Biomedical and industrial applications of atmospheric pressure non-equilibrium plasmas

This dissertation will be focused on the characterization of an atmospheric pressure plasma jet source with an application oriented diagnostic approach and the description of processes supported by this plasma source. The plasma source investigated is a single electrode plasma jet. Schlieren images, optical emission spectra, temperature and heat flux profiles are analyzed to deeply investigate the fluid dynamic, the chemical composition and the thermal output of the plasma generated with a nanosecond-pulsed high voltage generator. The maximum temperature measured is about 45 °C and values close to the room temperature are reached 10 mm down the source outlet, ensuring the possibility to use the plasma jet for the treatment of thermosensitive materials, such as, for example, biological substrate or polymers. Electrospinning of polymeric solution allows the production of nanofibrous non-woven mats and the plasma pre-treatment of the solutions leads to the realization of defect free nanofibers. The use of the plasma jet allows the electrospinnability of a non-spinnable poly(L-lactic acid) (PLLA) solution, suitable for the production of biological scaffold for the wound dressing.

Definition of Food Safety Criteria for Bacteria Food-Borne Pathogens in Ready to Eat products

The aims of this research study is to explore the opportunity to set up Performance Objectives (POs) parameters for specific risks in RTE products to propose for food industries and food authorities. In fact, even if microbiological criteria for Salmonella and Listeria monocytogenes Ready-to-Eat (RTE) products are included in the European Regulation, these parameters are not risk based and no microbiological criteria for Bacillus cereus in RTE products is present. For these reasons the behaviour of Salmonella enterica in RTE mixed salad, the microbiological characteristics in RTE spelt salad, and the definition of POs for Bacillus cereus and Listeria monocytogenes in RTE spelt salad has been assessed. Based on the data produced can be drawn the following conclusions: 1. A rapid growth of Salmonella enterica may occurr in mixed ingredient salads, and strict temperature control during the production chain of the product is critical. 2. Spelt salad is characterized by the presence of high number of Lactic Acid Bacteria. Listeria spp. and Enterobacteriaceae, on the contrary, did not grow during the shlef life, probably due to the relevant metabolic activity of LAB. 3. The use of spelt and cheese compliant with the suggested POs might significantly reduce the incidence of foodborne intoxications due to Bacillus cereus and Listeria monocytogenes and the proportions of recalls, causing huge economic losses for food companies commercializing RTE products. 4. The approach to calculate the POs values and reported in my work can be easily adapted to different food/risk combination as well as to any changes in the formulation of the same food products. 5. The optimized sampling plans in term of number of samples to collect can be derive in order to verify the compliance to POs values selected.

Entwicklung und Evaluierung von Methoden zur zeitnahen Identifizierung weinrelevanter Mikroorganismen

Hefen der Gattung Saccharomyces und Milchsäurebakterien sind bei der Weinbereitung von besonderer Bedeutung. Neben der alkoholischen Gärung sind Hefen an der Ausbildung von Aromastoffen beteiligt. Milchsäurebakterien spielen eine Rolle beim biologischen Säureabbau (malolaktische Fermentation), können jedoch aufgrund ihrer Stoffwechseleigenschaft weitere Aromamodifikationen bewirken. Die Zusammensetzung der mikrobiellen Flora zu verschiedenen Zeitpunkten der Weinbereitung hat einen direkten Einfluss auf die Qualität der Weine, welche sich sowohl positiv als auch negativ verändern kann. Daher ist die zuverlässige Identifizierung und Differenzierung verschiedener Mikroorganismen auf Art- aber auch Stamm-Ebene während der Vinifikation von Bedeutung.rnDer erste Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Differenzierung von Hefearten der Gattung Saccharomyces, welche mit Hilfe konventioneller Methoden nicht eindeutig identifiziert werden können. Unter Verwendung des DNA-Fingerprintverfahrens Specifically Amplified Polymorphic DNA (SAPD)-PCR sowie der Matrix-Assisted-Laser-Desorption/Ionization-Time-Of-Flight-Mass-Spectrometry (MALDI-TOF-MS) war eine Differenzierung dieser taxonomisch sehr nah verwandten Arten möglich. Weiterhin konnten interspezifische Hybridstämme detektiert werden. In diesem Zusammenhang wurde der Hybridcharakter des Stammes NCYC 3739 (S. cerevisiae x kudriavzevii) entdeckt. Um die Elternspezies eines Hybridstamms zuverlässig zu bestimmen, sind weiterführende Genanalysen notwendig. Hierzu konnte eine Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus (RFLP)-Analyse verschiedener genetischer Marker erfolgreich herangezogen werden.rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde weiterhin ein Schnellidentifizierungssystem zum Nachweis weinrelevanter Milchsäurebakterien entwickelt. Mit Hilfe der Sequence Characterized Amplified Region (SCAR)-Technik konnten artspezifische Primer generiert werden, welche auf der Grundlage charakteristischer Fragmente der SAPD-PCR abgeleitet wurden. Durch die Anwendung dieser Primer in einer Multiplex-PCR-Reaktion war die Detektion verschiedener, einerseits häufig in Wein vorkommender und andererseits potentiell an der Ausbildung von Weinfehlern beteiligter Milchsäurebakterien-Arten möglich. Die ermittelte Nachweisgrenze dieser Methode lag mit 10^4 - 10^5 Zellen/ml im Bereich der Zelltiter, die in Most und Wein anzutreffen sind. Anhand der Untersuchung verschiedener Weinproben von Winzern in Rheinhessen wurde die Praxistauglichkeit dieser Methode demonstriert. rnUm die gesamten Milchsäurebakterien-Population im Verlauf der Weinbereitung zu kontrollieren, kann die Denaturierende Gradienten-Gelelektrophorese herangezogen werden. Hierzu wurden in dieser Arbeit Primer zur Amplifikation eines Teilbereichs des rpoB-Gens abgeleitet, da dieses Gen eine Alternative zur 16S rDNA darstellt. Die DNA-Region erwies sich als geeignet, um zahlreiche weinrelevante Milchsäurebakterien-Arten zu differenzieren. In einigen ersten Versuchen konnte gezeigt werden, dass diese Methode für eine praktische Anwendung in Frage kommt.rnOenococcus oeni ist das wichtigste Milchsäurebakterien während der malolaktischen Fermentation und wird häufig in Form kommerzieller Starterkulturen eingesetzt. Da verschiedene Stämme unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können, ist es von Bedeutung, die Identität eines bestimmten Stammes zweifelsfrei feststellen zu können. Anhand der Analyse verschiedener O. oeni-Stämme aus unterschiedlichen Weinbaugebieten konnte gezeigt werden, dass sowohl die nested SAPD-PCR als auch die MALDI-TOF-MS genügend Sensitivität aufweisen, um eine Unterscheidung auf Stamm-Ebene zu ermöglichen, wobei die mittels nSAPD-PCR ermittelten Distanzen der Stämme zueinander mit deren geographischer Herkunft korrelierte.rnDie in der vorliegenden Arbeit entwickelten Methoden können dazu beitragen, den Prozess der Weinherstellung besser zu kontrollieren und so eine hohe Qualität des Endproduktes zu gewährleisten.rn

Synthesen von C-glycosylierten Aminosäuren und Peptiden unter Einsatz speziell konstruierter Mikroreaktoren

Die chemische Synthese definierter Glycopeptidstrukturen bildet die Basis einiger vielversprechender Ansätze zur Therapie verschiedener Krankheiten. Die Entwicklung hochaffiner Selektininhibitoren könnte der Behandlung chronischer Entzündungen und zur Unterdrückung der Metastasierung von Tumoren dienen. Vollsynthetische Vakzine auf Basis glycosylierter MUC1-Partialstrukturen sollen das Immunsystem zur Bekämpfung von krankem Gewebe anregen und so perspektivisch eine Impfung gegen Krebs ermöglichen. Da die natürlich vorkommenden O-Glycoside in vivo eine begrenzte Stabilität besitzen, wurde eine Methode entwickelt, welche die modulare Herstellung von stabilen rnC-Glycosylaminosäuren als Mimetika der natürlichen Serin-, Threonin- und Tyrosin-Glycoside ermöglicht. Dazu wurden passend geschützte Kohlenhydrat-Lactone synthetisiert, die in einer mikrowellengestützten Petasis-Olefinierung unter Durchflussbedingungen in die entsprechenden exo-Glycale überführt wurden. Die Reaktionszeit konnte durch diese spezielle Reaktionsführung auf weniger als drei Minuten verringert werden, während konventionell mehrere Stunden benötigt werden. Die C-glycosidische Verknüpfung mit den entsprechenden Aminosäurebausteinen gelang durch eine Hydroborierungs-Suzuki-Kupplungs-Kaskade. Nach umfangreicher Optimierung der Reaktionsparameter ließ sich neben mehreren Monosacchariden auch ein exo-Glycal der Lactose erfolgreich in der Kupplung einsetzen. Nach verschiedenen Schutzgruppenmanipulationen wurden einige der synthetisierten Bausteine zur Synthese C-glycosylierter Partialstrukturen des Mucins MUC1 an der festen Phase herangezogen. In ELISA-Experimenten wurden die C-Glycosylpeptide von an Brustkrebsgewebe bindenden Antikörpern erkannt, die durch Vakzinierung mit ähnlichen Strukturen erhalten worden waren. Zur Synthese zweier Bausteine potenzieller Selektin-Inhibitoren wurde ein Mimetikum des in natürlichen Liganden vorkommenden Tetrasaccharides Sialyl-Lewisx synthetisiert. Bei diesem wurde die terminale Sialinsäure durch (S)-Cyclohexylmilchsäure ersetzt. Die bei der gewählten Syntheseroute notwendige regioselektive Öffnung eines Benzylidenacetals wurde in einem Mikroreaktor durchgeführt, wodurch eine einfache Reaktionsoptimierung mit geringen Substanzmengen möglich war. Die Reaktionszeit liegt mit unter 4 Minuten deutlich unter den üblichen Werten von einer bis mehreren Stunden. In einer Block-Glycosylierung konnte das Pseudotetrasaccharid sowohl an einen C-Lactosyl-Tyrosin-, als auch an einen C-Lactosyl-Serin-Akzeptor angefügt und somit die Synthese der Zielverbindungen abgeschlossen werden. Diese Bausteine können in Zukunft als Bestandteile synthetischer Glycopeptide zum Einsatz kommen, welche Mimetika der natürlichen Selektin-Liganden darstellen sollen.rn

Mikrobielle Synthese von Biopolymeren aus der nachwachsenden Rohstoffquelle Weizenstroh

Weizenstroh als erneuerbare Ressource zur Produktion von Biopolymeren und wichtigen Grundchemikalien stellt eine ökologisch sinnvolle Alternative dar. Durch die vom PFI durchgeführte Thermodruckhydrolyse konnte das Weizenstroh und die darin enthaltenen Zucker fast vollständig mobilisiert werden. Ein umfangreiches Screening nach Organismen, welche die Zucker des Weizenstrohs verwerten konnten, ergab, dass einige wenige Stämme zur PHB-Bildung aus Xylose befähigt waren (10 %). Zur PHB-Synthese aus Glucose waren indes ca. doppelt so viele Organismen in der Lage (20 %). Zwei der insgesamt 118 untersuchten Organismen zeigten besonders gute PHB-Bildung sowohl mit Xylose als auch mit Glucose als Substrat. Dabei handelte es sich um die hauseigenen Stämme Bacillus licheniformis KHC 3 und Bacillus megaterium KNaC 2. Nach Enttoxifizierung der hemicellulosischen Fraktion konnte diese als C-Quelle im Mineral Medium eingesetzt werden. Burkholderia sacchari DSM 17165 und Hydrogenophaga pseudoflava DSM 1034, sowie die hauseigenen Isolate Bacillus licheniformis KHC 3 und Bacillus megaterium KNaC 2 wurden für die Synthese von PHB aus der hemicellulosischen Fraktion verwendet. Die Zucker der hemicellulosischen Fraktion (Xylose, Glucose, Arabinose) konnten durch diese Organismen zur PHB-Synthese genutzt werden. Hierbei stellte sich heraus, dass die beiden Bacillus-Stämme besser zur Produktion von PHB aus dem hemicellulosischen Hydrolysat geeignet waren als die Stämme der DSMZ. Die alternative Umsetzung der im hemicellulosischem Hydrolysat enthaltenen Zucker (Xylose, Glucose und Arabinose) in die wichtigen Grundchemikalien Lactat und Acetat konnte durch die Verwendung von heterofermentativen Milchsäurebakterien verwirklicht werden. Die Bildung dieser wichtigen Grundchemikalien stellt eine interessante Alternative zur PHB-Synthese dar. Die Menge an teuren Zusätzen wie Tomatensaft, welcher für das Wachstum der MSB essentiell war, konnte reduziert werden. Die Glucose der zweiten Fraktion des Weizenstrohs, der cellulosischen Fraktion, konnte ebenfalls durch den Einsatz von Mikroorganismen in PHB umgewandelt werden. Kommerzielle Cellulasen der Firma Novozymes konnten große Mengen an Glucose (≥10 g/l) aus der cellulosischen Fraktion freisetzen. Diese freie Glucose wurde mit Hilfe von Cupriavidus necator DSM 545, Cupriavidus necator NCIMB 11599, Bacillus licheniformis KHC 3 und Bacillus megaterium KNaC 2 zu PHB fermentiert. Wie auch beim hemicellulosischen Hydrolysat konnten hier die beiden Bacillus-Stämme die besten Ergebnisse erzielen. Bei ihnen machte die PHB mehr als die Hälfte der Trockenmasse aus. Die Abtrennung des Zielprodukts ohne die Verwendung von umweltschädlichen Lösungsmitteln wurde durch die Lyse der Zielzellen durch eigens isolierte Enzyme aus Streptomyceten verwirklicht. Die Zelllyse durch die Enzyme aus Streptomyces globisporus subsp. caucasius DSM 40814 und Streptomyces albidoflavus DSM 40233 war erfolgreich und zeigte vor allem bei den Bacillen hohe Wirkung (83 % und 99 % Zelllyse). Bei dem Gram-negativen Organismus Cupriavidus necator DSM 428 konnte die anfangs niedrige Zelllyse von 38 % durch Ultraschallbehandlung auf ca. 75 % erhöht werden.

Isolierung von Essigsäure-, Propionsäure- und Buttersäure-bildenden Bakterien aus Biogasanlagen

In der vorliegenden Arbeit wurden Essigsäure-, Propionsäure und Buttersäure-bildende Bakterien aus einer thermophilen und drei mesophilen Biogasanlagen sowie aus zwei Hochdruck-Biogas-Laborfermentern isoliert. Die Fermenter waren mit dem nachwachsenden Rohstoff Maissilage, teilweise mit Rinder- oder Schweinegülle und weiteren festen Inputstoffen gefüttert. Für die Isolierung von Säure-bildenden Bakterien wurde ein Mineralsalzmedium verwendet, welchem als Kohlenstoffquelle Na-DL-Laktat, Succinat, Ethanol, Glycerin, Glucose oder eine Aminosäuremischung (Alanin, Serin, Threonin, Glutaminsäure, Methionin und Cystein) hinzugefügt wurde. Hierbei handelt es sich um Substrate, welche beim anaeroben Abbau während der Hydrolyse oder der primären Gärung entstehen können. Die erhaltenen Isolate waren in der Lage, aus diesen Substraten Essigsäure, Propionsäure oder Buttersäure zu bilden. Insgesamt wurden aus den beprobten Anlagen 49 Isolate gewonnen, welche zu den Phyla Firmicutes, Tenericutes oder Thermotogae gehörten. Mit Hilfe von 16S rDNA-Sequenzen konnten die meisten Isolate als Clostridium sporosphaeroides, Defluviitoga tunisiensis und Dendrosporobacter sp. identifiziert werden. Die Bildung von Essigsäure, Propionsäure oder Buttersäure wurde in Kulturen von Isolaten festgestellt, welche als folgende Arten identifiziert wurden: Bacillus thermoamylovorans, Clostridium aminovalericum, Clostridium cochlearium/Clostridium tetani, Clostridium sporosphaeroides, Dendrosporobacter sp., Proteiniborus sp., Selenomonas bovis und Tepidanaerobacter sp. Zwei Isolate, verwandt mit Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, konnten Buttersäure und Milchsäure bilden. In Kulturen von Defluviitoga tunisiensis wurde Essigsäurebildung festgestellt. Ein Vergleich der 16S rDNA-Sequenzen mit Datenbanken und die Ergebnisse der PCR-Amplifikationen mit Isolat-spezifischen Primerpaaren ergaben zusätzlich Hinweise, dass es sich bei einigen Isolaten um neue Arten handeln könnte (z. B. Stamm Tepidanaerobacter sp. AS34, Stamm Proteiniborus sp. ASG1.4, Stamm Dendrosporobacter sp. LG2.4, Stamm Desulfotomaculum sp. EG2.4, Stamm Gallicola sp. SG1.4B und Stamm Acholeplasma sp. ASSH51). Durch die Entwicklung Isolat-spezifischer Primerpaare, abgeleitet von 16S rDNA-Sequenzen der Isolate oder Referenzstämmen, konnten die Isolate in Biogasanlagen detektiert und mittels qPCR quantifiziert werden (hauptsächlich im Bereich zwischen 1000 bis 100000000 Kopien der 16S rDNA/g BGA-Probe). Weiterhin konnten die Isolate mit Hilfe physiologischer Versuche charakterisiert und deren Rolle in der anaeroben Abbaukette diskutiert werden. Die Art Defluviitoga tunisiensis scheint eine große Bedeutung in Biogasanlagen zu spielen. Defluviitoga tunisiensis wurde am häufigsten in Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Arbeit isoliert und konnte auch mit Hilfe des entwickelten Primerpaares in hohen Abundanzen in den beprobten Biogasanlagen detektiert werden (10000 - 100000000 Kopien der 16S rDNA/g BGA-Probe). Die manuelle Annotation des Gesamtgenoms sowie die Substratverwertungsversuche haben gezeigt, dass Defluviitoga tunisiensis ein sehr breites Substratspektrum in der Verwertung von Kohlenhydraten besitzt und dadurch möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Verwertung von Biomasse in Biogasanlagen einnimmt. Mit Hilfe der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit konnten somit neue Einblicke in die zweite Stufe des anaeroben Abbaus, die Acidogenese, in Biogasanlagen gegeben werden. rn

Regulation and structure of YahD, a copper-inducible / serine hydrolase of Lactococcus lactis IL1403

Lactococcus lactis IL1403 is a lactic acid bacterium that is used widely for food fermentation. Copper homeostasis in this organism chiefly involves copper secretion by the CopA copper ATPase. This enzyme is under the control of the CopR transcriptional regulator. CopR not only controls its own expression and that of CopA, but also that of an additional three operons and two monocistronic genes. One of the genes under the control of CopR, yahD, encodes an α/β-hydrolase. YahD expression was induced by copper and cadmium, but not by other metals or oxidative or nitrosative stress. The three-dimensional structure of YahD was determined by X-ray crystallography to a resolution of 1.88 Å. The protein was found to adopt an α/β-hydrolase fold with the characteristic Ser-His-Asp catalytic triad. Functional testing of YahD for a wide range of substrates for esterases, lipases, epoxide hydrolases, phospholipases, amidases and proteases was, however, unsuccessful. A copper-inducible serine hydrolase has not been described previously and YahD appears to be a new functional member of this enzyme family.

Cardiac troponins as indicators of acute myocardial damage in dogs

Cardiac troponin I (cTnI) and T (cTnT) have a high sequence homology across phyla and are sensitive and specific markers of myocardial damage. The purpose of this study was to evaluate the Cardiac Reader, a human point-of-care system for the determination of cTnT and myoglobin, and the Abbott Axsym System for the determination of cTnI and creatine kinase isoenzyme MB (CK-MB) in healthy dogs and in dogs at risk for acute myocardial damage because of gastric dilatation-volvulus (GDV) and blunt chest trauma (BCT). In healthy dogs (n = 56), cTnI was below detection limits (<0.1 microg/L) in 35 of 56 dogs (reference range 0-0.7 microg/L), and cTnT was not measurable (<0.05 ng/mL) in all but 1 dog. At presentation, cTnI, CK-MB, myoglobin, and lactic acid were all significantly higher in dogs with GDV (n = 28) and BCT (n = 8) than in control dogs (P < .001), but cTnT was significantly higher only in dogs with BCT (P = .033). Increased cTnI or cTnT values were found in 26 of 28 (highest values 1.1-369 microg/L) and 16 of 28 dogs (0.1-1.7 ng/mL) with GDV, and in 6 of 8 (2.3-82.4 microg/L) and 3 of 8 dogs (0.1-0.29 ng/mL) with BCT, respectively. In dogs suffering from GDV, cTnI and cTnT increased further within the first 48 hours (P < .001). Increased cardiac troponins suggestive of myocardial damage occurred in 93% of dogs with GDV and 75% with BCT. cTnI appeared more sensitive, but cTnT may be a negative prognostic indicator in GDV. Both systems tested seemed applicable for the measurement of canine cardiac troponins, with the Cardiac Reader particularly suitable for use in emergency settings.

Skin rejuvenation without a scalpel. I. Fillers

Fillers are an important tool in the armamentarium of the physician combating aging phenomena. A wide variety of filler substances are now available that meet many, but by far not all, needs in aesthetic medicine. The most commonly used substances now are hyaluronic acid and collagen preparations that have slightly different indications, but collagen requires pre-use testing to rule out inflammatory complications. Poly-L-lactic acid has gained its place in the filling of adipose tissue wasting in HIV-infected patients. Autologous fat is easy to harvest and inject and has virtually no risk of adverse side effects. Permanent fillers may be of advantage but carry the risk of permanent adverse reactions. Skillful combination of different fillers as well as with botulinum toxin injections and other cosmetic procedures may give optimal results.

Ridge augmentation by applying bioresorbable membranes and deproteinized bovine bone mineral: a report of twelve consecutive cases

OBJECTIVE: Lateral ridge augmentations are traditionally performed using autogenous bone grafts to support membranes for guided bone regeneration (GBR). The bone-harvesting procedure, however, is accompanied by considerable patient morbidity. AIM: The aim of the present study was to test whether or not resorbable membranes and bone substitutes will lead to successful horizontal ridge augmentation allowing implant installation under standard conditions. MATERIAL AND METHODS: Twelve patients in need of implant therapy participated in this study. They revealed bone deficits in the areas intended for implant placement. Soft tissue flaps were carefully raised and blocks or particles of deproteinized bovine bone mineral (DBBM) (Bio-Oss) were placed in the defect area. A collagenous membrane (Bio-Gide) was applied to cover the DBBM and was fixed to the surrounding bone using poly-lactic acid pins. The flaps were sutured to allow for healing by primary intention. RESULTS: All sites in the 12 patients healed uneventfully. No flap dehiscences and no exposures of membranes were observed. Nine to 10 months following augmentation surgery, flaps were raised in order to visualize the outcomes of the augmentation. An integration of the DBBM particles into the newly formed bone was consistently observed. Merely on the surface of the new bone, some pieces of the grafting material were only partly integrated into bone. However, these were not encapsulated by connective tissue but rather anchored into the newly regenerated bone. In all of the cases, but one, the bone volume following regeneration was adequate to place implants in a prosthetically ideal position and according to the standard protocol with complete bone coverage of the surface intended for osseointegration. Before the regenerative procedure, the average crestal bone width was 3.2 mm and to 6.9 mm at the time of implant placement. This difference was statistically significant (P<0.05, Wilcoxon's matched pairs signed-rank test). CONCLUSION: After a healing period of 9-10 months, the combination of DBBM and a collagen membrane is an effective treatment option for horizontal bone augmentation before implant placement.

Determination of caries risk at resin composite margins

PURPOSE: To design an artificial mouth in order to evaluate if a new diagnostic tool (Clinpro Cario Diagnosis) can be used for early detection of secondary caries at resin composite margins in vitro. METHODS: 32 intact human third molars received standardized Class-V resin composite restorations (Tetric Ceram bonded with Syntac SC). After storage for 4 weeks at 37 degrees C, teeth were subjected to 5,000 or 10,000 thermocycles (+/- 5 degrees C and +/- 55 degrees C) and polysiloxane impressions were taken. Streptococcus mutans 10449 (SM) was used in a nutrition medium to initiate a secondary caries process. Daily, the teeth were incubated for 2 x 2.5 hours in SM containing nutrition medium followed by 2 x 9.5 hours incubation in artificial saliva. Teeth were investigated after total incubation periods of 4, 6, and 8 weeks. After the different incubation protocols, the restoration margins were evaluated for infection and secondary caries processes in using Clinpro Cario Diagnosis which measures site-specifically the lactic acid production of SM in response to a sucrose challenge. The color signal was read 5 minutes after removal of the diagnostic impression. After thermocycling and biological load cycling, precision polysiloxane impressions were taken and replicas were investigated under a light microscope for gap widths at enamel and dentin margins. Demineralization was evaluated by fluorescence microscopy in using a special FITC filter. The demineralization depths at the cavity margin were calculated with Xpert for Windows using a pixel distance of 5 microm. RESULTS: After the different thermocycling protocols, no differences in gap widths and demineralization depths were found (P > 0.05). After SM incubation, gap widths and demineralization depths were significantly dependent on SM incubation time and previous number of thermocycles (P < 0.05). Lactic acid formations of SM were detectable by Clinpro Cario Diagnosis at dentin cavosurface margins formed after 6 weeks of incubation with SM (P < 0.05).

Inhalable microparticles containing large payload of antituberculosis

Microparticles containing large payloads of two anti-tuberculosis (TB) drugs were prepared and evaluated for suitability as a dry powder inhalation targeting alveolar macrophages. A solution containing one part each of isoniazid and rifabutin, plus two parts poly(lactic acid) (L-PLA) was spraydried. Drug content and in vitro release were assayed by HPLC, and DSC was used to elucidate release behaviour. Particle size was measured by laser scattering and aerosol characteristics by cascade impaction using a Lovelace impactor. Microparticles were administered to mice using an inhouse inhalation apparatus or by intra-tracheal instillation. Drugs in solution were administered orally and by intra-cardiac injection. Flow cytometry and HPLC were used to investigate the specificity and magnitude of targeting macrophages. Microparticles having drug content -50% (w/w), particle size -5 m and satisfactory aerosol characteristics (median mass aerodynamic diameter, MMAD = 3.57 m; geometric standard deviation, GSD = 1.41m; fine particle fraction, FPF <4.6"", = 78.91:1: 8.4%) were obtained in yields of >60%. About 70% of the payload was released in vitro in 10 days. Microparticles targeted macrophages and not epithelial cells on inhalation. Drug concentrations in macrophages were -20 times higher when microparticles were inhaled rather than drug solutions administered. Microparticles were thus deemed suitable for enhanced targeted drug delivery to lung macrophages.

Comparison of Fluid Types for Resuscitation in Acute Hemorrhagic Shock and Evaluation of Gastric Luminal and Transcutaneous P co 2 in Leghorn Chickens

The objective of this study was to compare the effects of 3 different fluid types for resuscitation after experimentally induced hemorrhagic shock in anesthetized chickens and to evaluate partial pressures of carbon dioxide measured in arterial blood (Paco2), with a transcutaneous monitor (TcPco2), with a gastric intraluminal monitor (GiPco2), and by end tidal measurements (Etco2) under stable conditions and after induced hemorrhagic shock. Hemorrhagic shock was induced in 40 white leghorn chickens by removing 50% of blood volume by phlebotomy under general anesthesia. Birds were divided into 4 groups: untreated (control group) and treated with intravenous hetastarch (haes group), with a hemoglobin-based oxygen carrier (hemospan group), or by autotransfusion (blood group). Respiratory rates, heart rates, and systolic arterial blood pressure (SAP) were compared at 8 time points (baseline [T0]; at the loss of 10% [T10%], 20% [T20%], 30% [T30%], 40% [T40%], and 50% [T50%] of blood volume; at the end of resuscitation [RES]; and at the end of anesthesia [END]). Packed cell volume (PCV) and blood hemoglobin content were compared at 6 time points (T0, T50%, RES, and 1, 3, and 7 days after induced hemorrhagic shock). Measurements of Paco2, TcPco2, GiPco2, and Etco2 were evaluated at 2 time points (T0 and T50%), and venous lactic acid concentrations were evaluated at 3 time points (T0, T50%, and END). No significant differences were found in mortality, respiratory rate, heart rate, PCV, or hemoglobin values among the 4 groups. Birds given fluid resuscitation had significantly higher SAPs after fluid administration than did birds in the control group. In all groups, PCV and hemoglobin concentrations began to rise by day 3 after phlebotomy, and baseline values were reached 7 days after blood removal. At T0, TcPco2 did not differ significantly from Paco2, but GiPco2 and Etco2 differed significantly from Paco2. After hemorrhagic shock, GiPco2 and TcPco2 differed significantly from Paco2. The TcPco2 or GiPco2 values did not differ significantly at any time point in birds that survived or died in any of the groups and across all groups. These results showed no difference in mortality in leghorn chickens treated with fluid resuscitation after hemorrhagic shock and that the PCV and hemoglobin concentrations increased by 3 days after acute hemorrhage with or without treatment. The different CO2 measurements document changes in CO2-values consistent with poor perfusion and may prove useful for serial evaluation of responses to shock and shock treatment.

Interaction between effects of genes coding for dopamine and glutamate transmission on striatal and parahippocampal function

The genes for the dopamine transporter (DAT) and the D-Amino acid oxidase activator (DAOA or G72) have been independently implicated in the risk for schizophrenia and in bipolar disorder and/or their related intermediate phenotypes. DAT and G72 respectively modulate central dopamine and glutamate transmission, the two systems most robustly implicated in these disorders. Contemporary studies have demonstrated that elevated dopamine function is associated with glutamatergic dysfunction in psychotic disorders. Using functional magnetic resonance imaging we examined whether there was an interaction between the effects of genes that influence dopamine and glutamate transmission (DAT and G72) on regional brain activation during verbal fluency, which is known to be abnormal in psychosis, in 80 healthy volunteers. Significant interactions between the effects of G72 and DAT polymorphisms on activation were evident in the striatum, parahippocampal gyrus, and supramarginal/angular gyri bilaterally, the right insula, in the right pre-/postcentral and the left posterior cingulate/retrosplenial gyri (P < 0.05, FDR-corrected across the whole brain). This provides evidence that interactions between the dopamine and the glutamate system, thought to be altered in psychosis, have an impact in executive processing which can be modulated by common genetic variation.

Structural plasticity can produce metaplasticity.

BACKGROUND: Synaptic plasticity underlies many aspect of learning memory and development. The properties of synaptic plasticity can change as a function of previous plasticity and previous activation of synapses, a phenomenon called metaplasticity. Synaptic plasticity not only changes the functional connectivity between neurons but in some cases produces a structural change in synaptic spines; a change thought to form a basis for this observed plasticity. Here we examine to what extent structural plasticity of spines can be a cause for metaplasticity. This study is motivated by the observation that structural changes in spines are likely to affect the calcium dynamics in spines. Since calcium dynamics determine the sign and magnitude of synaptic plasticity, it is likely that structural plasticity will alter the properties of synaptic plasticity. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: In this study we address the question how spine geometry and alterations of N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) receptors conductance may affect plasticity. Based on a simplified model of the spine in combination with a calcium-dependent plasticity rule, we demonstrated that after the induction phase of plasticity a shift of the long term potentiation (LTP) or long term depression (LTD) threshold takes place. This induces a refractory period for further LTP induction and promotes depotentiation as observed experimentally. That resembles the BCM metaplasticity rule but specific for the individual synapse. In the second phase, alteration of the NMDA response may bring the synapse to a state such that further synaptic weight alterations are feasible. We show that if the enhancement of the NMDA response is proportional to the area of the post synaptic density (PSD) the plasticity curves most likely return to the initial state. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Using simulations of calcium dynamics in synaptic spines, coupled with a biophysically motivated calcium-dependent plasticity rule, we find under what conditions structural plasticity can form the basis of synapse specific metaplasticity.