Widespread hematogenous metastases and Trousseau's syndrome in gastric adenocarcinoma

A case of widespread hematogenous metastases and Trousseau's syndrome is reported in a 40 year-old white housewife with gastric cancer, presenting subdural hematoma, ecchymoses, epistaxis, stomach and uterine bleeding. After undergoing hematoma drainage, she was unsuccessfully treated with platelets, red blood cells, plasma cryoprecipitate transfusions, and antibiotics. Necropsy disclosed gastric ring-signet adenocarcinoma invading the serous layer, with massive disseminated intravascular coagulation and systemic neoplastic embolism. Multiple old and recent hyaline (rich in fibrin and platelets) microthrombi, and tumor emboli were observed in the bone marrow, meninges, liver, lungs, kidneys, lymph nodes, adrenals, thyroid, heart, pancreas, and ovaries (Krukenberg tumor).

Titanium pigment in tissues of drug addicts: report of 5 necropsied cases

The aim of this report is to describe the anatomic-pathologic findings from necropsies of 5 drug addicts with titanium pigment in several organs after chronic intravenous injection of crushed propoxyphene hydrochloride tablets. Samples from liver, spleen, lungs, lymph nodes, and bone marrow were obtained, and after being grossly studied, they were submitted to evaluation using common light and polarized microscopy. In all 5 cases, a pigment with characteristics of titanium dioxide was found within tissue samples of the organs studied. Our findings suggest that research concerning titanium pigment within body tissues should be enhanced, considering the potential contribution of this morphologic data to forensic pathology.

The role of s-nitrosothiols and rho-kinase 1 in glucose and lipid metabolism

RESUMO: Na sociedade contemporânea a diabetes tipo 2 e a obesidade estão a aumentar exponencialmente, representando um grave problema de saúde pública. De acordo com a IDF “A diabetes e a obesidade são o principal problema de saúde pública do século XXI’. Para além destas duas patologias, a prevalência de esteatose hepática não-alcoólica (NAFLD), entre a população obesa e diabética, é de cerca de 90%. O aumento da obesidade, diabetes e NAFLD tem uma forte correlação com o aumento do consumo de gorduras e açúcares, acompanhado de um decréscimo acentuado da actividade física. A obesidade, diabetes e NAFLD tem sido escrupolosamente investigada mas as terapêuticas disponíveis continuam a ser muito limitadas. Tendo em conta o número crescente e alarmante de obesos e diabéticos o conhecimento detalhado da patofisiologia da obesidade, diabetes e NAFLD, tendo em vista a necessidade extrema de desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas, é da mais elevada urgência. O fígado é reconhecido como um orgão primordial no controlo da homeostase. No estado pós-prandial, o fígado converte a glucose em glicogénio e lípidos. Em contraste, no estado de jejum, o fígado promove a produção de glucose. Sistemas neuronais e hormonais, bem como o estado metabólico do fígado, controlam de forma muito precisa a alternância entre os diferentes substratos metabólicos, dependente do estado prandial. A insulina tem um papel central no controlo do metabolismo energético no fígado; se, por um lado, inibe a produção hepática de glucose e corpos cetónicos, por outro, promove a glicólise e a lipogénese. O metabolismo energético no fígado é também regulado por vários factores de transcrição e co-reguladores que, por sua vez, são regulados pela insulina, glucagina e outras hormonas metabólicas. Em conjunto, todos estes factores e reguladores vão controlar de forma muito estreita a gluconeogénese, a β-oxidação e a lipogénese, no fígado. Para além dos já conhecidos reguladores do metabolismo hepático, novas moléculas têm sido estudadas como tendo um papel fundamental na regulação do metabolismo energético no fígado. Qualquer desequilíbrio no metabolismo hepático vai contribuir para a insulino-resistência, NAFLD e diabetes tipo 2. O principal objectivo do trabalho de investigação aqui apresentado é o contributo para o estudo detalhado da patogénese da diabetes e obesidade, num contexto de dietas ricas em açúcares e gorduras, e com a perspectiva de explorar novas estratégias terapêuticas. Os objectivos específicos deste trabalho eram: primeiro, determinar se o tratamento com glutationo (GSH) e óxido nítrico (NO) era suficiente para melhorar a insulino-resistência associada ao elevado consumo de sacarose; segundo, determinar o papel da Rho-kinase 1 (ROCK1) na regulação do metabolismo hepático da glucose e dos lípidos; e terceiro, estudar o efeito do metilsulfonilmetano (MSM) em doenças metabólicas associadas à obesidade. Na primeira parte deste trabalho de investigação foram utilizados ratos Wistar machos sujeitos a uma dieta rica em sacarose (HS). Tal como esperado, estes animais apresentavam insulino-resistência e hiperinsulinémia. A dieta HS levou ao aumento dos níveis hepáticos de NO e ao decréscimo dos níveis de GSH no fígado. Em jejum, a administração intraportal de GSH e NO, a animais saudáveis promoveu um aumento significativo da sensibilidade à insulina. Também nestes animais, a administração intravenosa de S-nitrosotióis, compostos orgânicos que contém um grupo nitroso acoplado a um átomo de enxofre de um tiol, promoveu o aumento significativo da sensibilidade à insulina. Pelo contrário, em animais sujeitos à dieta HS, as doses padrão de GSH + NO e de S-nitrosotióis não conseguiram promover o aumento da sensibilidade à insulina. No entanto, ao aumentar a dose de S-nitrosotióis administrados por via intravenosa, foi possível observar o aumento da sensibilidade à insulina dependente da dose, indicando um possível papel dos S-nitrosotióis como sensibilizadores de insulina. O estudo detalhado do papel dos S-nitrosotióis na via de sinalização da insulina revelou que há um aumento da fosforilação do receptor da insulina (IR) e da proteína cinase B (Akt), sugerindo um efeito dos S-nitrosotióis nesta via de sinalização. Os resultados apresentados nesta primeira parte sugerem que os S-nitrosotióis promovem a correcta acção da insulina, podendo vir a ser importantes alvos terapêuticos. Na segunda parte deste trabalho de investigação utilizámos murganhos, com uma delecção específica da ROCK1 no fígado, e sujeitos a uma dieta rica em lípidos (HFD). Foi possível concluir que a ausência da ROCK1 no fígado previne a obesidade, melhora a sensibilidade à insulina e protege contra a esteatose hepática. A ausência de ROCK1 no fígado levou a um decréscimo significativo da expressão génica de genes associados à lipogénese, com uma diminuição acentuada do fluxo metabólico associado a esta via. Pelo contrário, a sobreexpressão de ROCK1, exclusivamente no fígado, promove a insulino-resistência e a esteatose hepática no contexto de obesidade induzida pela dieta. Para além disto, a delecção da ROCK1 no fígado de animais obesos e diabéticos, os murganhos deficientes em leptina, corroborou os dados obtidos no primeiro modelo animal, com a franca melhoria da hiperglicémia, hiperinsulinémia e esteatose hepática. Os dados que compõem esta parte do trabalho de investigação sugerem que a ROCK1 tem um papel crucial na regulação do metabolismo lipídico. Na terceira e última parte deste trabalho de investigação foi investigado o efeito do composto metilsulfunilmetano (MSM), um composto organosulfúrico naturalmente presente em plantas e utilizado também como suplemento dietético, em murganhos obesos e insulino-resistentes, por exposição a uma dieta rica em lípidos (DIO). O tratamento com MSM melhorou a insulino-resistência e protegeu contra a esteatose hepática. O conteúdo hepático em triglicéridos e colesterol também diminuíu de forma significativa nos animais DIO sujeitos ao tratamento com MSM, bem como a expressão génica associada à lipogénese. Para além disto, o tratamento com MSM levou a uma diminuição da expressão génica associada à inflamação. De realçar que o tratamento com MSM levou a uma melhoria do perfil hematopoiético destes animais, tanto na medula óssea como no sangue. Para comprovar o efeito benéfico do MSM na obesidade e insulino-resistência utilizámos murganhos deficientes no receptor da leptina, e por isso obesos e diabéticos, tendo observado um perfil semelhante ao obtido para murganhos sujeitos a uma dieta rica em lípidos e tratados com MSM. Concluímos, através dos dados recolhidos, que o MSM como suplemento pode ter efeitos benéficos na hiperinsulinémia, insulino-resistência e inflamação que caracterizam a diabetes tipo 2. Em resumo, os dados obtidos neste trabalho de investigação mostram que os S-nitrosotióis podem ter um papel importante como sensibilizadores da insulina, promovendo um aumento da sensibilidade à insulina num contexto de dietas ricas em sacarose. Para além disto, estudos in vitro, sugerem que os S-nitrosotióis regulam, especificamente, a via de sinalização da insulina. Este trabalho teve também como objectivo o estudo da ROCK1 como regulador do metabolismo da glucose e dos lípidos no fígado. Através do estudo de animais com uma delecção ou uma sobreexpressão da ROCK1 no fígado mostrou-se que esta tem um papel crucial na patogénese da obesidade e diabetes tipo 2, especificamente através do controlo da lipogénese de novo. Finalmente, foi também objectivo deste trabalho, explorar o efeito do MSM em animais DIO e deficientes em leptina. O tratamento com MSM protege de forma evidente contra a obesidade e insulino-resistência, com especial enfâse para a capacidade que esta molécula demonstrou ter na protecção contra a inflamação. Em conjunto os vários estudos aqui apresentados mostram que tanto os S-nitrosotióis como a ROCK1 têm um papel na patogénese da obesidade e diabetes tipo 2 e que a utilização de MSM como suplemento às terapêuticas convencionais pode ter um papel no tratamentos de doenças metabólicas.-------------------------------ABSTRACT: In modern western societies type 2 diabetes and obesity are increasing exponentially, representing a somber public concern. According to the International Diabetes Federation (IDF) ‘Diabetes and Obesity are the biggest public health challenges of the 21st century’. Aside from these the prevalence of nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD), among the diabetic and obese population, is as high as 90%. It is now well established that the increase in obesity, diabetes and NAFLD strongly correlates with an increase in fat and sugar intake in our diet, alongside physical inactivity. The pathogenesis of obesity, diabetes and NAFLD has been thoroughly studied but the treatment options available are still narrow. Considering the alarming number in the obese and diabetic population the complete understanding of the pathogenesis, keeping in mind that new therapeutic strategies need to be attained, is of the highest urgency. The liver has been well established as a fundamental organ in regulating whole-body homeostasis. In the fed state the liver converts the glucose into glycogen and lipids. Conversely, in the fasted state, glucose will be produced in the liver. Neuronal and hormonal systems, as well as the hepatic metabolic states, tightly control the fast to fed switch in metabolic fuels. Insulin has a central role in controlling hepatic energy metabolism, by suppressing glucose production and ketogenesis, while stimulating glycolysis and lipogenesis. Liver energy metabolism is also regulated by various transcription factors and coregulators that are, in turn, regulated by insulin, glucagon and other metabolic hormones. Together, these regulators will act to control gluconeogenesis, β-oxidation and lipogenesis in the liver. Aside from the well-established regulators of liver energy metabolism new molecules are being studied has having a role in regulating hepatic metabolism. Any imbalance in the liver energy metabolism is a major contributor to insulin resistance, NAFLD and type 2 diabetes. The overall goal of this research work was to contribute to the understanding of the pathogenesis of diabetes and obesity, on a setting of high-sucrose and high-fat diets, and to explore potential therapeutic options. The specific aims were: first, to determine if treatment with glutathione (GSH) and nitric oxide (NO) was sufficient to ameliorate insulin resistance induced by high-sucrose feeding; second, to determine the physiological role of rho-kinase 1 (ROCK1) in regulating hepatic and lipid metabolism; and third, to study the effect of methylsulfonylmethane (MSM) on obesity-linked metabolic disorders. In the first part of this research work we used male Wistar rats fed a high-sucrose (HS) diet. As expected, rats fed a HS diet were insulin resistant and hyperinsulinemic. HS feeding increased hepatic levels of NO, while decreasing GSH. In fasted healthy animals administration of both GSH and NO, to the liver, was able to increase insulin sensitivity. Intravenous administration of S-nitrosothiols, organic compounds containing a nitroso group attached to the sulfur atom of a thiol, in fasted control animals also increased insulin sensitivity. Under HS feeding the standard doses of GSH + NO and S-nitrosothiols were unable to promote an increase in insulin sensitivity. However, the intravenous administration of increasing concentrations of S-nitrosothiols was able to restore insulin sensitivity, suggesting that S-nitrosothiols have an insulin sensitizing effect. Investigation of the effect of S-nitrosothiols on the insulin signaling pathway showed increased phosphorylation of the insulin receptor (IR) and protein kinase B (Akt), suggesting that S-nitrosothiols may have an effect on the insulin signaling pathway. Together, these data showed that S-nitrosothiols promote normal insulin action, suggesting that they may act as potential pharmacological tools. In the second part of this research work we used liver-specific ROCK1 knockout mice fed a high-fat (HF) diet. Liver-specific deletion of ROCK1 prevented obesity, improved insulin sensitivity and protected against hepatic steatosis. Deficiency of ROCK1 in the liver caused a significant decrease in the gene expression of lipogenesis associated gene, ultimately leading to decreased lipogenesis. Contrariwise, ROCK1 overexpression in the liver promoted insulin resistance and hepatic steatosis in diet-induced obesity. Furthermore, liver-specific deletion of ROCK1 in obese and diabetic mice, the leptin-deficient mice, improved the typical hyperglycemia, hyperinsulinemia and liver steatosis. Together, these data identify ROCK1 as a crucial regulator of lipid metabolism. In the third and final part of this research work we investigated the effect of MSM, an organosulfur compound naturally found in plants and used as a dietary supplement, on diet-induced obese (DIO) and insulin resistant mice. MSM treatment ameliorated insulin resistance and protected against hepatosteatosis. Hepatic content in triglycerides and cholesterol was significantly decreased by MSM treatment, as well as lipogenesis associated gene expression. Furthermore, MSM treated mice had decreased inflammation associated gene expression in the liver. Importantly, FACS analysis showed that MSM treatment rescued the inflammatory hematopoietic phenotype of DIO mice in the bone marrow and the peripheral blood. Moreover, MSM treatment of the obese and diabetic mice, the leptin-deficient mice, resulted in similar effects as the ones observed for DIO mice. Collectively, these data suggest that MSM supplementation has a beneficial effect on hyperinsulinemia, insulin resistance and inflammation, which are often found in type 2 diabetes. In conclusion, this research work showed that S-nitrosothiols may play a role as insulin sensitizers, restoring insulin sensitivity in a setting of high-sucrose induced insulin resistance. Furthermore, in vitro studies suggest that S-nitrosothiols specifically regulate the insulin signaling pathway. This research work also investigated the role of hepatic ROCK1 in regulation of glucose and lipid metabolism. Using liver-specific ROCK 1 knockout and ROCK1 overexpressing mice it was shown that ROCK1 plays a role in the pathogenesis of obesity and type 2 diabetes, specifically through regulation of the de novo lipogenesis pathway. Finally, this research work aimed to explore the effect of MSM in DIO and leptin receptor-deficient mice. MSM strongly protects against obesity and insulin resistance, moreover showed a robust ability to decrease inflammation. Together, the individual studies that compose this dissertation showed that S-nitrosothiols and ROCK1 play a role in the pathogenesis of obesity and type 2 diabetes and that MSM supplementation may have a role in the treatment of metabolic disorders.

The role of α2,3- and α2,6-sialylation

RESUMO: Os glicoconjugados que decoram a superfície celular e os lípidos e proteínas secretados ocupam o ponto de encontro onde normalmente ocorrem interacções críticas homólogas (hospedeiro-hospedeiro) e heterólogas (hospedeiro-patogénio). Apesar de ser largamente aceite que os glicanos são parte integrante do processo de imunidade, continua a não ser claro qual o papel que os glicanos, em toda a sua diversidade, tomam no quadro geral da imunidade. Os glicanos, que são frequentemente terminados por resíduos de ácido siálico, podem ser alterados por factores externos, tais como patogénios, ou por acontecimentos fisiológicos celulares específicos. Normalmente em posição terminal, as glico-estruturas que contêm ácido siálico assumem um papel fundamental numa quantidade substancial de receptores imunes envolvidos na adesividade e tráfico celular, tal como as Selectinas e as Siglecs, das quais se sabe apresentarem uma relevante função imune. À altura do início desta tese, era sabido que os ácidos siálicos expressos à superfície das células poderiam modular mecanismos importantes nas respostas imunes adaptativas. Considerando a posição de charneira que as células dendríticas (DCs) ocupam na transição da resposta imune inata para a adaptativa, antecipámos que os ácidos siálicos poderiam também modular mecanismos relevantes nas DCs humanas. As DCs têm uma função muito relevante na verificação e captura antigénica, migração para os gânglios linfáticos e apresentação antigénica aos linfócitos, uma sequência de funções que conduz, em ultima instância, à indução da resposta inata adaptativa. Considerando estas premissas, a nossa hipótese principal foi que os ácidos siálicos podem influenciar funções relevantes das DCs, tais como captura de antigénios, maturação, migração para os gânglios linfáticos e apresentação antigénica às células Para testar esta hipótese, dividimos o trabalho em quatro partes: 1) Analisámos os glicanos sialilados de superfície, expressos durante a diferenciação de monócitos humanos em DCs (moDCs). Os nossos dados mostraram que a expressão dos glicanos com ligações em O (O-glicanos) e sialilados em α2,3, assim como glicanos com ligações em N (N-glicanos) sialilados em α2,6 e α2,3 aumentou durante o processo de diferenciação das moDCs. Contribuindo para esta nova configuração glicosídica, três sialiltransferases (STs) poderão estar envolvidas: a ST6Gal-1 correlaciona-se com a expressão aumentada de N-glicanos sialilados em α2,6; a ST3Gal-1 contribui para a sialilação em α2,3 de O-glicanos, em especial de antigénios T; e a ST3Gal-4 poderá ser responsável pelo aumento de N-glicanos sialilados em α2,3. Após estímulo e consequente maturação das moDCs, ambos os níveis de expressão génica de ST6Gal-1 e ST3Gal-4 são negativamente modificados sendo, também, que a expressão de ST3Gal-1 varia consoante o estímulo. 2) Estudámos posteriormente as consequências da modulação dos ácidos siálicos de superfície nas funções das DCs. Observámos que a remoção dos ácidos siálicos de superfície diminui significativamente a capacidade de macropinocitose e endocitose mediada por receptores nas moDCs. Em contrapartida, o tratamento com sialidase aumentou significativamente a capacidade das moDCs para fagocitar Escherichia coli. Determinou-se também que este mecanismo requer a existência de ácido siálico presente nas E. coli indicando um mecanismo de interacção hospedeiro-patogénio dependente de ácido siálico em ambas as partes envolvidas. As moDCs tratadas com sialidase também apresentam um nível superior de expressão de moléculas de MHC e moléculas co-estimulatórias, sugerindo um fenótipo celular mais maduro. Recorrendo ao modelo de ratinho, utilizaram-se DCs derivadas de células da medula (BMDCs) de ratinhos deficientes em ST3Gal-1 e ST6Gal-1. Estes ensaios revelaram que quer a endocitose quer a maturação são influenciadas por modificações 37 nos glicanos sialilados em α2,3 ou α2,6. A detecção e quantificação de proteínas Nglicosiladas e sialiladas em α2,6 apontou para um potencial envolvimento de integrinas β2 nestes mecanismos. 3) O efeito da sialilação em α2,6 na migração das DCs para os gânglios linfáticos foi também analisado. Observámos que BMDCs deficientes para ST6Gal-1 apresentam uma redução de cerca de 50% nos níveis de migração das DCs para os gânglios linfáticos, tal como aferido em ensaios de inflamação in situ e estudos de transferência adoptiva de células. Uma redução dos níveis deste tipo de migração foi também observada quando BMDCs nativas foram transferidas para ratinhos receptores deficientes em ST6Gal-1. São, contudo, necessários mais ensaios de forma a identificar as moléculas envolvidas neste processo. 4) Por último, analisámos o impacto da sialilação na estimulação antigénica das DCs às células T. Assim, concluiu-se que moDCs tratadas com sialidase apresentam um nível de expressão superior de IL-12, TNF-ɑ, IL-6 e IL-10, e activação do factor de transcrição nuclear kappa B (NF-κB). As DCs tratadas com sialidase induziram uma maior proliferação nas células T, com expressão correspondente de interferão-γ. Este dado sugere que a remoção de ácidos siálicos de superfície contribui para o desenvolvimento de uma resposta pro-inflamatória do tipo 1 por células T auxiliares (resposta Th1). Considerando estes dados no seu todo, concluímos que o ácido siálico tem um papel marcante nas funções imunes das DCs. Alterações à concentração de ácido siálico à superfície das células podem alterar a endocitose/fagocitose, maturação, migração para os tecidos e gânglios linfáticos e capacidade estimulatória para com as células T. Complementando estes dados, as ligações glicosídicas de ácidos siálicos criados por ST6Gal-1 e ST3Gal-1 são funcionalmente relevantes. A modulação programada da sialilação do glicocálice, mediada por sialidases individuais ou sialiltransferases é uma possibilidade aceitável para a melhoria da fagocitose por DCs e da sua potência imunológica. Este facto tem um significado particular para imunoterapias baseadas em DCs, podendo provar-se decisivo para a sua eficiência e aplicabilidade num futuro muito próximo.-------------------------------ABSTRACT: Glycans decorating cell surface and secreted proteins and lipids occupy the junction where critical host–host and host-pathogen interactions occur. In spite of the wide acceptance that glycans are centrally implicated in immunity, exactly how glycans and their variety and variability contribute to the overall immune response remains poorly defined. Glycans, frequently terminated by sialic acid residues, may be modified by external factors such as pathogens or upon specific physiological cellular events. The terminal, privileged positions of sialic acid-modified structures makes them key, fundamental determinants for a number of immune receptors with known involvement in cellular adhesiveness and cell trafficking, such as Selectins and Siglecs, with known relevant immune functions. At the time this thesis was initiated, it was established that sialic acids expressed at cell surface could modulate important mechanisms of the adaptive immune responses. Given the key role of dendritic cells (DCs) in the transition from innate to the adaptive immune responses, we anticipated that sialic acids could also modulate important mechanisms of human DCs. DCs have a relevant role in antigen screening and uptake, migration to lymph nodes and antigen presentation to lymphocytes, ultimately triggering the adaptive immune response. Therefore, our primary hypothesis was that sialic acids may modulate DC functions, such as antigen uptake, maturation, homing to lymph nodes and antigen presentation to T cells. To test this hypothesis, we divided our work in four parts. 1) Surface sialylated glycans expressed during differentiation from human monocytes to DCs (moDCs) were analyzed. Our data showed that α2,3-sialylated O-glycans and α2,6- and α2,3-sialylated N-glycans expression increased during moDC differentiation. Three main sialyltransferases (STs) are committed with this new glycan configuration: ST6Gal- 1 correlates with the increased expression of α2,6-sialylated N-glycans; ST3Gal-1 32 contributes for the α2,3-sialylation of O-glycans, especially T antigens; and ST3Gal-4 may contribute for the increased α2,3-sialylated N-glycans. Upon moDC maturation, ST6Gal-1 and ST3Gal-4 are downregulated and ST3Gal-1 is altered in a stimulus dependent manner. 2) We subsequently analyzed the consequences of the modulation of cell surface sialic acids in DC functions. We observed that removing surface sialic acid by sialidase significantly decreased the capacity of moDCs to micropinocytose and receptormediated endocytose. In contrast, treatment with a sialidase significantly improved the capacity of moDCs to phagocytose Escherichia coli. The improved phagocytosis mechanism required E. coli sialic acids, indicating a mechanism of host–pathogen interaction dependent on sialic acid moieties. Sialidase-treated moDCs have increased expression of MHC and co-stimulatory molecules, suggesting a more mature phenotype. Experiments using mouse bone marrow-derived DCs (BMDCs) from ST3Gal-1-/- and ST6Gal-1-/- strains indicated that endocytosis and maturation are influenced by changes in either α2,3 or α2,6-sialylated glycans. The analysis of α2,6-sialylated, N-glycosylated proteins, strongly suggested the potential involvement of β2 integrins, underlying these mechanisms. 3) The effect of α2,6-sialylation in DC homing to lymph nodes was also analyzed. We observed that BMDCs deficient for ST6Gal-1 have an almost 50% reduction in DC homing, as assayed by in situ inflammation and adoptive transfer studies. A reduction in DC homing was also observed when wild type BMDCs were transferred into ST6Gal-1-/- recipient mice. Further investigations are necessary to identify the molecules involved in this process. 4) Finally, we also analyzed the impact of sialylation on DCs ability to prime T cells. Sialidase-treated moDCs show increased gene expression of IL-12, TNF-α, IL-6 and IL- 10 cytokines, and activation of the transcription factor nuclear factor-κB. Sialidase33 treated DCs induced a higher proliferative response of T cells with concomitant higher expression of interferon-γ, suggesting that the clearance of cell surface sialic acids contributes to the development of a T helper type 1 proinflammatory response. Together, our data strongly support sialic acid’s relevance in DC immune functions. Alterations of cell surface sialic acid content can alter the endocytosis/phagocytosis, maturation, migration/homing and the ability for T cell priming in human DCs. Moreover, sialic acid linkages created by ST6Gal-1 and ST3Gal-1 are functionally relevant. The engineering of cell surface sialylation, mediated by individual sialidases or sialyltransferases is a likely possibility to fine tune DC phagocytosis and immunological potency, with particular significance to DC-based therapies.

Nanomateriais manufaturados : avaliação de segurança através da caracterização dos seus efeitos genéticos

RESUMO - Os nanomateriais manufaturados (NMs), isto é, fabricados deliberadamente para fins específicos, apresentam propriedades físico-químicas únicas como a dimensão, área superficial ou funcionalização, que lhes conferem caraterísticas mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas muito vantajosas para aplicações industriais e biomédicas. Efetivamente, a tecnologia baseada nos NMs, ou nanotecnologia, foi identificada como uma key enabling technology, impulsionadora do crescimento económico dos países industrializados, devido ao seu potencial para melhorar a qualidade e desempenho de muitos tipos de produtos e de processos. Contudo, a expansão da utilização de NMs contrasta com a insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente, sendo considerados como um risco emergente para a saúde pública. As incertezas sobre a segurança dos NMs para a saúde pública advêm sobretudo de estudos epidemiológicos em humanos expostos a nanomateriais produzidos como consequência dos processos e atividades humanas e da poluição. Uma das principais preocupações relativamente aos efeitos adversos dos NMs na saúde humana é o seu potencial efeito carcinogénico, que é sugerido por alguns estudos experimentais, como no caso dos nanomateriais de dióxido de titânio ou dos nanotubos de carbono. Para avaliar em curto termo as propriedades carcinogénicas de um composto, utilizam-se frequentemente ensaios de genotoxicidade em linhas celulares de mamífero ou ensaios em modelos animais, em que se analisa uma variedade de lesões genéticas potencialmente relacionados com o processo de carcinogénese. No entanto, a investigação sobre as propriedades genotóxicas dos NMs não foi, até hoje, conclusiva. O presente estudo tem por objectivo principal caracterizar os efeitos genotóxicos associados à exposição a nanomateriais manufaturados, de forma a contribuir para a avaliação da sua segurança. Constituíram objectivos específicos deste estudo: i) avaliar a genotoxicidade dos NMs em três tipos de células humanas expostas in vitro: linfócitos humanos primários, linha celular de epitélio brônquico humano (BEAS-2B) e linha celular de adenocarcinoma epitelial de pulmão humano (A549); ii) avaliar a sua genotoxicidade num modelo de ratinho transgénico; iii) investigar alguns mecanismos de acção que poderão contribuir para a genotoxicidade dos nanomateriais, como a contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade induzida pelos NMs in vitro, e a investigação da sua bioacumulação e localização celular in vivo. Foram analisados os efeitos genotóxicos associados à exposição a duas classes de NMs, dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla, bem como a um NM de óxido de zinco, candidato a ser utlilizado como controlo positivo de dimensão nanométrica. Os xx NMs utilizados foram previamente caracterizados com detalhe relativamente às suas características físico-químicas e também relativamente à sua dispersão em meio aquoso e no meio de cultura. A metodologia incluiu ensaios de citotoxicidade e de genotoxicidade in vitro, designadamente, ensaios de quebras no DNA (ensaio do cometa) e nos cromossomas (ensaio do micronúcleo) em células humanas expostas a várias concentrações de NMs, por comparação com células não expostas. Também foram realizados ensaios in vivo de quebras no DNA, quebras cromossómicas e ainda um ensaio de mutações em vários órgãos de grupos de ratinhos transgénicos LacZ, expostos por via intravenosa a duas doses de dióxido de titânio. Foi investigada a existência de uma relação dose-resposta após exposição das células humanas ou dos animais a NMs. A contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade após exposição das células aos NMs in vitro foi explorada através do ensaio do cometa modificado com enzima. Realizaram-se estudos histológicos e citológicos para deteção e localização celular dos NMs nos órgãos-alvo dos ratinhos expostos in vivo. Os resultados demonstraram efeitos genotóxicos em alguns dos NMs analisados em células humanas. No entanto, os efeitos genotóxicos, quando positivos, foram em níveis reduzidos, ainda que superiores aos valores dos controlos, e a sua reprodutibilidade era dependente do sistema experimental utilizado. Para outros NMs, a evidência de genotoxicidade revelou-se equívoca, conduzindo à necessidade de esclarecimento através de ensaios in vivo. Para esse fim, recorreu-se a uma análise integrada de múltiplos parâmetros num modelo animal, o ratinho transgénico baseado em plasmídeo contendo o gene LacZ exposto a um NM de dióxido de titânio, NM-102. Embora tenha sido demonstrada a exposição e a acumulação do NM no fígado, não se observaram efeitos genotóxicos nem no fígado, nem no baço nem no sangue dos ratinhos expostos a esse NM. Neste estudo concluiu-se que algumas formas de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla produzem efeitos genotóxicos em células humanas, contribuindo para o conjunto de evidências sobre o efeito genotóxico desses NMs. As diferenças observadas relativamente à genotoxicidade entre NMs do mesmo tipo, mas distintos em algumas das suas características físico-quimicas, aparentemente não são negligenciáveis, pelo que os resultados obtidos para um NM não devem ser generalizados ao grupo correspondente. Para além disso, a genotoxicidade equívoca verificada para o NM-102 em células humanas expostas in vitro, não foi confirmada no modelo in vivo, pelo que o valor preditivo da utilização dos ensaios in vitro para a identificação de NMs com efeitos genotóxicos (e portanto potencialmente carcinogénicos) ainda tem de ser esclarecido antes de ser possível extrapolar as conclusões para a saúde humana. Por sua vez, como a informação aqui produzida pelas metodologias in vitro e in vivo não reflete os efeitos de exposição continua ou prolongada, que poderá conduzir a efeitos genotóxicos distintos, esta xxi deverá ser complementada com outras linhas de evidência relativamente à segurança dos NMs. Perante a incerteza dos níveis de exposição real do organismo humano e do ambiente, a segurança da utilização dos NMs não pode ser garantida a longo prazo e, tendo em conta a elevada produção e utilização destes NMs, são prementes futuros estudos de monitorização ambiental e humana.

Acellular Gellan-gum based bilayered structures for the regeneration of osteochondral defects: a preclinical study

 In orthopaedics, the management and treatment of osteochondral (OC) defects remains an ongoing clinical challenge. Autologous osteochondral mosaicplasty has been used as a valid option for OC treatments although donor site morbidity remains a source of concern [1]. Engineering a whole structure capable of mimicking different tissues (cartilage and subchondral bone) in an integrated manner could be a possible approach to regenerate OC defects. In our group we have been proposing the use of bilayered structures to regenerate osteochondral defects [2,3]. The present study aims to investigate the pre-clinical performance of bilayered hydrogels and spongy-like hydrogels in in vivo  models (mice and rabbit, respectively), in both subcutaneous and orthotopic models. The bilayered structures were produced from Low Acyl Gellan Gum (LAGG) from Sigma-Aldrich, USA. Cartilage-like layers were obtained from a 2wt% LAGG solution. The bone-like layers were made of 2wt% LAGG with incorporation of hydroxyapatite at 20% and 30% (w/v). Hydrogels and spongy-like were subcutaneouly implanted in mice to evaluate the inflammatory response. Then, OC defects were induced in rabbit knee to create a critical size defect (4 mm diameter and 5 mm depth), and then hydrogels and sponges implanted. Both structures followed different processing methods. The hydrogels were injected allowing in situ  crosslinking. Unlike, the spongy-like were pre-formed by freeze-drying. The studies concerning subcutaneous implantation and critical size OC defect were performed for 2 and 4 weeks time, respectively. Cellular behavior and inflammatory responses were assessed by means of histology staining and biochemical function and matrix deposition by immunohistochemistry. Additionally, both OC structures stability and new cartilage and bone formation were evaluated by using vivo- computed tomography (Scanco 80). The results showed no acute inflammatory response for both approaches. New tissue formation and integration in the adjacent tissues were also observed, which present different characteristic behaviors when comparing hydrogels and sponges response. As future insights, a novel strategy for regeneration of OC defects can be designed encompassing both, hydrogels and spongy-like structures and cellular approaches. References: 1. Espregueira-Mendes J. et al. Osteochondral transplantation using autografts from the upper tibio-fibular joint for the treatment of knee cartilage lesions. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy 20,1136, 2012. 2. Oliveira JM. et al, Novel hydroxyapatite/chitosan bilayered scaffold for osteochondral tissue-engineering applications: Scaffold design and its performance when seeded with goat bone marrow stromal cells. Biomaterials 27, 6123, 2006. 3. Pereira D R. et al. Gellan Gum-Based Hydrogel Bilayered Scaffolds for Osteochondral Tissue Engineering. Key Engineering Materials 587, 255, 2013.

Modulation of the secretome of hBMSCs by tailoring the macromolecular gradient in hydrogels to generate tissue-to-tissue interfaces

Tissue-to-tissue interfaces are commonly present in all tissues exhibiting structural, biological and chemical gradients serving a wide range of physiological functions. These interfaces are responsible for mediation of load transfer between two adjacent tissues. They are also important structures in sustaining the cellular communications to retain tissueâ s functional integration and homeostasis. [1] All cells have the capacity to sense and respond to physical and chemical stimulus and when cultured in three-dimensional (3D) environments they tend to perform their function better than in two-dimensional (2D) environments. Spatial and temporal 3D gradient hydrogels better resemble the natural environment of cells in mimicking their extracellular matrix. [2] In this study we hypothesize that differential functional properties can be engineered by modulation of macromolecule gradients in a cell seeded threedimensional hydrogel system. Specifically, differential paracrine secretory profiles can be engineered using human Bone Marrow Stem Cells (hBMSCâ s). Hence, the specific objectives of this study are to: assemble the macromolecular gradient hydrogels to evaluate the suitablity for hBMSCâ s encapsulation by cellular viability and biofunctionality by assessing the paracrine secretion of hBMSCâ s over time. The gradient hydrogels solutions were prepared by blend of macromolecules in one solution such as hyaluronic (HA) acid and collagen (Col) at different ratios. The gradient hydrogels were fabricated into cylindrical silicon moulds with higher ratio solutions assembled at the bottom of the mould and adding the two solutions consecutively on top of each other. The labelling of the macromolecules was performed to confirm the gradient through fluorescence microscopy. Additionally, AFM was conducted to assess the gradient hydrogels stiffness. Gradient hydrogels characterization was performed by HA and Col degradation assay, degree of crosslinking and stability. hBMSCâ s at P3 were encapsulated into each batch solution at 106 cells/ml solution and gradient hydrogels were produced as previously described. The hBMSCâ s were observed under confocal microscopy to assess viability by Live/Dead® staining. Cellular behaviour concerning proliferation and matrix deposition was also performed. Secretory cytokine measurement for pro-inflammatory and angiogenesis factors was carried out using ELISA. At genomic level, qPCR was carried out. The 3D gradient hydrogels platform made of different macromolecules showed to be a suitable environment for hBMSCâ s. The hBMSCâ s gradient hydrogels supported high cell survival and exhibited biofunctionality. Besides, the 3D gradient hydrogels demonstrated differentially secretion of pro-inflammatory and angiogenic factors by the encapsulated hBMSCâ s. References: 1. Mikos, AG. et al., Engineering complex tissues. Tissue Engineering 12,3307, 2006 2. Phillips, JE. et al., Proc Natl Acad Sci USA, 26:12170-5, 2008

Xenogeneic M2-polarization of Macrophages by undifferentiated and differentiated adipose tissue-derived stem cells

Mesenchymal stem cells (MSCs) are considered to be â â immunologically privileged.â â In a previous work when human adipose tissue-derived stem cells (hASCs) subcutaneously implanted in mice we did not identify an adverse host response1. Recently, it was shown that tissue regeneration could benefit from the polarization of M2 macrophages subpopulations 2. In this study we hypothesised that undifferentiated hASCs and derived osteoblasts and chondrocytes are able to switch murine bone marrow-derived macrophages (mBMMÃ s) into M2 phenotype, aiding tissue regeneration. Murine BMMÃ s were plated in direct contact with undifferentiated and osteo or chondro-differentiated hASCs for 4 h, 10 h, 24 h and 72 h. The cytokine profile was analysed by qRT-PCR and the surface markers were detected by flow cytometry. The direct interaction of both cell types was observed by time lapse microscopy. The results showed that mBMMÃ s polarized after contacting tissue culture polystyrene. This M2 phenotype was maintained along the experiment in direct contact with both undifferentiated and osteo or chondro-differentiated hASCs. This was confirmed by the expression of IL-1, IL-10, IL-4, TNF-a and IFN-g (genetic profile) and surface markers (CD206 + + , CD336 + + , MHC II + and CD86 + + ) detection. These data suggest the potential of hASCs in contemporary xenogenic tissue engineering and regenerative medicine strategies, as well as host immune system modulation in autoimmune diseases. 

Cationic Liposomes as antigenic delivery systems: development of an immunoprotective strategy against Candida albicans

Tese de Doutoramento Biologia Molecular e Ambiental - Especialidade em Biologia Celular e Saúde

Regulation of human mesenchymal stem cell osteogenesis by specific surface density of fibronectin: a gradient study

 The success of synthetic bone implants requires good interface between the material and the host tissue. To study the biological relevance of fi bronectin (FN) density on the osteogenic commitment of human bone marrow mesenchymal stem cells (hBMMSCs), human FN was adsorbed in a linear density gradient on the surface of PCL. The evolution of the osteogenic markers alkaline phosphatase and collagen 1 alpha 1 was monitored by immunohistochemistry, and the cytoskeletal organization and the cell-derived FN were assessed. The functional analysis of the gradient revealed that the lower FN-density elicited stronger osteogenic expression and higher cytoskeleton spreading, hallmarks of the stem cell commitment to the osteoblastic lineage. The identifi cation of the optimal FN density regime for the osteogenic commitment of hBM-MSCs presents a simple and versatile strategy to signifi cantly enhance the surface properties of polycaprolactone as a paradigm for other synthetic polymers intended for bone-related applications.

Poly(ester-urethane) scaffolds: effect of structure on properties and osteogenic activity of stem cells

The present study aimed to investigate the effect of structure (design and porosity) on the matrix stiffness and osteogenic activity of stem cells cultured on poly(ester-urethane) (PEU) scaffolds. Different three-dimensional (3D) forms of scaffold were prepared from lysine-based PEU using traditional salt-leaching and advanced bioplotting techniques. The resulting scaffolds were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), mercury porosimetry and mechanical testing. The scaffolds had various pore sizes with different designs, and all were thermally stable up to 300â °C. In vitrotests, carried out using rat bone marrow stem cells (BMSCs) for bone tissue engineering, demonstrated better viability and higher cell proliferation on bioplotted scaffolds compared to salt-leached ones, most probably due to their larger and interconnected pores and stiffer nature, as shown by higher compressive moduli, which were measured by compression testing. Similarly, SEM, von Kossa staining and EDX analyses indicated higher amounts of calcium deposition on bioplotted scaffolds during cell culture. It was concluded that the design with larger interconnected porosity and stiffness has an effect on the osteogenic activity of the stem cells.

Reticulo-endotheliomatose maligna

A spindle-cell sarcoma (fig. 5) apparently originating from the dura (fig. 4) was found at the autopsy of a male, mulato, 17 years of age. The bones of the skull (occipital and both parietals) were penetrated and destroyed (fig. 1 and 2). The nervous tissue was not penetrated, the only change in the brain being a depressed area where the tumor was included. Metastatic nodules were found in the liver (fig. 3),hepatic lymphnodes (fig. 14), spleen (fig. 12) and suprarenal bodies (fig. 15). The structure, however, in all those different locations was that of a typical endothelioma (figs. 8, 11 and 13). The cells are of large and moderate size, of polyhedral form, with vesicular nuclei, diminutive nucleoli and clear cytoplasm. (Figs. 6 and 8). They are arranged about a central lumen which represents a rudimentary vessel (figs. 9 and 13). Other areas are composed of cells without concentric arrangement (figs. 4 and 10). In small areas, the colums of liver cells are marginated in one side by typical sinusoids, while in the other side tumor cells arranged about a narrow lumen are seen suggesting a pathological (neoplastic) sinusoid (figs. 7 and 9). The case is considered as a multiple diffuse endothelioma. The origin of the tumor is referred to the reticulo-endothelial apparatus of the liver, the spleen, the suprarenal bodies and the lymph nodes, the structure being rather uniform in those organs. In the dura, the endothelioma reproduces the structure and presents the general character of a fibroblastic sarcoma; in some places, however, the structure of endothelioma could be found (fig.6). It corresponds to the reticulo-endotheliomatosis maligna according to Puhr's grouping of progressive changes in the reticulo-endothelial apparatus which is a follows: 1. HYPERPLASTIC - 1. Mnnocytic leukemia. 2. a) Aleukemic reticulosis (Goldschmid and Isaac). b) Idiopathic sarcoma of skin (Kaposi). c) Cutaneous sarcoid (Spiegler). 3. Secretory reticulosis. a) Gaucher's disease. b) Generalized xanthomatosis. c) Spleno-hepatomegaly with lipoidic cells (Pick). II. BLASTOMATOSUS OR NEOPLASTIC - 1. Benign - a) Circumscribed tumors. a) Epulis sarcomatosa; b) Benign giant-cells sarcoma of the bone - marrow of long bones. b) Generalized brown tumors of osteitis fibrosa. 2. Malignant - a) Circumscribed haemangio - endothelioma (reticulo- endothelioma (maligum). of {liver, spleen, bone-marrow. b) Generalized haemangio-endotheliomatosis (reticulo-endotheliomatosis maligna) (Grabowski).

Myeloid Metaplasia of Spleen in Hookworm Disease

We investigated, in the liver and the spleen of ten pures cases of ankylostomiasis haemocytopoietic elements. We verified the weight of spleen in 23 cases of individuals from 3 to 60 years old. In no case did we meet with haemopoietic cells in liver. In seven cases we found in spleen elements of the red series at an advanced evolutional stage (orthochromatic erythroblasts with pyknotic nucleus). In some of these cases we observed megakaryocytes and numerous eosinophilous myelocytes.The three cases which did not show any myeloid metaplasia in spleen were from individuals of over 50 years. Nevertheless, in another case of an individual 59 years old this metaplasia was verified. In individuals of over 20 years, the average weight of spleen in nine cases appeared to be equal to the normal weight. In 14 other cases, between 3 and 14 years of age, the weight of this organ was always sensibly higher than in normal individuals of the corresponding age. These results suggest the possibility of the myeloid metaplasia being the fact responsible for the weight increase of spleen in young individuals victimatized by hookworm anaemia. The remarkable proliferation of orthochromatic erythroblasts shows that the degree and quickness of blood regeneration after iron administration are due, essentially, to the great quantity of haemoglobin previously formed in the spleen and bone marrow of ankylostomized organisms.

Lesões microscopicas do baço na purpura trombocitopenica idiopatica

Histopathological changes strikingly similar were found in the spleen of four cases (young female subjects) of idiopathic thrombocytopenic purpura hemorrhagica in which splenectomy was performed. The chief changes reported are enlargement of the marginal zone of the malpighian corpuscles, proliferation and mobilization of the reticulo-endothelial cells, myeloid metaplasia, local (tissue) eosinophilia, and stoppage of the circulation or stasis of platelets from which results a filling of the spelenic sinuses by such elements. The latter phenomenon will possibly present some bearing with thrombocytopenia which is such a characteristic feature in this disease and will perhaps account for the rapid increase in blood platelets which usually follows splenectomy and or the finding of increased megakaryocytes in the bone marrow.

B and T lymphocyte attenuator regulates CD8+ T cell-intrinsic homeostasis and memory cell generation.

B and T lymphocyte attenuator (BTLA) is a negative regulator of T cell activation, but its function in vivo is not well characterized. Here we show that mice deficient in full-length BTLA or its ligand, herpesvirus entry mediator, had increased number of memory CD8(+) T cells. The memory CD8(+) T cell phenotype resulted from a T cell-intrinsic perturbation of the CD8(+) T cell pool. Naive BTLA-deficient CD8(+) T cells were more efficient than wild-type cells at generating memory in a competitive antigen-specific system. This effect was independent of the initial expansion of the responding antigen-specific T cell population. In addition, BTLA negatively regulated antigen-independent homeostatic expansion of CD4(+) and CD8(+) T cells. These results emphasize two central functions of BTLA in limiting T cell activity in vivo.