-ing agitation-based culture systems and a wide array of characterization tools. Neural differentiation of hNSC as 3D neurospheres was explored in Chapter 2. Here, it was demonstrated that human midbrain-derived neural progenitor cells from fetal origin (hmNPC) can generate complex tissue-like structures containing functional dopaminergic neurons, as well as astrocytes and oligodendrocytes. Chapter 3 focused on the development of cellular characterization assays for cell aggregates based on light-sheet fluorescence imaging systems, which resulted in increased spatial resolu-tion both for fixed samples or live imaging. The applicability of the developed human 3D cell model for preclinical research was explored in Chapter 4, evaluating the poten-tial of a viral vector candidate for gene therapy. The efficacy and safety of helper-dependent CAV-2 (hd-CAV-2) for gene delivery in human neurons was evaluated, demonstrating increased neuronal tropism, efficient transgene expression and minimal toxicity. The potential of human 3D in vitro CNS models to mimic brain functions was further addressed in Chapter 5. Exploring the use of 13C-labeled substrates and Nucle-ar Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy tools, neural metabolic signatures were evaluated showing lineage-specific metabolic specialization and establishment of neu-ron-astrocytic shuttles upon differentiation. Chapter 6 focused on transferring the knowledge and strategies described in the previous chapters for the implementation of a scalable and robust process for the 3D differentiation of hNSC derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSC). Here, software-controlled perfusion stirred-tank bioreactors were used as technological system to sustain cell aggregation and dif-ferentiation. The work developed in this thesis provides practical and versatile new in vitro ap-proaches to model the human brain. Furthermore, the culture strategies described herein can be further extended to other sources of neural phenotypes, including pa-tient-derived hiPSC. The combination of this 3D culture strategy with the implemented characterization methods represents a powerful complementary tool applicable in the drug discovery, toxicology and disease modeling.

COMPORTAMENTO DE LEVEDURAS DO GÊNERO CANDIDA"IN VITRO" A ANTIFÚNGICOS

Estudou-se o comportamento de leveduras do gênero Candida a antifungicos, pela determinação da Concentração Inibitória Mínima (CIM) e da Concentração Fungicida Mínima (CFM) "in vitro"de 30 cepas de Candida frente aos antifungicos: miconazol, cetoconazol e anfotericina B. Empregou-se o método de diluição em meio líquido e os antifungicos foram diluídos visando proporcionar concentrações a partir de 0,06 a 128 μg/mL. O inóculo foi padronizado ajustando-se a suspensão para conter 1X 106 ufc/mL. A concentração para a qual houve maior convergência de cepas foi de 1 μg/mL (26,5%) para anfotericina B. Para miconazol foi de 16 μg/mL (26,0%) e para cetoconazol 32 μg/mL (23,0%). Os valores de CFM foram de 2 μg/mL (23,5%) para anfotericina B, de 16 e 64 μg/mL (26,5%) para miconazol e 32 e 64 μg/mL (30,0%) para cetoconazol. Este imidazólico mostrou os valores de CIM e CFM mais elevados atingindo até 128 μg/mL em algumas espécies. As espécies de Candida mostraram-se mais sensíveis à Anfotericina B, quando comparadas em relação aos antifungicos testados. Sobre o desempenho das espécies de Candida, melhor padrão de comportamento foi verificado para C. albicans com níveis mais baixos de sensibilidade.

In vitro chondrogenic commitment of human Wharton's jelly stem cells by co-culture with human articular chondrocytes.

Wharton's jelly stem cells (WJSCs) are a potential source of transplantable stem cells in cartilage-regenerative strategies, due to their highly proliferative and multilineage differentiation capacity. We hypothesized that a non-direct co-culture system with human articular chondrocytes (hACs) could enhance the potential chondrogenic phenotype of hWJSCs during the expansion phase compared to those expanded in monoculture conditions. Primary hWJSCs were cultured in the bottom of a multiwell plate separated by a porous transwell membrane insert seeded with hACs. No statistically significant differences in hWJSCs duplication number were observed under either of the culture conditions during the expansion phase. hWJSCs under co-culture conditions show upregulations of collagen type I and II, COMP, TGFβ1 and aggrecan, as well as of the main cartilage transcription factor, SOX9, when compared to those cultured in the absence of chondrocytes. Chondrogenic differentiation of hWJSCs, previously expanded in co-culture and monoculture conditions, was evaluated for each cellular passage using the micromass culture model. Cells expanded in co-culture showed higher accumulation of glycosaminoglycans (GAGs) compared to cells in monoculture, and immunohistochemistry for localization of collagen type I revealed a strong detection signal when hWJSCs were expanded under monoculture conditions. In contrast, type II collagen was detected when cells were expanded under co-culture conditions, where numerous round-shaped cell clusters were observed. Using a micromass differentiation model, hWJSCs, previously exposed to soluble factors secreted by hACs, were able to express higher levels of chondrogenic genes with deposition of cartilage extracellular matrix components, suggesting their use as an alternative cell source for treating degenerated cartilage.

Cultura in vitro de embriões e de gemas de mudas de pau-rosa (Aniba rosaeodora Ducke)

Este trabalho teve como objetivo o estabelecimento in vitro de embriões e de gemas de mudas de pau-rosa (Aniba rosaeodora Ducke) livres de contaminações e de oxidação fenólica. As gemas foram obtidas da rebrota de mudas cultivadas em viveiro e os embriões a partir de sementes em diversos estágios de maturação. Para a assepsia dos explantes foram utilizados dois antibiótico (Ampicilina e Agrimicina), etanol (70%) e hipoclorito de sódio, em concentrações e tempo de exposição variando em função do tratamento. Para o controle da oxidação foram utilizados imersão em ácido ascórbico (250 mg/l) e PVP (Polivinilpirrolidona) no meio Murashige & Skoog (MS). O delineamento estatístico empregado foi o inteiramente ao acaso com tratamentos e repetições em função do tipo de explante. Foi observado 71% de sobrevivência e 53% de germinação de embriões tratados com hipoclorito de sódio (50% e 2% de cloro ativo) por 10 minutos e inoculados em meio MS contendo 20 mg/l de água de côco após 45 dias. As gemas das rebrotas de mudas tratadas com solução de Sulfato de Estreptomicina (Agrimicina) na concentração de 500 mg/l (1h) apresentaram 51% de sobrevivência. Quando submetidas ao pré-tratamento com o emprego de bomba a vácuo (180 mmHg) contendo a Agrimicina (500 mg/l), apresentaram 25% de sobrevivência.

Assessment of liposome disruption to quantify drug delivery in vitro

Efficient liposome disruption inside the cells is a key for success with any type of drug delivery system. The efficacy of drug delivery is currently evaluated by direct visualization of labeled liposomes internalized by cells, not addressing objectively the release and distribution of the drug. Here, we propose a novel method to easily assess liposome disruption and drug release into the cytoplasm. We propose the encapsulation of the cationic dye Hoechst 34,580 to detect an increase in blue fluorescence due to its specific binding to negatively charged DNA. For that, the dye needs to be released inside the cell and translocated to the nucleus. The present approach correlates the intensity of detected fluorescent dye with liposome disruption and consequently assesses drug delivery within the cells.

In vitro studies of the anthelmintic activity of Picrolemma sprucei Hook. f. (Simaroubaceae)

1300 ppm (1.3 g / L), water and ethanol extracts prepared from stems or roots of Picrolemma sprucei Hook. f. were lethal (85-90 % mortality) in vitro to Haemonchus contortus (Barber Pole Worm) larvae, a gastrointestinal nematode parasite found in domestic and wild ruminants. Neosergeolide and isobrucein B were isolated in 0.0083 and 0.0070 % yield from dry, ground P. sprucei stems (0.89 kg). Neosergeolide, isobrucein B and the anthelmintic drug standard levamisole all caused comparable mortality rates (68-77 %) in vitro to H. contortus at similar concentrations (81-86 ppm). The anthelmintic activity of P. sprucei infusions (teas), alcohol extracts, and neosergeolide and isobrucein B, has therefore been demonstrated for the first time.

In vitro mechanical fatigue behavior of poly-ε-caprolactone macroporous scaffolds for cartilage tissue engineering: Influence of pore filling by a poly(vinyl alcohol) gel

Polymeric scaffolds used in regenerative therapies are implanted in the damaged tissue and subjected to repeated loading cycles. In the case of articular cartilage engineering, an implanted scaffold is typically subjected to long term dynamic compression. The evolution of the mechanical properties of the scaffold during bioresorption has been deeply studied in the past, but the possibility of failure due to mechanical fatigue has not been properly addressed. Nevertheless, the macroporous scaffold is susceptible to failure after repeated loading-unloading cycles. In this work fatigue studies of polycaprolactone scaffolds were carried by subjecting the scaffold to repeated compression cycles in conditions simulating the scaffold implanted in the articular cartilage. The behaviour of the polycaprolactone sponge with the pores filled with a poly(vinyl alcohol) gel simulating the new formed tissue within the pores was compared with that of the material immersed in water. Results were analyzed with Morrow’s criteria for failure and accurate fittings are obtained just up to 200 loading cycles. It is also shown that the presence of poly(vinyl alcohol) increases the elastic modulus of the scaffolds, the effect being more pronounced with increasing the number of freeze/thawing cycles.

Indução de metabólitos secundários em plântulas de Hypericum brasiliense Choisy crescendo in vitro

A produção de rutina, quercetina, 1,5-diidroxixantona e ácido betulínico foi investigada em plântulas de H. brasiliense crescendo in vitro, sob a influência de ácido salicílico, polietilenoglicol, NaCl, 24-epibrassinolídeo, benzotiadiazole (BION), metiljasmonato e concentrações aumentadas de boro e nitrogênio no meio líquido de cultura. As avaliações foram feitas após 5 e 10 dias do início dos tratamentos. Os maiores aumentos de conteúdo foram observados com quercetina para boro e ácido salicílico aos 5 dias, e 24-epibrassinolídeo e BION aos 10 dias.

In vitro screening of Amazonian plants for hemolytic activity and inhibition of platelet aggregation in human blood

In the present study, different aerial parts from twelve Amazonian plant species found in the National Institute for Amazon Research's (INPA's) Adolpho Ducke Forest Reserve (in Manaus, Amazonas, Brazil) were collected. Separate portions of dried, ground plant materials were extracted with water (by infusion), methanol and chloroform (by continuous liquid-solid extraction) and solvents were removed first by rotary evaporation, and finally by freeze-drying which yielded a total of seventy-one freeze-dried extracts for evaluation. These extracts were evaluated initially at concentrations of 500 and 100 µg/mL for in vitro hemolytic activity and in vitro inhibition of platelet aggregation in human blood, respectively. Sixteen extracts (23 % of all extracts tested, 42 % of all plant species), representing the following plants: Chaunochiton kappleri (Olacaceae), Diclinanona calycina (Annonaceae), Paypayrola grandiflora (Violaceae), Pleurisanthes parviflora (Icacinaceae), Sarcaulus brasiliensis (Sapotaceae), exhibited significant inhibitory activity towards human platelet aggregation. A group of extracts with antiplatelet aggregation activity having no in vitro hemolytic activity has therefore been identified. Three extracts (4 %), all derived from Elaeoluma nuda (Sapotaceae), exhibited hemolytic activity. None of the plant species in this study has known use in traditional medicine. So, these data serve as a baseline or minimum of antiplatelet and hemolytic activities (and potential usefulness) of non-medicinal plants from the Amazon forest. Finally, in general, these are the first data on hemolytic and inhibitory activity on platelet aggregation for the genera which these plant species represent.

Estudo farmacognóstico e atividade in vitro sobre a coagulação sanguínea e agregação plaquetária das folhas de Passiflora nitida Kunth (Passifloraceae)

O gênero Passiflora (Passifloraceae) é utilizado principalmente para tratar doenças do SNC e cardiovasculares. A espécie Passiflora nitida Kunth é comumente conhecida como “maracujá-do-mato". A literatura relata o consumo in natura dos frutos desta espécie pela população local para distúrbios gastrointestinais. Considerando o potencial farmacológico do gênero, este trabalho teve por objetivo realizar estudo de caracterização fitoquímica desta espécie e estudar os efeitos dos extratos aquoso (EA), etanólico (EE) e hexânico (EH) de suas folhas sobre a coagulação sanguínea e agregação plaquetária. Para a caracterização fitoquímica foram realizados testes de cromatografia em camada delgada e ressonância magnética nuclear. O efeito dos extratos sobre a coagulação foi avaliado pelos testes de tempo de protrombina (TP) e tempo de tromboplastina parcial ativada (TTPa). O efeito sobre a agregação plaquetária foi avaliado em plasma rico em plaquetas por método espectrofotométrico, usando adenosina difosfato (ADP) e adrenalina (ADR) como indutores da agregação. Os extratos EA, EE e EH apresentaram atividade coagulante pelo teste do TP e o EE apresentou atividade anticoagulante para o TTPa. Quando induzidos por ADP, os extratos EA, EE e EH apresentaram valores de concentração inibitória 50% (CI50, µg/mL) de 450,5 ± 50,7; 511,2 ± 35,5 e 394,4 ± 8,9, respectivamente, e quando induzidos por ADR apresentaram valores de 438,7 ± 5,2; 21,0 ± 1,9 e 546,9 ± 49,9, respectivamente. O EE apresentou atividade inibitória sobre a agregação. A caracterização fitoquímica foi sugestiva da presença de flavonóides e cumarinas, aos quais podem ser atribuídos, em parte, os efeitos biológicos estudados.

Efeito de diferentes reguladores de crescimento na regeneração in vitro de pau-rosa (Aniba rosaeodora Ducke)

O objetivo deste trabalho foi estabelecer um protocolo para a regeneração in vitro de pau-rosa (Aniba rosaeodora Ducke), utilizando brotações apicais e segmentos nodais inoculados em meio de cultura com distintas concentrações de diferentes reguladores de crescimento. Explantes esterilizados com soluções de benomyl (4,0 g.L-1) por 24 horas e hipoclorito de sódio a 20% + tween 20 por 20 minutos, foram submetidos a um experimento de indução de broto, raiz e calo em meio MS1 acrescido de 30g.L-1 de sacarose e 9g.L-1 de agar, suplementado com BAP (0,0 e 4,0 mg.L-1), ANA, AIA e 2,4-D (0,0; 3,0 e 6,0 mg.L-1), e suas respectivas combinações. O delineamento utilizado foi o inteiramente casualizado em esquema fatorial 7 X 2, com 14 tratamentos e 15 repetições cada, onde foram analisados o número médio de brotos, raízes e calo. Após 90 dias, os resultados mostraram que a presença de auxinas é fundamental para a formação dos parâmetros induzidos nos explantes de pau-rosa. O meio de cultura contendo 4,0 mg.L-1 de BAP + 6,0 mg.L-1 de AIA apresentou a melhor média para a brotação com 2,13 brotos/explante. Para o enraizamento o meio contendo 3,0 mg.L-1 de ANA foi o mais eficiente, apresentando uma média de 2,53 raízes/explante. Em relação à indução de calo, todos os tratamentos apresentaram calogênese, porém o meio suplementado com 4,0 mg.L-1 de BAP + 6,0 mg.L-1 de 2,4-D, apresentou a melhor média, 1,67 calos/explante.

In vitro anti-Candida activity of Glycyrrhiza glabra L.

The severity and frequency of opportunistic fungal infections still growing, concomitantly to the increasing rates of antimicrobial drugs resistance. Natural matrices have been used over years due to its multitude of health benefits, including antifungal potential. Thus, the present work aims to evaluate the anti-Candida potential of the phenolic extract and individual phenolic compounds of Glycyrrhiza glabra L. (licorice), by disc diffusion assay, followed by determination of the minimal inhibitory concentration (MIC) and minimal fungicidal concentration (MFC) for both planktonic cells and biofilms. Licorice extract evidenced inhibitory potential against the nineteen tested Candida strains, but no pronounced effect was observed by testing the most abundant individual phenolic compounds. Candida tropicalis strains were the most sensible, followed by Candida glabrata, Candida parapsilosis and, then, Candida albicans. Lower MIC and MFC values were achieved to C. glabrata and C. tropicalis, which confirms its susceptibility to licorice extract; however, for C. tropicalis strains a higher variability was observed. Anti-biofilm potential was also achieved, being most evident in some C. glabrata and C. tropicalis strains. In general, a twice concentration of the MIC was necessary for planktonic cells to obtain a similar potential to that one observed for biofilms. Thus, an upcoming approach for new antifungal agents, more effective and safer than the current ones, is stablished; notwithstanding, further studies are necessary in order to understand its mechanism of action, as also to assess kinetic parameters.

Estabelecimento e multiplicação in vitro de brotos no processo de micropropagação de cultivares de bananeira (Musa spp.)

A banana (Musa spp.) é uma das frutas mais consumidas no mundo, e amplamente cultivada no Brasil, porém doenças como as sigatokas, negra e amarela, vêm reduzindo a sua produção. A disponibilização imediata de novas cultivares resistentes às principais doenças é limitada pela propagação convencional. A micropropagação é uma alternativa para a produção de mudas com qualidade fitossanitária e vegetativa, mas apresenta fatores que dificultam sua aplicação como a contaminação por fungos e bactérias, associada à oxidação dos explantes. O objetivo desse trabalho foi adaptar e/ou otimizar as etapas do processo de micropropagação para diferentes cultivares de bananeira, por meio do controle de oxidação, contaminação, e multiplicação de brotos, sendo utilizadas as cultivares Caipira (AAA), BRS Caprichosa (AAAB), Pacovan Ken (AAAB), Preciosa (AAAB), PV 03-76 (AAAB), Thap Maeo (AAB). No estudo foram utilizados o antibiótico sulfato de estreptomicina e o fungicida Opera® (BASF) visando reduzir a contaminação in vitro provocada por bactérias e fungos, além do anti-oxidante PVP (polivinilpirrolidona) para controlar a oxidação. Houve redução da contaminação com uso do sulfato de estreptomicina à concentração de 100 mg L-1 e da oxidação com PVP a 4 g L-1. Na fase de multiplicação de brotos, as cultivares apresentaram médias que variaram de 1,90 a 4,75 brotos/explante. A cultivar caipira (AAA) destacou-se das demais com a maior taxa de multiplicação de brotos após três subcultivos, média de 41,50 brotos por rizoma.