A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Interpreting students??? perceptions in fluid mechanics learning outcomes

Resumen basado en el de la publicaci??n

Estudi citològic i bioquímic del fluid epididimari de "Sus domesticus"

En aquest estudi s'ha determinat que al augmentar el ritme d'extraccions de semen es produeixen canvis en el patró d'absorció i secreció del fluid epididimari, que provoquen alteracions en la maduració epididimaria dels espermatozoides i un desenvolupament anòmal de la motilitat espermàtica. La concentració de glutamat i carnitina al fluid epididimari augmenten al llarg del conducte epididimari, alhora que la concentració de myo-inositol disminueix. El contingut de myo-inositol a l'interior dels espermatozoides disminueix, mentre que el contingut de glutamat augmenta a partir del caput distal i el contingut de carnitina no varia al llarg del conducte. S'ha determinat la presència de la ruta del poliol a l'epidídim de porcí. Els resultats obtinguts indiquen que la glucosa difon de la sang cap al fluid epididimari, és convertida a sorbitol per l'aldosa reductasa, i aquest sorbitol s'acumula al fluid luminal i és convertit a fructosa per l'acció de la sorbitol deshidrogenasa.

General relationships between pressure, weight, and mass of a hydrostatic fluid

In curved geometries the hydrostatic pressure in a fluid does not equal the weight per unit area of the fluid above it. General weight–pressure and mass–pressure relationships for hydrostatic fluids in any geometry are derived. As an example of the mass–pressure relationship, we find a geometric reduction in surface pressure as large as 5 mbar on Earth and 39 mbar on Titan. We also present a thermodynamic interpretation of the geometric correction which, as a corollary, provides an independent proof of the hydrostatic relationship for general geometries.

Diagnostic analysis of atmospheric moisture and clear-sky radiative feedback in the Hadley Centre and Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) climate models

The interannual variability of the hydrological cycle is diagnosed from the Hadley Centre and Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) climate models, both of which are forced by observed sea surface temperatures. The models produce a similar sensitivity of clear-sky outgoing longwave radiation to surface temperature of ∼2 W m−2 K−1, indicating a consistent and positive clear-sky radiative feedback. However, differences between changes in the temperature lapse-rate and the height dependence of moisture fluctuations suggest that contrasting mechanisms bring about this result. The GFDL model appears to give a weaker water vapor feedback (i.e., changes in specific humidity). This is counteracted by a smaller upper tropospheric temperature response to surface warming, which implies a compensating positive lapse-rate feedback.

The acoustic signature of fluid flow in complex porous media

Effective medium approximations for the frequency-dependent and complex-valued effective stiffness tensors of cracked/ porous rocks with multiple solid constituents are developed on the basis of the T-matrix approach (based on integral equation methods for quasi-static composites), the elastic - viscoelastic correspondence principle, and a unified treatment of the local and global flow mechanisms, which is consistent with the principle of fluid mass conservation. The main advantage of using the T-matrix approach, rather than the first-order approach of Eshelby or the second-order approach of Hudson, is that it produces physically plausible results even when the volume concentrations of inclusions or cavities are no longer small. The new formulae, which operates with an arbitrary homogeneous (anisotropic) reference medium and contains terms of all order in the volume concentrations of solid particles and communicating cavities, take explicitly account of inclusion shape and spatial distribution independently. We show analytically that an expansion of the T-matrix formulae to first order in the volume concentration of cavities (in agreement with the dilute estimate of Eshelby) has the correct dependence on the properties of the saturating fluid, in the sense that it is consistent with the Brown-Korringa relation, when the frequency is sufficiently low. We present numerical results for the (anisotropic) effective viscoelastic properties of a cracked permeable medium with finite storage porosity, indicating that the complete T-matrix formulae (including the higher-order terms) are generally consistent with the Brown-Korringa relation, at least if we assume the spatial distribution of cavities to be the same for all cavity pairs. We have found an efficient way to treat statistical correlations in the shapes and orientations of the communicating cavities, and also obtained a reasonable match between theoretical predictions (based on a dual porosity model for quartz-clay mixtures, involving relatively flat clay-related pores and more rounded quartz-related pores) and laboratory results for the ultrasonic velocity and attenuation spectra of a suite of typical reservoir rocks. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Variation in dynamic elastic shear modulus of sandstone upon fluid saturation and substitution

Experimental acoustic measurements on sandstone rocks at both sonic and ultrasonic frequencies show that fluid saturation can cause a noticeable change in both the dynamic bulk and shear elastic moduli of sandstones. We observed that the change in dynamic shear modulus upon fluid saturation is highly dependent on the type of saturant, its viscosity, rock microstructure, and applied pressures. Frequency dispersion has some influence on dynamic elastic moduli too, but its effect is limited to the ultrasonic frequency ranges and above. We propose that viscous coupling, reduction in free surface energy, and, to a limited extent, frequency dispersion due to both local and global flow are the main mechanisms responsible for the change in dynamic shear elastic modulus upon fluid saturation and substitution, and we quantify influences.

Weathering microenvironments on feldspar surfaces: implications for understanding fluid-mineral reactions in soils

The mechanisms by which coatings develop on weathered grain surfaces, and their potential impact on rates of fluid-mineral interaction, have been investigated by examining feldspars from a 1.1 ky old soil in the Glen Feshie chronosequence, Scottish highlands. Using the focused ion beam technique, electron-transparent, foils for characterization by transmission electron microscopy were cut from selected parts of grain surfaces. Some parts were bare whereas others had accumulations, a few micrometres thick, of Weathering products, often mixed with mineral and microbial debris. Feldspar exposed at bare grain surfaces is crystalline throughout and so there is no evidence for the presence of the amorphous 'leached layers' that typically form in acid-dissolution experiments and have been described from some natural Weathering contexts. The weathering products comprise sub-mu m thick crystallites of an Fe-K aluminosilicate, probably smectite, that have grown within an amorphous and probably organic-rich matrix. There is also evidence for crystallization of clays having been mediated by fungal hyphae. Coatings formed within Glen Feshie soils after similar to 1.1 ky are insufficiently continuous or impermeable to slow rates Of fluid-feldspar reactions, but provide valuable insights into the complex Weathering microenvironments oil debris and microbe-covered mineral surfaces.

The unsteady flow of a weakly compressible fluid in a thin porous layer. I: Two-dimensional theory

We consider the problem of determining the pressure and velocity fields for a weakly compressible fluid flowing in a two-dimensional reservoir in an inhomogeneous, anisotropic porous medium, with vertical side walls and variable upper and lower boundaries, in the presence of vertical wells injecting or extracting fluid. Numerical solution of this problem may be expensive, particularly in the case that the depth scale of the layer h is small compared to the horizontal length scale l. This is a situation which occurs frequently in the application to oil reservoir recovery. Under the assumption that epsilon=h/l<<1, we show that the pressure field varies only in the horizontal direction away from the wells (the outer region). We construct two-term asymptotic expansions in epsilon in both the inner (near the wells) and outer regions and use the asymptotic matching principle to derive analytical expressions for all significant process quantities. This approach, via the method of matched asymptotic expansions, takes advantage of the small aspect ratio of the reservoir, epsilon, at precisely the stage where full numerical computations become stiff, and also reveals the detailed structure of the dynamics of the flow, both in the neighborhood of wells and away from wells.