Caracterización geométrica de huellas de dureza Brinell mediante equipos ópticos. Modelo con microscopía confocal

En esta tesis se desarrolla una metodología alternativa para la determinación de la dureza Brinell a partir de imágenes obtenidas mediante microscopía confocal, que se ha mostrado robusta para mejorar los resultados de medición del diámetro en condiciones de reproducibilidad. Las validaciones realizadas evidencian su posibilidad real de implementación, especialmente para la certificación de patrones de dureza. Los estudios experimentales realizados ponen de manifiesto que la medición del diámetro de una huella de dureza Brinell, siguiendo la metodología tradicional, depende de la posición del patrón, de las características del equipo empleado y del propio operador. Dicha medida resulta crítica y las dificultades para identificar el borde de la huella incorporan a menudo una fuente adicional de incertidumbre difícil de soslayar. En esta investigación se han desarrollado dos modelos matemáticos que permiten identificar de forma unívoca el diámetro de la huella en el punto donde se produce el límite de contacto entre el indentador y el material de la probeta durante la realización del ensayo. Ambos modelos han sido implementados en Matlab® y se ha verificado su validez mediante datos sintéticos. Asimismo, se ha realizado una validación experimental sobre patrones de dureza certificados, empleando un microscopio confocal marca Leica, modelo DCM 3D disponible en el Laboratorio de Investigación de Materiales de Interés Tecnológico (LIMIT) de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSIDI – UPM). Dicha validación ha puesto de manifiesto la utilidad de esta nueva metodología por cuanto permite caracterizar las huellas, estimar las incertidumbres de medida y garantizar la trazabilidad metrológica de los resultados. ABSTRACT This PhD thesis presents an alternative methodology to determine the Brinell hardness from the images obtained by confocal microscopy that has proved to be robust to improve the results of indentation diameter measurements in reproducibility conditions. The validations carried out show the real possibility of its implementation, especially for calibration of hardness reference blocks. Experimental studies performed worldwide show that the measurement of the indentation diameter in a Brinell hardness test depends, when the traditional methodology is applied, on the position of the test block, the equipment characteristics and the operator. This measurement is critical and the difficulties to identify the edge of the indentation often bring an additional source of uncertainty with them that is hard to avoid. In this research two specific mathematical models have been developed to identify unambiguously the indentation diameter at the point where the edge of the boundary between the indenter and the test block is found during the test. Both models have been implemented on Matlab® and their validity has been verified by synthetic data An additional experimental validation with calibrated hardness reference blocks has been carried out using a Leica-brand confocal microscope, model DCM 3D, available in the Laboratory for Research on Materials of Technological Interest (LIMIT in its Spanish acronym) of the Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSIDI-UPM). This validation has shown the utility of this new methodology since it allows to characterize the indentation, to estimate the measurement uncertainties and to ensure the metrological traceability of the results.

Gi regulation of secretory vesicle swelling examined by atomic force microscopy

In the last decade, several monomeric and heterotrimeric guanine nucleotide binding proteins have been identified to associate with secretory vesicles and to be implicated in exocytosis. Vesicle volume also has been proposed to play a regulatory role in secretory vesicle fusion at the plasma membrane. However, the molecular mechanism of function of the guanine nucleotide binding proteins and of the regulation of secretory vesicle volume in the exocytotic process remains unclear. In this study, we report association of the secretory vesicle membrane with the α subunit of a heterotrimeric GTP binding protein Gαi3 and implicate its involvement in vesicle swelling. Using an atomic force microscope in combination with confocal microscopy, we were able to study the dynamics of isolated zymogen granules, the secretory vesicles in exocrine pancreas. Exposure of zymogen granules to GTP resulted in a 15–25% increase in vesicle height as measured by the atomic force microscope and a similar increase in vesicle diameter as determined by confocal microscopy. Mas7, an active mastoparan analog known to stimulate Gi proteins, was found to stimulate the GTPase activity of isolated zymogen granules and cause swelling. Increase in vesicle size in the presence of GTP, NaF, and Mas7 were irreversible and KCl-sensitive. Ca2+ had no effect on zymogen granule size. Taken together, the results indicate that Gαi3 protein localized in the secretory vesicle membrane mediates vesicle swelling, a potentially important prerequisite for vesicle fusion at the cell plasma membrane.

RacF1, a Novel Member of the Rho Protein Family in Dictyostelium discoideum, Associates Transiently with Cell Contact Areas, Macropinosomes, and Phagosomes

Using a PCR approach we have isolated racF1, a novel member of the Rho family in Dictyostelium. The racF1 gene encodes a protein of 193 amino acids and is constitutively expressed throughout the Dictyostelium life cycle. Highest identity (94%) was found to a RacF2 isoform, to Dictyostelium Rac1A, Rac1B, and Rac1C (70%), and to Rac proteins of animal species (64–69%). To investigate the role of RacF1 in cytoskeleton-dependent processes, we have fused it at its amino-terminus with green fluorescent protein (GFP) and studied the dynamics of subcellular redistribution using a confocal laser scanning microscope and a double-view microscope system. GFP–RacF1 was homogeneously distributed in the cytosol and accumulated at the plasma membrane, especially at regions of transient intercellular contacts. GFP–RacF1 also localized transiently to macropinosomes and phagocytic cups and was gradually released within <1 min after formation of the endocytic vesicle or the phagosome, respectively. On stimulation with cAMP, no enrichment of GFP–RacF1 was observed in leading fronts, from which it was found to be initially excluded. Cell lines were obtained using homologous recombination that expressed a truncated racF1 gene lacking sequences encoding the carboxyl-terminal region responsible for membrane targeting. These cells displayed normal phagocytosis, endocytosis, and exocytosis rates. Our results suggest that RacF1 associates with dynamic structures that are formed during pinocytosis and phagocytosis. Although RacF1 appears not to be essential, it might act in concert and/or share functions with other members of the Rho family in the regulation of a subset of cytoskeletal rearrangements that are required for these processes.

Fluorescence microscopy with diffraction resolution barrier broken by stimulated emission

The diffraction barrier responsible for a finite focal spot size and limited resolution in far-field fluorescence microscopy has been fundamentally broken. This is accomplished by quenching excited organic molecules at the rim of the focal spot through stimulated emission. Along the optic axis, the spot size was reduced by up to 6 times beyond the diffraction barrier. The simultaneous 2-fold improvement in the radial direction rendered a nearly spherical fluorescence spot with a diameter of 90–110 nm. The spot volume of down to 0.67 attoliters is 18 times smaller than that of confocal microscopy, thus making our results also relevant to three-dimensional photochemistry and single molecule spectroscopy. Images of live cells reveal greater details.

Glutathione biosynthesis in Arabidopsis trichome cells

In Arabidopsis thaliana, trichome cells are specialized unicellular structures with uncertain functions. Based on earlier observations that one of the genes involved in cysteine biosynthesis (Atcys-3A) is highly expressed in trichomes, we have extended our studies in trichome cells to determine their capacity for glutathione (GSH) biosynthesis. First, we have analyzed by in situ hybridization the tissue-specific expression of the genes Atcys-3A and sat5, which encode O-acetylserine(thio)lyase (OASTL) and serine acetyltransferase (SAT), respectively, as well as gsh1 and gsh2, which encode γ-glutamylcysteine synthetase and glutathione synthetase, respectively. The four genes are highly expressed in leaf trichomes of Arabidopsis, and their mRNA accumulate to high levels. Second, we have directly measured cytoplasmic GSH concentration in intact cells by laser-scanning microscopy after labeling with monochlorobimane as a GSH-specific probe. From these measurements, cytosolic GSH concentrations of 238 ± 25, 80 ± 2, and 144 ± 19 μM were estimated for trichome, basement, and epidermal cells, respectively. Taking into account the volume of the cells measured using stereological techniques, the trichomes have a total GSH content more than 300-fold higher than the basement and epidermal cells. Third, after NaCl treatment, GSH biosynthesis is markedly decreased in trichomes. Atcys-3A, sat5, gsh1, and gsh2 mRNA levels show a decrease in transcript abundance, and [GSH]cyt is reduced to 47 ± 5 μM. These results suggest the important physiological significance of trichome cells related to GSH biosynthesis and their possible role as a sink during detoxification processes.

Fluctuations and stimulus-induced changes in blood flow observed in individual capillaries in layers 2 through 4 of rat neocortex

Cortical blood flow at the level of individual capillaries and the coupling of neuronal activity to flow in capillaries are fundamental aspects of homeostasis in the normal and the diseased brain. To probe the dynamics of blood flow at this level, we used two-photon laser scanning microscopy to image the motion of red blood cells (RBCs) in individual capillaries that lie as far as 600 μm below the pia mater of primary somatosensory cortex in rat; this depth encompassed the cortical layers with the highest density of neurons and capillaries. We observed that the flow was quite variable and exhibited temporal fluctuations around 0.1 Hz, as well as prolonged stalls and occasional reversals of direction. On average, the speed and flux (cells per unit time) of RBCs covaried linearly at low values of flux, with a linear density of ≈70 cells per mm, followed by a tendency for the speed to plateau at high values of flux. Thus, both the average velocity and density of RBCs are greater at high values of flux than at low values. Time-locked changes in flow, localized to the appropriate anatomical region of somatosensory cortex, were observed in response to stimulation of either multiple vibrissae or the hindlimb. Although we were able to detect stimulus-induced changes in the flux and speed of RBCs in some single trials, the amplitude of the stimulus-evoked changes in flow were largely masked by basal fluctuations. On average, the flux and the speed of RBCs increased transiently on stimulation, although the linear density of RBCs decreased slightly. These findings are consistent with a stimulus-induced decrease in capillary resistance to flow.

Fatty acids and hypolipidemic drugs regulate peroxisome proliferator-activated receptors α- and γ-mediated gene expression via liver fatty acid binding protein: A signaling path to the nucleus

Peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα) is a key regulator of lipid homeostasis in hepatocytes and target for fatty acids and hypolipidemic drugs. How these signaling molecules reach the nuclear receptor is not known; however, similarities in ligand specificity suggest the liver fatty acid binding protein (L-FABP) as a possible candidate. In localization studies using laser-scanning microscopy, we show that L-FABP and PPARα colocalize in the nucleus of mouse primary hepatocytes. Furthermore, we demonstrate by pull-down assay and immunocoprecipitation that L-FABP interacts directly with PPARα. In a cell biological approach with the aid of a mammalian two-hybrid system, we provide evidence that L-FABP interacts with PPARα and PPARγ but not with PPARβ and retinoid X receptor-α by protein–protein contacts. In addition, we demonstrate that the observed interaction of both proteins is independent of ligand binding. Final and quantitative proof for L-FABP mediation was obtained in transactivation assays upon incubation of transiently and stably transfected HepG2 cells with saturated, monounsaturated, and polyunsaturated fatty acids as well as with hypolipidemic drugs. With all ligands applied, we observed strict correlation of PPARα and PPARγ transactivation with intracellular concentrations of L-FABP. This correlation constitutes a nucleus-directed signaling by fatty acids and hypolipidemic drugs where L-FABP acts as a cytosolic gateway for these PPARα and PPARγ agonists. Thus, L-FABP and the respective PPARs could serve as targets for nutrients and drugs to affect expression of PPAR-sensitive genes.

Visualization of Cavitated Vessels in Winter and Refilled Vessels in Spring in Diffuse-Porous Trees by Cryo-Scanning Electron Microscopy1

Xylem cavitation in winter and recovery from cavitation in the spring were visualized in two species of diffuse-porous trees, Betula platyphylla var. japonica Hara and Salix sachalinensis Fr. Schm., by cryo-scanning electron microscopy after freeze-fixation of living twigs. Water in the vessel lumina of the outer three annual rings of twigs of B. platyphylla var. japonica and of S. sachalinensis gradually disappeared during the period from January to March, an indication that cavitation occurs gradually in these species during the winter. In April, when no leaves had yet expanded, the lumina of most of the vessels of both species were filled with water. Many vessel lumina in twigs of both species were filled with water during the period from the subsequent growth season to the beginning of the next winter. These observations indicate that recovery in spring occurs before the onset of transpiration and that water transport through twigs occurs during the subsequent growing season. We found, moreover, that vessels repeat an annual cycle of winter cavitation and spring recovery from cavitation for several years until irreversible cavitation occurs.

Two types of calcium response limited to single spines in cerebellar Purkinje cells.

Of fundamental importance in understanding neuronal function is the unambiguous determination of the smallest unit of neuronal integration. It was recently suggested that a whole dendritic branchlet, including tens of spines, acts as the fundamental unit in terms of dendritic calcium dynamics in Purkinje cells. By contrast, we demonstrate that the smallest such unit is the single spine. The results show, by two-photon excited fluorescence laser scanning microscopy, that individual spines are capable of independent calcium activation. Moreover, two distinct spine populations were distinguished by their opposite response to membrane hyperpolarization. Indeed, in a subpopulation of spines calcium entry can also occur through a pathway other than voltage-gated channels. These findings challenge the assumption of a unique parallel fiber activation mode and prompt a reevaluation of the level of functional complexity ascribed to single neurons.

Encapsulação de colecalciferol (vitamina D3) por spray chilling

A indústria de alimentos está constantemente desenvolvendo produtos que fornecem, além de nutrientes, benefícios adicionais à saúde, tais como os enriquecidos com vitaminas. A vitamina D3 (colecalciferol) é sintetizada na pele durante a exposição da luz solar, controla a homeostase de cálcio e fósforo, metabolismo ósseo, pressão arterial e reabsorção renal de cálcio. O processo de microencapsulação vem sendo bastante aplicado em alimentos e um dos objetivos principais é o controle da liberação do agente ativo no momento e local desejado. A tecnologia de spray chilling é interessante para a microencapsulação de vitaminas lipossolúveis. O objetivo deste trabalho foi microencapsular vitamina D3, utilizando o método de spray chilling para a produção das micropartículas lipídicas sólidas (MLS). Para produção das MLS utilizou-se gordura vegetal com ponto de fusão em torno de 48 °C como carreador. Três tratamentos foram estabelecidos: sem aditivos (T1), com adição de 1% de cera de abelha (T2) e com 1% de lecitina de soja (T3). As micropartículas foram caracterizadas quanto à morfologia por microscopia eletrônica de varredura, tamanho médio por difração a laser, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e foi analisada a estabilidade da vitamina D3 durante o armazenamento a 10 e 25 °C, por meio de quantificações periódicas em cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). As micropartículas obtidas foram esféricas, semelhantes morfologicamente e com distribuição monocaudal de partículas. O tamanho médio das partículas variou em função dos seus ingredientes, sendo que as micropartículas produzidas apenas com vitamina e gordura foram menores em relação às demais (83,0% < 100 µm). A espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) demonstrou que não ocorreu interação entre os ingredientes. A estabilidade da vitamina D3 encapsulada foi satisfatória ao longo de 65 dias com valores superiores a 87% para os três tratamentos e a temperatura apresentou influência na estabilidade. As MLS produzidas com cera apresentaram melhores resultados de estabilidade de vitamina D3 com valores de 90,18 ± 2,23 % após 65 dias de estocagem. Esses resultados são promissores e demostram a viabilidade da técnica de spray chilling na produção de MLS carregadas de vitamina D3, possibilitando uma futura aplicação em alimentos.

Influência da densidade tubular em diferentes profundidades dentinárias na estabilidade de união de cimentos de iônomero de vidro

O objetivo do estudo foi avaliar a influência da densidade tubular em diferentes profundidades dentinárias na estabilidade de união de dois cimentos de ionômero de vidro (CIV) de alta viscosidade. Vinte terceiros molares foram alocados em 6 grupos experimentais, de acordo com a profundidade da dentina - proximal, oclusal superficial ou oclusal profunda, e os CIVs - Fuji IX (GC Corp.) e Ketac(TM) Molar Easy Mix (3M/ESPE). Inicialmente os dentes foram cortados a fim de se obter fatias de aproximadamente 1 mm de espessura de dentina proximal, oclusal superficial e profunda. Em seguida, foi realizado uma análise topográfica das secções das diferentes superfícies e profundidades em microscopia confocal a laser (100X) para obtenção das médias da densidade tubular em cada profundidade. Cânulas de polietileno foram então posicionadas sobre as secções de dentina pré-tratadas e preenchidas pelos CIVs. Os espécimes foram armazenados em água destilada por 24 h e 12 meses a 37°C, em seguida foram submetidos ao ensaio de microcisalhamento (0,5 mm/min). Após o ensaio, foi realizada a análise do padrão de fratura em estereomicroscópio (400X). Os dados obtidos foram submetidos à Análise de Variância para dados repetidos, seguido do teste de Tukey (?=5%). Verificamos que a densidade dos túbulos dentinários, em diferentes profundidades de molares permanentes, é inversamente proporcional a resistência de união de cimentos de ionômero de vidro de alta viscosidade. Foi ainda observado em todos os grupos que a resistência de união após 24 horas é maior do que em 12 meses, indicando degradação da interface adesiva ao longo do tempo.

Avaliação in vivo e in vitro de diferentes protocolos no tratamento da hipersensibilidade dentinária cervical

Este estudo possui duas partes distintas: 1. in vivo (randomizado e longitudinal) que teve como objetivo avaliar protocolos de tratamento para hipersensibilidade dentinária com laser de baixa potência (com diferentes dosagens), laser de alta potência e agente dessensibilizante, por um período de 12 e 18 meses; e 2. in vitro que teve como objetivo analisar a perda de estrutura de dois dentifrícios distintos (Colgate Total 12 e Colgate Pró Alívio) e analisar a permeabilidade dentinária dos tratamentos da etapa 01, associados aos dentifrícios, após diferentes ciclos de abrasão. Na parte in vivo, as lesões cervicais não cariosas de 32 voluntários, previamente submetidos aos critérios de elegibilidade ou exclusão, foram divididas em nove grupos (n=10): G1: Gluma Desensitizer (Heraeus Kulzer), G2: Laser de baixa potência com baixa dosagem (Photon Lase, DMC) (três pontos de irradiação vestibulares e um ponto apical: 30 mW, 10 J/cm2, 9 seg por ponto com o comprimento de onda de 810nm). Foram realizadas três sessões com um intervalo de 72 horas), G3: Laser de baixa potência com alta dosagem (um ponto cervical e um ponto apical: 100 mW, 90 J/cm2, 11 seg por ponto com o comprimento de onda de 810nm. Foram realizadas três sessões com um intervalo de 72 horas), G4: Laser de baixa potência com baixa dosagem + Gluma Desensitizer, G5: Laser de baixa potência com alta dosagem + Gluma Desensitizer, G6: Laser de Nd:YAG (Power LaserTM ST6, Lares Research®), em contato com a superfície dental: 1,0W, 10 Hz e 100 mJ, ? 85 J/cm2, com o comprimento de onda de 1064nm, G7: Laser de Nd:YAG + Gluma Desensitizer, G8: Laser de Nd:YAG + Laser de baixa potência com baixa dosagem, G9: Laser de Nd:YAG + Laser de baixa potência com alta dosagem. O nível de sensibilidade de cada voluntário foi avaliado através da escala visual analógica de dor (VAS) com auxílio do ar da seringa tríplice e exploração com sonda após 12 e 18 meses do tratamento. Na parte 02, in vitro, foram utilizados terceiros molares humanos não irrompidos e recém-extraídos. Todos foram limpos e tiveram suas raízes separadas das coroas. As raízes foram seccionadas em quadrados de dentina com dimensões de 4x4x2 mm, os quais foram embutidos em resina Epoxi e devidamente polidos até uma curvatura de 0,3 ?m, analisados em perfilometria ótica. Estes foram imersos em solução de EDTA 17% por 2min para abertura dos túbulos e armazenados em uma solução de Soro Fetal Bovino diluído em salina tamponada com fosfato. Os espécimes foram divididos aleatoriamente em 12 grupos (n=10) G1: Sem tratamento de superfície, sem dentifrício; G2: Nd:YAG/sem dentifrício; G3: Gluma/sem dentifrício; G4: Nd:YAG + Gluma/sem dentifrício; G5: Sem tratamento de superfície/Colgate Total 12; G6: Nd:YAG/Colgate Total 12; G7: Gluma/Colgate Total 12; G8: Nd:YAG + Gluma/Colgate Total 12; G9: Sem tratamento de superfície/Colgate Pró Alívio; G10: Nd:YAG/Colgate Pró Alívio; G11: Gluma/Colgate Pró Alívio; G12: Nd:YAG + Gluma/Colgate Pró Alívio. Em seguida, as superfícies receberam a aplicação de fitas adesivas nas duas margens, mantendo uma área central de teste exposta de 4 x 1 mm, onde foram realizados os tratamentos de superfície e os ciclos de abrasão correspondentes a 1, 7, 30 e 90 dias de escovação (52 ciclos, 210 segundos de contato com o slurry; 361 ciclos, 1470 segundos de contato com o slurry; 1545 ciclos, 6300 segundos de contato com o slurry; 4635 ciclos, 18900 segundos de contato com o slurry, respectivamente). A cada etapa de abrasão, foi realizada análise em Perfilometria Ótica. Para as analises de permeabilidade e Microscopia Eletrônica de Varredura, foram utilizadas amostras circulares de 6 mm de diâmetro e 1 mm de espessura de dentina obtidas das coroas dentais. Estas foram divididas aleatoriamente nos mesmos grupos já descritos anteriormente, sendo que 120 espécimes foram utilizados para permeabilidade (n=10) e 36 para MEV (n=3). Ambas as análises foram realizadas após imersão no EDTA; após tratamentos para a sensibilidade; pós 1 dia, 7 dias, 30 dias e 90 dias de escovação. Após análise estatística pode-se concluir que, in vivo, todos os tratamentos foram eficazes para a redução da hipersensibilidade dentinária. Ainda que o nível da sensibilidade dos pacientes aumentou numericamente, estes não são considerados estatisticamente diferentes a partir de 12 meses. Portanto, até a avaliação de 18 meses, podemos concluir que não houve um aumento na sensibilidade dentinária desde a sua diminuição pós-tratamento. In vitro, pode-se concluir que todos os tratamentos foram capazes de diminuir a permeabilidade dentinária. O dentifrício Total 12 apresentou-se como o mais abrasivo em comparação com o dentifrício Pro Alivio, pois este último promoveu uma perda de estrutura menor, porém ambos não apresentaram aumento na permeabilidade nos tempos de escovação. As microscopias eletrônicas de varredura mostram a formação da smear layer, obliterando os túbulos para ambos os dentifricios. Como conclusão, pode-se afirmar que todos os agentes dessensibilizantes foram efetivos, mesmo apresentando estratégias de ação diferentes. Os dentifrícios são igualmente interessantes para o uso caseiro por ocasionarem oclusão tubular e a associação de tratamentos (caseiro e de consultório) parece ser uma alternativa eficaz no tratamento da hipersensibilidade dentinária.

Avaliação de oleuropeína e de sanitizantes químicos, isolados ou associados, para eliminação de biofilmes de Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes e Escherichia coli em superfícies inertes

Este estudo avaliou a eficiência da oleuropeína (OLE) (composto fenólico extraído das folhas de Oliveira) isolada e associada aos sanitizantes comerciais ácido peracético 2% (APA), hipoclorito de sódio 2% (HS), peróxido de hidrogênio 3% (PH), digluconato de clorexidina 2% (DC), cloreto de benzalcônio 1% (CB) e iodofor 2% (IO), para inativação de células em suspensão e biofilmes monoespécie e multiespécie formados em superfícies de aço inoxidável ou microplaca de poliestireno por Listeria monocytogenes (ATCC 7644), Staphylococcus aureus (ATCC 25923) e Escherichia coli (ATCC 25922), todas classificadas como fortes produtores de biofilmes. Os isolados foram semeados em caldo TSB (caldo tripticase soja), incubados (37°C/24h) e corrigidos a ~108células/mL (escala 0,5 McFarland). Para bactérias em suspensão, a resistência a sanitizantes foi determinada pela Concentração Inibitória Mínima (CIM) em tubos e pelo método de Disco Difusão em Ágar (DDA), no qual as bactérias foram plaqueadas em ágar TSA contendo discos de 6mm de papel filtro embebidos nos sanitizantes. Após a incubação, a medição dos halos de inibição foi feita com paquímetro. Para os ensaios de resistência dos biofilmes aos compostos sanitizantes, foram utilizadas microplacas de poliestireno 96 poços, as quais foram preparadas para incubação-fixação dos biofilmes e submetidas à leitura em espectrofotômetro de ELISA (600 nm). Em seguida, as placas foram lavadas com solução salina tamponada (PBS, pH 7.4) e os sanitizantes inseridos por 1 minuto. Após neutralização com tiossulfato de sódio (5 minutos), as placas foram lavadas com PBS e metanol, coradas com cristal violeta 1% e coradas com ácido acético glacial (33%) para nova leitura a 570nm. A eficácia da remoção do biofilme pelos sanitizantes foi comparada pelo índice de formação de biofilme (IFB). As imagens do aço inoxidável após tratamento com sanitizante foram feitas através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia Confocal, para visualizar a persistência dos biofilmes. Os valores de CIM (diluição 1:2) mostraram que OLE não teve atividade bactericida. No método DDA, L. monocytogenes, foi resistente à OLE, enquanto E. coli e S. aureus apresentaram resistência intermediária. Os sanitizantes comerciais apresentaram boa atividade bactericida nos ensaios de CIM e DDA, sendo que as associações de OLE aos sanitizantes comerciais aumentaram o efeito germicida. Nos ensaios com biofilmes em monoespécie, somente os sanitizantes comerciais, isolados ou associados com OLE, foram eficazes de reduzir o valor de BFI em microplaca de poliestireno. Em biofilmes multiespécie, OLE apresentou efeito antimicrobiano, sobretudo sobre a associação de L. monocytogenes + E. coli + S. aureus (redução: 91,49%). Nenhum dos compostos avaliados foi capaz de inativar completamente os biofilmes nas superfícies de aço inoxidável, uma vez que células viáveis foram observadas após os tratamentos com os sanitizantes, indicando persistência dos biofilmes. Os resultados indicam que a oleuropeína apresentou potencial para incrementar o efeito bactericida de sanitizantes comerciais para eliminação de biofilmes em superfícies inertes, sendo necessários estudos para compreender os mecanismos de ação dessas combinações.

Establishment of a confluent monolayer model with human primary trophoblast cells: novel insights into placental glucose transport

STUDY HYPOTHESIS Using optimized conditions, primary trophoblast cells isolated from human term placenta can develop a confluent monolayer in vitro, which morphologically and functionally resembles the microvilli structure found in vivo. STUDY FINDING We report the successful establishment of a confluent human primary trophoblast monolayer using pre-coated polycarbonate inserts, where the integrity and functionality was validated by cell morphology, biophysical features, cellular marker expression and secretion, and asymmetric glucose transport. WHAT IS KNOWN ALREADY Human trophoblast cells form the initial barrier between maternal and fetal blood to regulate materno-fetal exchange processes. Although the method for isolating pure human cytotrophoblast cells was developed almost 30 years ago, a functional in vitro model with primary trophoblasts forming a confluent monolayer is still lacking. STUDY DESIGN, SAMPLES/MATERIALS, METHODS Human term cytotrophoblasts were isolated by enzymatic digestion and density gradient separation. The purity of the primary cells was evaluated by flow cytometry using the trophoblast-specific marker cytokeratin 7, and vimentin as an indicator for potentially contaminating cells. We screened different coating matrices for high cell viability to optimize the growth conditions for primary trophoblasts on polycarbonate inserts. During culture, cell confluency and polarity were monitored daily by determining transepithelial electrical resistance (TEER) and permeability properties of florescent dyes. The time course of syncytia-related gene expression and hCG secretion during syncytialization were assessed by quantitative RT-PCR and enzyme-linked immunosorbent assay, respectively. The morphology of cultured trophoblasts after 5 days was determined by light microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Membrane makers were visualized using confocal microscopy. Additionally, glucose transport studies were performed on the polarized trophoblasts in the same system. MAIN RESULTS AND THE ROLE OF CHANCE During 5-day culture, the highly pure trophoblasts were cultured on inserts coated with reconstituted basement membrane matrix . They exhibited a confluent polarized monolayer, with a modest TEER and a size-dependent apparent permeability coefficient (Papp) to fluorescently labeled compounds (MW ∼400-70 000 Da). The syncytialization progress was characterized by gradually increasing mRNA levels of fusogen genes and elevating hCG secretion. SEM analyses confirmed a confluent trophoblast layer with numerous microvilli, and TEM revealed a monolayer with tight junctions. Immunocytochemistry on the confluent trophoblasts showed positivity for the cell-cell adhesion molecule E-cadherin, the tight junction protein 1 (ZO-1) and the membrane proteins ATP-binding cassette transporter A1 (ABCA1) and glucose transporter 1 (GLUT1). Applying this model to study the bidirectional transport of a non-metabolizable glucose derivative indicated a carrier-mediated placental glucose transport mechanism with asymmetric kinetics. LIMITATIONS, REASONS FOR CAUTION The current study is only focused on primary trophoblast cells isolated from healthy placentas delivered at term. It remains to be evaluated whether this system can be extended to pathological trophoblasts isolated from diverse gestational diseases. WIDER IMPLICATIONS OF THE FINDINGS These findings confirmed the physiological properties of the newly developed human trophoblast barrier, which can be applied to study the exchange of endobiotics and xenobiotics between the maternal and fetal compartment, as well as intracellular metabolism, paracellular contributions and regulatory mechanisms influencing the vectorial transport of molecules. LARGE-SCALE DATA Not applicable. STUDY FUNDING AND COMPETING INTERESTS This study was supported by the Swiss National Center of Competence in Research, NCCR TransCure, University of Bern, Switzerland, and the Swiss National Science Foundation (grant no. 310030_149958, C.A.). All authors declare that their participation in the study did not involve factual or potential conflicts of interests.