Heme oxygenase-1 activity is involved in the control of Toxoplasma gondii infection in the lung of BALB/c and C57BL/6 and in the small intestine of C57BL/6 mice

Heme oxygenase-1 (HO-1) is an enzyme that catabolizes free heme, which induces an intense inflammatory response. The expression of HO-1 is induced by different stimuli, triggering an anti-inflammatory response during biological stress. It was previously verified that HO-1 is able to induce indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), an enzyme that is induced by IFN-γ in Toxoplasma gondii infection. To verify the role of HO-1 during in vivo T. gondii infection, BALB/c and C57BL/6 mice were infected with the ME49 strain and treated with zinc protoporphyrin IX (ZnPPIX) or hemin, which inhibit or induce HO-1 activity, respectively. The results show that T. gondii infection induced high levels of HO-1 expression in the lung of BALB/c and C57BL6 mice. The animals treated with ZnPPIX presented higher parasitism in the lungs of both lineages of mice, whereas hemin treatment decreased the parasite replication in this organ and in the small intestine of infected C57BL/6 mice. Furthermore, C57BL/6 mice infected with T. gondii and treated with hemin showed higher levels of IDO expression in the lungs and small intestine than uninfected mice. In conclusion, our data suggest that HO-1 activity is involved in the control of T. gondii in the lungs of both mouse lineages, whereas the hemin, a HO-1 inducer, seems to be involved in the control of parasitism in the small intestine of C57BL/6 mice.

Mycobacterium bovis infection in goats from the Northeast Region of Brazil

A total of 8,058 male and female mixed-breed goats and 1-4 years of age were slaughtered over a period of 7 months at the public slaughterhouse of Patos city, Paraíba state, in the Northeast region of Brazil; 822 animals were inspected for gross lesions of tuberculosis, and 12 (1.46%) had lesions suggestive of tuberculosis in the mammary gland, lungs, liver and mediastinal, mesenteric, submandibular, parotid and prescapular lymph nodes. Presence of granulomatous lesions was confirmed in the submandibular lymph node of one (8.3%) goat at the histopathological examination and at the mycobacterium culture the same sample was confirmed positive. Isolate was confirmed as belonging to the M. tuberculosis complex by PCR restriction enzyme analysis (PRA). Spoligotyping identified the isolate into spoligotype SB0295 on the M. bovis Spoligotype Database website (www.mbovis.org), and it was classified as M. bovis. The occurrence of M. bovis in goats in this study suggests that this species may be a potential source of infection for humans and should be regarded as a possible problem in the advancement of control and eradication program for bovine tuberculosis in Brazil.

Influence of chest wall on lung mechanics during inspiration

RATIONALE: The interaction between lungs and chest wall influences lung volume, that determines lung history during respiration cycle. In this study, the influence of chest wall mechanics on respiratory system is assessed by the evaluation of inspiration pressure-volume curve (PV curve) under three different situations: closed-chest, open-chest and isolated lung. The PV curve parameters in each situation allow us to further understand the role played by different chest wall elements in the respiratory function. Methods: Twenty-four male Wistar rats (236 ± 29 g) were used. The animals were weighted and then anesthetized with xylazine 2% (O,SmL/kg) and ketamine 10% (0,9mL/kg), exsanguinated and later tracheostomies with a metallic cannula (14 gauge).The cannula was connected to an automatic small animal insufflator. This setup was connected to a pressure transducer (32 samples/s). The 24 animals were randomly separated in three groups:(i) closed chest,(ii) open chest and (iii) isolated lung. The rats were insufflated with 20mL quasi-statically (constant speed of 0,1mUs). lnsufflated volume and measured pressure data were kept and PV curves were obtained for all animals. The PV curves were fitted (non-linear least squares) against the sigmoid equation (1) to obtain the sigmoid equation parameters (a,b,c,d). Elastance measurements were obtained from linear regression of pressure/volume measurements in a 0,8s interval before and after the calculated point. Results: The parameters a,b and c showed no significant change, but the parameter d showed a significant variation among the three groups. The initial elastance also varied between open and closed chest, indicating the need of a higher pressure for the lung expansion, as can be seen in Table 1. Conclusion: A supporting effect of the chest wall was observed at the initial moments of inspiration, observed as a higher initial elastance in open chest situations than in closed chest situations (p=0,00001). The similar initial elastance for the isolated lung and closed chest may be explained by the specific method used for the isolated lung experiment. As the isolated lung is supported by the trachea vertically, the weight of the tissue may have a similar effect of the residual negative pressure in the thorax, responsible for maintaining the residual volume.

Influence of chest wall on lung mechanics during inspiration.

RATIONALE: The interaction between lungs and chest wall influences lung volume, that determines lung history during respiration cycle. In this study, the influence of chest wall mechanics on respiratory system is assessed by the evaluation of inspiration pressure-volume curve (PV curve) under three different situations: closed-chest, open-chest and isolated lung. The PV curve parameters in each situation allow us to further understand the role played by different chest wall elements in the respiratory function. Methods: Twenty-four male Wistar rats (236 ± 29 g) were used. The animals were weighted and then anesthetized with xylazine 2% (0,5mL/kg) and ketamine 10% (0,9mL/kg), exsanguinated and later tracheostomized with a metallic cannula (14 gauge). The cannula was connected to an automatic small animal insufflator. This setup was connected to a pressure transducer (32 samples/s). The 24 animals were randomly separated in three groups: (i) closed chest, (ii) open chest and (iii) isolated lung. The rats were insufflated with 20mL quasi-statically (constant speed of 0,1mL/s). Insufflated volume and measured pressure data were kept and PV curves were obtained for all animals. The PV curves were fitted (non-linear least squares) against the sigmoid equation (1) to obtain the sigmoid equation parameters (a,b,c,d). Elastance measurements were obtained from linear regression of pressure/volume measurements in a 0,8s interval before and after the calculated point. Results: The parameters a, b and c showed no significant change, but the parameter d showed a significant variation among the three groups. The initial elastance also varied between open and closed chest, indicating the need of a higher pressure for the lung expansion, as can be seen in Table 1. Table 1: Mean and Standard Deviation of parameters obtained for each protocol. Protocol: Closed Chest – a (mL) -0.35±0.33; b (mL) 13.93±0.89; c (cm H2O) 21.28±2.37; d (cm H2O) 6.17±0.84; r²** (%) 99.4±0.14; Initial Elastance* (cm H2)/mL) 12.72±6.66; Weight (g) 232.33±5.72. Open Chest - a (mL) 0.01±0.28; b (mL) 14.79±0.54; c (cm H2O) 19.47±1.41; d (cm H2O) 3.50±0.28; r²** (%) 98.8±0.34; Initial Elastance* (cm H2)/mL) 28.68±2.36; Weight (g) 217.33±7.97. Isolated Lung - a (mL) -0.09±0.46; b (mL) 14.22±0.75; c (cm H2O) 21.76±1.43; d (cm H2O) 4.24±0.50; r²** (%) 98.9±0.19; Initial Elastance* (cm H2)/mL) 7.13±8.85; Weight (g) 224.33±16.66. * Elastance measures in the 0-0,1 mL range. ** Goodness of sigmoid fit versus measured data Conclusion: A supporting effect of the chest wall was observed at the initial moments of inspiration, observed as a higher initial elastance in open chest situations than in closed chest situations (p=0,00001). The similar initial elastance for the isolated lung and closed chest may be explained by the specific method used for the isolated lung experiment. As the isolated lung is supported by the trachea vertically, the weight of the tissue may have a similar effect of the residual negative pressure in the thorax, responsible for maintaining the residual volume.

Suppressive effect of low-level laser therapy on tracheal hyperresponsiveness and lung inflammation in rat subjected to intestinal ischemia and reperfusion

Intestinal ischemia and reperfusion (i-I/R) is an insult associated with acute respiratory distress syndrome (ARDS). It is not known if pro- and anti-inflammatory mediators in ARDS induced by i-I/R can be controlled by low-level laser therapy (LLLT). This study was designed to evaluate the effect of LLLT on tracheal cholinergic reactivity dysfunction and the release of inflammatory mediators from the lung after i-I/R. Anesthetized rats were subjected to superior mesenteric artery occlusion (45 min) and killed after clamp release and preestablished periods of intestinal reperfusion (30 min, 2 or 4 h). The LLLT (660 nm, 7.5 J/cm(2)) was carried out by irradiating the rats on the skin over the right upper bronchus for 15 and 30 min after initiating reperfusion and then euthanizing them 30 min, 2, or 4 h later. Lung edema was measured by the Evans blue extravasation technique, and pulmonary neutrophils were determined by myeloperoxidase (MPO) activity. Pulmonary tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin-10 (IL-10), intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1), and isoform of NO synthase (iNOS) mRNA expression were analyzed by real-time PCR. TNF-α, IL-10, and iNOS proteins in the lung were measured by the enzyme-linked immunoassay technique. LLLT (660 nm, 7.5 J/cm(2)) restored the tracheal hyperresponsiveness and hyporesponsiveness in all the periods after intestinal reperfusion. Although LLLT reduced edema and MPO activity, it did not do so in all the postreperfusion periods. It was also observed with the ICAM-1 expression. In addition to reducing both TNF-α and iNOS, LLLT increased IL-10 in the lungs of animals subjected to i-I/R. The results indicate that LLLT can control the lung's inflammatory response and the airway reactivity dysfunction by simultaneously reducing both TNF-α and iNOS.

Ovariectomized OVA-sensitized mice display increased frequency of CD4+Foxp3+ T regulatory cells in the periphery

It is well established that female sex hormones have a pivotal role in inflammation. For instance, our group has previously reported that estradiol has proinflammatory actions during allergic lung response in animal models. Based on these findings, we have decided to further investigate whether T regulatory cells are affected by female sex hormones absence after ovariectomy. We evaluated by flow cytometry the frequencies of CD4+Foxp3+ T regulatory cells (Tregs) in central and peripheral lymphoid organs, such as the thymus, spleen and lymph nodes. Moreover, we have also used the murine model of allergic lung inflammation a to evaluate how female sex hormones would affect the immune response in vivo. To address that, ovariectomized or sham operated female Balb/c mice were sensitized or not with ovalbumin 7 and 14 days later and subsequently challenged twice by aerosolized ovalbumin on day 21. Besides the frequency of CD4+Foxp3+ T regulatory cells, we also measured the cytokines IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 and IL-17 in the bronchoalveolar lavage from lungs of ovalbumine challenged groups. Our results demonstrate that the absence of female sex hormones after ovariectomy is able to increase the frequency of Tregs in the periphery. As we did not observe differences in the thymus-derived natural occurring Tregs, our data may indicate expansion or conversion of peripheral adaptive Tregs. In accordance with Treg suppressive activity, ovariectomized and ovalbumine-sensitized and challenged animals had significantly reduced lung inflammation. This was observed after cytokine analysis of lung explants showing significant reduction of pro-inflammatory cytokines, such as IL-4, IL-5, IL-13 and IL-17, associated to increased amount of IL-10. In summary, our data clearly demonstrates that OVA sensitization 7 days after ovariectomy culminates in reduced lung inflammation, which may be directly correlated with the expansion of Tregs in the periphery and further higher IL-10 secretion in the lungs.

CHO cell adhesion on modified surfaces of different materials.

Epithelial cells are mainly responsible for the formation of tissues that cover the external and internal surfaces of organs like skin, lining of the lungs and intestines. The cells must adhere to substrates and to each other in compliance with certain stimulus. In this way, adhesion properties can be regulated by the cell which simultaneously senses the chemical and mechanical properties of its environment. Their adhesion and growth on biomaterials depends on substrate properties such as surface wettability, topography and chemistry. The aim of this study is to investigate cell-surface interactions using several materials and different surfaces.

The putative role of ovary removal and progesterone when considering the effect of formaldehyde exposure on lung inflammation induced by ovalbumin

OBJECTIVE: Formaldehyde exposure during the menstrual cycle is known to affect the course of allergic lung inflammation. Because our previous data demonstrated that formaldehyde combined with an ovariectomy reduced allergic lung inflammation, we investigated the putative role of ovary removal and progesterone treatment when considering the effect of formaldehyde on allergic lung inflammation. METHOD: Ovariectomized rats and their matched controls were exposed to formaldehyde (1%, 3 days, 90 min/day) or vehicle, and immediately after exposure, the rats were sensitized to ovalbumin by a subcutaneous route. After 1 week, the rats received a booster by the same route, and after an additional week, the rats were challenged with ovalbumin (1%) by an aerosol route. The leukocyte numbers, interleukin-10 (IL-10) release, myeloperoxidase activity, vascular permeability, ex vivo tracheal reactivity to methacholine and mast cell degranulation were determined 24 h later. RESULTS: Our results showed that previous exposure to formaldehyde in allergic rats decreased lung cell recruitment, tracheal reactivity, myeloperoxidase activity, vascular permeability and mast cell degranulation while increasing IL-10 levels. Ovariectomy only caused an additional reduction in tracheal reactivity without changing the other parameters studied. Progesterone treatment reversed the effects of formaldehyde exposure on ex vivo tracheal reactivity, cell influx into the lungs and mast cell degranulation. CONCLUSION: In conclusion, our study revealed that formaldehyde and ovariectomy downregulated allergic lung inflammation by IL-10 release and mast cell degranulation. Progesterone treatment increased eosinophil recruitment and mast cell degranulation, which in turn may be responsible for tracheal hyperreactivity and allergic lung inflammation

On the mechanisms that limit oxygen uptake during exercise in acute and chronic hypoxia: role of muscle mass

[EN] Peak aerobic power in humans (VO2,peak) is markedly affected by inspired O2 tension (FIO2). The question to be answered in this study is what factor plays a major role in the limitation of muscle peak VO2 in hypoxia: arterial O2 partial pressure (Pa,O2) or O2 content (Ca,O2)? Thus, cardiac output (dye dilution with Cardio-green), leg blood flow (thermodilution), intra-arterial blood pressure and femoral arterial-to-venous differences in blood gases were determined in nine lowlanders studied during incremental exercise using a large (two-legged cycle ergometer exercise: Bike) and a small (one-legged knee extension exercise: Knee)muscle mass in normoxia, acute hypoxia (AH) (FIO2 = 0.105) and after 9 weeks of residence at 5260 m (CH). Reducing the size of the active muscle mass blunted by 62% the effect of hypoxia on VO2,peak in AH and abolished completely the effect of hypoxia on VO2,peak after altitude acclimatization. Acclimatization improved Bike peak exercise Pa,O2 from 34 +/- 1 in AH to 45 +/- 1 mmHg in CH(P <0.05) and Knee Pa,O2 from 38 +/- 1 to 55 +/- 2 mmHg(P <0.05). Peak cardiac output and leg blood flow were reduced in hypoxia only during Bike. Acute hypoxia resulted in reduction of systemic O2 delivery (46 and 21%) and leg O2 delivery (47 and 26%) during Bike and Knee, respectively, almost matching the corresponding reduction in VO2,peak. Altitude acclimatization restored fully peak systemic and leg O(2) delivery in CH (2.69 +/- 0.27 and 1.28 +/- 0.11 l min(-1), respectively) to sea level values (2.65 +/- 0.15 and 1.16 +/- 0.11 l min(-1), respectively) during Knee, but not during Bike. During Knee in CH, leg oxygen delivery was similar to normoxia and, therefore, also VO2,peak in spite of a Pa,O2 of 55 mmHg. Reducing the size of the active mass improves pulmonary gas exchange during hypoxic exercise, attenuates the Bohr effect on oxygen uploading at the lungs and preserves sea level convective O2 transport to the active muscles. Thus, the altitude-acclimatized human has potentially a similar exercising capacity as at sea level when the exercise model allows for an adequate oxygen delivery (blood flow x Ca,O2), with only a minor role of Pa,O2 per se, when Pa,O2 is more than 55 mmHg.

Hygroskopische Eigenschaften atmosphärischer Partikel in kontinentalen Luftmassen

Die hygroskopischen Eigenschaften sind wichtige Parameter des atmosphärischen Aerosols. Sie beeinflussen sowohl direkt über den Strahlungsantrieb, als auch indirekt über die Wechselwirkung von Aerosol und Wolken die globale Strahlungsbilanz und somit das Klima. Auch die Sichtweiteveränderung ist von ihnen abhängig. Sie beeinflussen die Partikeldeposition in der Lunge und müssen zur Vermeidung von Artefaktbildung bei der Aerosolmessung berücksichtigt werden.
Die vorliegende Dissertation beinhaltet Messungen des wasserlöslichen Volumenanteils und des hygroskopischen Wachstumsfaktors des atmosphärischen Aerosols. Mit diesen Untersuchungen konnte der überwiegende Teil (50 nm bis 4 µm Partikeldurchmesser) des für atmosphärische Prozesse relevanten Größenbereichs gleichzeitig größenaufgelöst und detailliert erfasst werden. Messungen wurden in ruralen, semi-urbanen und frei-troposphärischen Luftmassen durchgeführt. Messverfahren sind die SoFA (Water-Soluble Fraction of Large and Giant Atmospheric Particles)-Methode und der HTDMA (Hygroscopic Tandem Differential Mobility Analyzer). Im Rahmen dieser Arbeit wurde die SoFA-Methode weiterentwickelt.
Ein umfangreiches Messprogramm zeigt, dass der mittlere lösliche Volumenanteil des Aerosols mit Werten von ca. 59 % geringe Variationen zwischen den Messstandorten aufweist, lediglich in frei-troposphärischen Luftmassen liegt er mit 66 % erwartungsgemäß höher. Betrachtet man die Daten größenaufgelöst, so zeigt sich, dass im Größenbereich zwischen 200 und 500 nm Partikeldurchmesser der lösliche Volumenanteil ein Maximum aufweist. Ein in semi-urbanem Aerosol gemessener Jahresgang weist, vor allem für Partikel kleiner 300 nm, im Sommer geringere Werte als im Winter auf. Unterhalb 300 nm Partikeldurchmesser treten üblicherweise zwei, oberhalb bis zu drei Partikeltypen unterschiedlicher Hygroskopizität auf: der fast unlösliche Partikeltyp mit löslichen Volumenanteilen bis 12 %, der wahrscheinlich aus Ruß, sekundärem organischem, mineralischem und biologischem Material besteht; der teilweise lösliche Partikeltyp (50 bis 75 %), der als Mischpartikel anzusprechen ist; schließlich der überwiegend lösliche Partikeltyp (ca. 90 %), der wahrscheinlich durch Wolkenprozessierung entsteht. Der Unterschied zwischen den Messstandorten ist auch hier gering. Üblicherweise dominieren die löslicheren Partikeltypen mit relativen Anteilen von 60 bis 95 %, wobei sich ein Minimum der Häufigkeit der löslicheren Partikel zwischen 1.5 und 2.5 µm zeigt. Abschließende größenaufgelöste Modellrechnungen zum Aerosol-Feuchtewachstum unterstreichen die Relevanz dieser Untersuchungen für Strahlungs- und Wolkenprozesse.

Comparative genomic sequencing analysis of a region in human chromosome 11p15.3, mouse chromosome 7 and analysis of the novel STK33, Stk33 gene

The comparative genomic sequence analysis of a region in human chromosome 11p15.3 and its homologous segment in mouse chromosome 7 between ST5 and LMO1 genes has been performed. 158,201 bases were sequenced in the mouse and compared with the syntenic region in human, partially available in the public databases. The analysed region exhibits the typical eukaryotic genomic structure and compared with the close neighbouring regions, strikingly reflexes the mosaic pattern distribution of (G+C) and repeats content despites its relative short size. Within this region the novel gene STK33 was discovered (Stk33 in the mouse), that codes for a serine/threonine kinase. The finding of this gene constitutes an excellent example of the strength of the comparative sequencing approach. Poor gene-predictions in the mouse genomic sequence were corrected and improved by the comparison with the unordered data from the human genomic sequence publicly available. Phylogenetical analysis suggests that STK33 belongs to the calcium/calmodulin-dependent protein kinases group and seems to be a novelty in the chordate lineage. The gene, as a whole, seems to evolve under purifying selection whereas some regions appear to be under strong positive selection. Both human and mouse versions of serine/threonine kinase 33, consists of seventeen exons highly conserved in the coding regions, particularly in those coding for the core protein kinase domain. Also the exon/intron structure in the coding regions of the gene is conserved between human and mouse. The existence and functionality of the gene is supported by the presence of entries in the EST databases and was in vivo fully confirmed by isolating specific transcripts from human uterus total RNA and from several mouse tissues. Strong evidence for alternative splicing was found, which may result in tissue-specific starting points of transcription and in some extent, different protein N-termini. RT-PCR and hybridisation experiments suggest that STK33/Stk33 is differentially expressed in a few tissues and in relative low levels. STK33 has been shown to be reproducibly down-regulated in tumor tissues, particularly in ovarian tumors. RNA in-situ hybridisation experiments using mouse Stk33-specific probes showed expression in dividing cells from lung and germinal epithelium and possibly also in macrophages from kidney and lungs. Preliminary experimentation with antibodies designed in this work, performed in parallel to the preparation of this manuscript, seems to confirm this expression pattern. The fact that the chromosomal region 11p15 in which STK33 is located may be associated with several human diseases including tumor development, suggest further investigation is necessary to establish the role of STK33 in human health.

Patologie da Porcine Circovirus tipo 2 (PCV2) nel suino

The main work involved the PMWS (Post-weaning multisystemic Wasting Syndrome), caused by PCV-2 (Porcine Circovirus type 2) that involved post-weaned pigs. Merial Italy has funded a study activity in which groups of 3-5 animals were sampled for lungs, tracheo-bronchial and superficial inguinal lymph nodes, ileum and tonsils. The protocol applied can be identified as a more diagnostic potential on the individual than on the group. PNP. Another investigation has been conducted to study proliferative and necrotizing pneumonia (PNP), a form of interstitial pneumonia in weaning and post-weaning pigs characterized by hypertrophy and hyperplasia of type II pneumocytes, coagulative necrosis and granular debris within alveolar spaces. Many studies suggest porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) and porcine circovirus type 2 (PCV2) as the main causes of the disease, but Aujeszky disease virus (ADV) and swine influenza virus (SIV) are also considered. An immunohistochemical study was carried out to evaluate the role of these viruses in PNP lesions in Italy. PNP results primarily associated with PRRSV, even if co-infection is characterized by more severe histological features. Reproductive pathology. A major risk factor for PCV2 infection is a viraemic episode taking place in pregnant sows with low antibody titer which is transmitted by specific PCV2 products of conception. PCV2 can infect the fetus even by vehicles through infected semen or ova, or as a result of infection of the genital tract. An investigation was carried out to identify the presence and localization of PCV2 in the genital tracts of sows experimentally infected with PCV2 and in their fetuses. The results obtained suggest that: conventional sows can be infected by intrauterine exposition; low antibody titres increase the probability of infection; PCV2 infection close to insemination time reduces the pregnancy rate; placental lesions may represent an additional cause of fetal suffering.

Sprühgetrocknete Polylaktid, Poly(laktid-co-glykolid) Mikropartikel zur Steuerung der Freisetzung aus pulmonalen Arzneiformen

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, pharmazeutisch-technologische Möglichkeiten der Retardierung bei ausgewählten Antiasthmatika zur pulmonalen Applikation anzuwenden. Dafür sollten Mikropartikel hergestellt und pharmazeutisch sowie biopharmazeutisch charakterisiert werden. Als Modellsubstanzen werden das Glukokortikoid Budesonid und das β2-Sympathomimetikum Salbutamol in Form seiner Base und seines Salzes verwendet. Die Auswahl erfolgt nach physikochemischen (Lipophilie, Molekulargewicht) und therapeutischen (Halbwertszeit der Wirkung, Applikationsfrequenz) Gesichtspunkten. Mikropartikel auf Polymerbasis ermöglichen eine kontrollierte Freigabe der Arzneistoffe über einen vorausbestimmten Zeitraum. Es erfolgt die Auswahl physiologisch unbedenklicher Hilfsstoffe (Polylaktide R 202H/ Poly(laktid-co-glykolide) RG 502H, RG 752-S) mit unterschiedlichen Anteilen an Coglykolid sowie unterschiedlichen Molekulargewichten, die sich prinzipiell zur Verzögerung der Freisetzung eignen und sich bei der parenteralen Applikation bereits bewährt haben. Die Sprühtrocknung wird als geeignetes pharmazeutisch-technologisches Verfahren zur Präparation von Mikropartikeln im Teilchengrößenbereich von 1- 10 Mikrometern beschrieben, welche den Wirkstoff mit möglichst hoher Beladung verkapselt. Die sprühgetrockneten Pulver sollen pharmazeutisch physikochemisch mittels Rasterelektronenmikroskopie (Morphologie), Laserdiffraktometrie (Teilchengrößenverteilung), DSC und Röntgenpulverdiffraktometrie (thermisches Verhalten) und mittels Stickstoff-Tief-Temperatur Adsorptionsverfahren (spezifische Oberfläche) charakterisiert werden. Zusätzlich wird die Wirkstoffbeladung der sprühgetrockneten Polymer-Mikropartikel mittels HPLC ermittelt. Die biopharmazeutische Charakterisierung der sprühgetrockneten Pulver erfolgt über die in-vitro Freigabekinetik und die Stabilität der Mikropartikel. Zusätzlich werden Versuche an Zellkulturen und in-vivo Versuche an Mäusen durchgeführt, um die Effekte der sprühgetrockneten Mikropartikel und des Hilfsstoffs hinsichtlich der Freisetzungsretardierung zu testen. Bei den in-vivo Versuchen werden der Atemwegswiderstand und die Verlängerung der exspiratorischen Phase (penh) als Parameter für einen antiasthmatischen Effekt gewählt. Die Lungenlavage Flüssigkeit wird zusätzlich überprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass es mit Hilfe der Sprühtrocknung möglich ist, Polymer-Mikropartikel herzustellen, die aufgrund ihrer Partikelgröße von d50 ≤ 5,8 µm fähig sind, die unteren Abschnitte der Lunge zu erreichen. Die Morphologie der Mikropartikel ist abhängig vom zu versprühenden Produkt. Thermodynamisch und röntgenpulverdiffraktometrisch betrachtet handelt es sich um amorphe Produkte, die aber über lange Zeit in diesem Zustand stabil sind. Die Wiederfindung der eingesetzten Arzneistoffmenge in den sprühgetrockneten Polymer-Mikropartikeln und die Freigabeversuche zur Charakterisierung der Retardierungseigenschaften der verwendeten Polymere ergeben, dass es mit Hilfe der Sprühtrocknung von Budesonid und Salbutamol mit den Polymeren möglich ist, retardierende Mikropartikel herzustellen. Die Wiederfindung von Budesonid und Salbutamol in den sprühgetrockneten Polymer-Mikropartikeln entspricht nahezu der eingesetzten Menge. Bei Salbutamolsulfat ist dies nicht der Fall. In Zellkulturversuchen der murinen Zellinie RAW 264.7 ergaben sich Hinweise darauf, dass bei Konzentrationen von 10-6 M und 10-8 M, die Downregulation der IL-6 Konzentration durch die Sprüheinbettung von 9,1 % Budesonid mit PLGA in stärkerem Ausmaß erfolgte, als bei unverkapseltem Budesonid. Zusätzlich wurden in-vivo Versuche mit intranasaler und intraperitonealer Gabe durchgeführt. Die Budesonid-Polymer Sprüheinbettung wurde mit unverkapseltem Budesonid vergleichen. Nach intraperitonealer Gabe hatte die Sprüheinbettung mit Budesonid die besten Effekte hinsichtlich der Unterdrückung des penh und des Atemwegswiderstands auch bei steigenden Metacholinkonzentrationen. Die Auswertung der Lungenlavage Flüssigkeit zeigt sehr deutlich die Downregulation der IL-6 Konzentration in der Lunge durch die Sprüheinbettung mit Budesonid. Zur Zeit werden Vorbereitungen getroffen, ein Gerät zu testen, das in der Lage ist, ein Mikrospray zu generieren, so dass eine intratracheale Verabreichung möglich wäre.

Untersuchung zur Bestimmung quantitativer Parameter der Lungenventilation mittels CT und MRT

Die zuverlässige Berechnung von quantitativen Parametern der Lungenventilation ist für ein Verständnis des Verhaltens der Lunge und insbesondere für die Diagnostik von Lungenerkrankungen von großer Bedeutung. Nur durch quantitative Parameter sind verlässliche und reproduzierbare diagnostische Aussagen über den Gesundheitszustand der Lunge möglich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue quantitative Verfahren zur Erfassung der Lungenventilation basierend auf der dynamischen Computer- (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) entwickelt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Frage untersucht, ob das Aufblähen der Lunge in gesunden Schweinelungen und Lungen mit Akutem Lungenversagen (ARDS) durch einzelne, diskrete Zeitkonstanten beschrieben werden kann, oder ob kontinuierliche Verteilungen von Zeitkonstanten die Realität besser beschreiben. Hierzu wurden Serien dynamischer CT-Aufnahmen während definierter Beatmungsmanöver (Drucksprünge) aufgenommen und anschließend aus den Messdaten mittels inverser Laplace-Transformation die zugehörigen Verteilungen der Zeitkonstanten berechnet. Um die Qualität der Ergebnisse zu analysieren, wurde der Algorithmus im Rahmen von Simulationsrechnungen systematisch untersucht und anschließend in-vivo an gesunden und ARDS-Schweinelungen eingesetzt. Während in den gesunden Lungen mono- und biexponentielle Verteilungen bestimmt wurden, waren in den ARDS-Lungen Verteilungen um zwei dominante Zeitkonstanten notwendig, um die gemessenen Daten auf der Basis des verwendeten Modells verlässlich zu beschreiben. Es wurden sowohl diskrete als auch kontinuierliche Verteilungen gefunden. Die CT liefert Informationen über das solide Lungengewebe, während die MRT von hyperpolarisiertem 3He in der Lage ist, direkt das eingeatmete Gas abzubilden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde zeitlich hochaufgelöst das Einströmen eines 3He-Bolus in die Lunge erfasst. Über eine Entfaltungsanalyse wurde anschließend das Einströmverhalten unter Idealbedingungen (unendlich kurzer 3He-Bolus), also die Gewebeantwortfunktion, berechnet und so eine Messtechnik-unabhängige Erfassung des Einströmens von 3He in die Lunge ermöglicht. Zentrale Fragestellung war hier, wie schnell das Gas in die Lunge einströmt. Im Rahmen von Simulationsrechnungen wurde das Verhalten eines Entfaltungsalgorithmus (basierend auf B-Spline Repräsentationen) systematisch analysiert. Zusätzlich wurde ein iteratives Entfaltungsverfahren eingesetzt. Aus zeitlich hochaufgelösten Messungen (7ms) an einer gesunden und einer ARDS-Schweinelunge konnte erstmals nachgewiesen werden, dass das Einströmen in-vivo in weniger als 0,1s geschieht. Die Ergebnisse zeigen Zeitkonstanten im Bereich von 4ms–50ms, wobei zwischen der gesunden Lungen und der ARDS-Lunge deutliche Unterschiede beobachtet wurden. Zusammenfassend ermöglichen daher die in dieser Arbeit vorgestellten Algorithmen eine objektivere Bestimmung quantitativer Parameter der Lungenventilation. Dies ist für die eindeutige Beschreibung ventilatorischer Vorgänge in der Lunge und somit für die Lungendiagnostik unerlässlich. Damit stehen quantitative Methoden für die Lungenfunktionsdiagnostik zur Verfügung, deren diagnostische Relevanz im Rahmen wissenschaftlicher und klinischer Studien untersucht werden kann.

Rolle von NFATc2 in einem murinen Asthmamodell

Nuclear factor of activated T cells (NFAT) ist eine Familie der Transkriptionsfaktoren, welche eine wichtige Rolle bei der Regulation der T-Zellvermittelten Signalkaskade in der Lymphozytenpopulation spielt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Nuclear Factor of Activated T cells-2 (NFATc2) defiziente Mäuse einen erhöhten Atemwegswiderstand, einen pathologische Veränderung der Lunge und einen erhöhten IgE Spiegel im Vergleich zu den Wildtypen vorweisen. Die NFATc2 Defizienz konnte ebenfalls sowohl mit einer erhöhten Anzahl an Th2 und Th17 Zellen, die eine erhöhte Proliferation vorweisen, als auch einer erniedrigten Anzahl an CD8+ CD122- T-Zellen, die geringere Mengen an IFN-g produzieren, in Verbindung gebracht werden. Die aus den NFATc2(-/-) Mäusen isolierten CD4+ T-Zellen zeigen im Vergleich zu denen der Wildtypen neben der erhöhten Proliferation einen vermehrte Aktivierung (CD4higCD44highCD69high). Weiterhin konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass in Anwesenheit eines Allergens, die NFATc2(-/-) Mäuse eine erhöhte Anzahl an regulatorischen T-Zellen (CD4+CD25+Foxp3+GITR++) in der Lunge vorweisen, die wiederum die Effektorzellen in diesen hemmen. Ein Grund für die geringere Freisetzung an IFN-g durch die CD8+ T-Zellen in den NFATc2 defizienten Mäusen ist eine erhöhte Subpopulation von CD8+CD122+ (IL-2Rb Kette) CD127hi (IL-7Ra Kette) „long-lived memory Zellen“ in den NFATc2(-/-) Mäusen. Diese besitzen einen regulatorischen Effekt, so dass immundefiziente SCID Mäuse, die in einem adoptiven Transfer mit OVA-spezifischen CD8+ und CD4+ T-Zellen, welchen aus NFATc2(-/-) Mäuse isoliert werden, behandelt wurden, eine erhöhten Atemwegswiderstand, eine erhöhte IL-17 und eine erniedrigte IFN-g Produktion vorweisen. Eine Depletion der memory CD8+CD122+IL-7Rhigh T-Zellen hebt dagegen die verringerte IFN-g Produktion der CD8+CD122- T-Zellen auf und führt zu einer Erniedrigung des Atemwegswiderstandes in einem SCID Model Zusammenfassend zeigen unsere Untersuchungen, dass sowohl die IFN-g Produktion der CD8+ Effektor T-Zellen als auch die Anzahl an CD4+CD25+Foxp3+GITR++ regulatorischen T-Zellen die Entwicklung der Th2 und Th17 als auch die Höhe des Atemwegswiderstandes unterdrückt.