Sonic hedgehog signaling regulates mode of cell division of early cerebral cortex progenitors and increases

The morphogen Sonic Hedgehog (SHH) plays a critical role in the development of different tissues. In the central nervous system, SHH is well known to contribute to the patterning of the spinal cord and separation of the brain hemispheres. In addition, it has recently been shown that SHH signaling also contributes to the patterning of the telencephalon and establishment of adult neurogenic niches. In this work, we investigated whether SHH signaling influences the behavior of neural progenitors isolated from the dorsal telencephalon, which generate excitatory neurons and macroglial cells in vitro. We observed that SHH increases proliferation of cortical progenitors and generation of astrocytes, whereas blocking SHH signaling with cyclopamine has opposite effects. In both cases, generation of neurons did not seem to be affected. However, cell survival was broadly affected by blockade of SHH signaling. SHH effects were related to three different cell phenomena: mode of cell division, cell cycle length and cell growth. Together, our data in vitro demonstrate that SHH signaling controls cell behaviors that are important for proliferation of cerebral cortex progenitors, as well as differentiation and survival of neurons and astroglial cells.

Rôle de DSCAM dans le développement normal du cortex moteur et de la voie corticospinale

DSCAM est exprimé dans le cortex lors du développement et sa mutation altère l’arborisation dendritique des neurones pyramidaux du cortex moteur. Considérant que les souris DSCAM2J possèdent des problèmes posturaux et locomoteurs, nous émettons l’hypothèse que DSCAM est impliqué dans le fonctionnement normal du cortex moteur et de la voie corticospinale. Comparées aux souris contrôles, les souris DSCAM2J vont présenter des problèmes moteurs à basse vitesse et enjamber un obstacle presque normalement à vitesse intermédiaire. Le traçage antérograde de la voie corticospinale révèle un patron d’innervation normal dans le tronc cérébrale et la moelle épinière. Des microstimulations intracorticale du cortex moteur évoque des réponses électromyographiques dans les membres à un seuil et une latence plus élevé. Par contre, une stimulation de la voie corticospinale dans la médulla évoque des réponses électromyographies à un seuil et une latence similaire entre les deux groupes, suggérant une réduction de l’excitabilité du cortex moteur.

Real-time functional magnetic resonance imaging neurofeedback in motor neurorehabilitation

Purpose of review Recent developments in functional magnetic resonance imaging (fMRI) have catalyzed a new field of translational neuroscience. Using fMRI to monitor the aspects of task-related changes in neural activation or brain connectivity, investigators can offer feedback of simple or complex neural signals/patterns back to the participant on a quasireal-time basis [real-time-fMRI-based neurofeedback (rt-fMRI-NF)]. Here, we introduce some background methodology of the new developments in this field and give a perspective on how they may be used in neurorehabilitation in the future. Recent findings The development of rt-fMRI-NF has been used to promote self-regulation of activity in several brain regions and networks. In addition, and unlike other noninvasive techniques, rt-fMRI-NF can access specific subcortical regions and in principle any region that can be monitored using fMRI including the cerebellum, brainstem and spinal cord. In Parkinson’s disease and stroke, rt-fMRI-NF has been demonstrated to alter neural activity after the self-regulation training was completed and to modify specific behaviours. Summary Future exploitation of rt-fMRI-NF could be used to induce neuroplasticity in brain networks that are involved in certain neurological conditions. However, currently, the use of rt-fMRI-NF in randomized, controlled clinical trials is in its infancy.

Post-traumatic Winking Induced by Extension of the Hand: A Case Report of a Novel Synkinesis

Several synkinesis syndromes have been reported in the literature. Synkinesis syndromes are rare and are most commonly congenital or follow post-traumatic reinnervation. We describe a novel synkinesis syndrome that developed several months after cervical spinal cord infarction due to a herniated disc in a 29-year-old woman. When the patient overstretched the extensor muscles of the right hand, the right upper eyelid raised automatically and nasal congestion developed. We hypothesize that aberrant reinnervation of the intermediolateral columns of the spinal cord at level C8–T2 by motor neurons of the extensor muscles of the hand occurred.

Sonic hedgehog signaling regulates mode of cell division of early cerebral cortex progenitors and increases

The morphogen Sonic Hedgehog (SHH) plays a critical role in the development of different tissues. In the central nervous system, SHH is well known to contribute to the patterning of the spinal cord and separation of the brain hemispheres. In addition, it has recently been shown that SHH signaling also contributes to the patterning of the telencephalon and establishment of adult neurogenic niches. In this work, we investigated whether SHH signaling influences the behavior of neural progenitors isolated from the dorsal telencephalon, which generate excitatory neurons and macroglial cells in vitro. We observed that SHH increases proliferation of cortical progenitors and generation of astrocytes, whereas blocking SHH signaling with cyclopamine has opposite effects. In both cases, generation of neurons did not seem to be affected. However, cell survival was broadly affected by blockade of SHH signaling. SHH effects were related to three different cell phenomena: mode of cell division, cell cycle length and cell growth. Together, our data in vitro demonstrate that SHH signaling controls cell behaviors that are important for proliferation of cerebral cortex progenitors, as well as differentiation and survival of neurons and astroglial cells.

NFL-lipid nanocapsules for brain neural stem cell targeting in vitro and in vivo

International audience

In vivo microvascular oximetry using multispectral imaging

This thesis describes the application of multispectral imaging to several novel oximetry applications. Chapter 1 motivates optical microvascular oximetry, outlines oxygen transport in the body, describes the theory of oximetry, and describes the challenges associated with in vivo oximetry, in particular imaging through tissue. Chapter 2 reviews various imaging techniques for quantitative in vivo oximetry of the microvasculature, including multispectral and hyperspectral imaging, photoacoustic imaging, optical coherence tomography, and laser speckle techniques. Chapter 3 describes a two-wavelength oximetry study of two microvascular beds in the anterior segment of the eye: the bulbar conjunctival and episcleral microvasculature. This study reveals previously unseen oxygen diffusion from ambient air into the bulbar conjunctival microvasculature, altering the oxygen saturation of the bulbar conjunctiva. The response of the bulbar conjunctival and episcleral microvascular beds to acute mild hypoxia is quantified and the rate at which oxygen diffuses into bulbar conjunctival vessels is measured. Chapter 4 describes the development and application of a highly novel non-invasive retinal angiography technique: Oximetric Ratio Contrast Angiography (ORCA). ORCA requires only multispectral imaging and a small perturbation of blood oxygen saturation to produce angiographic sequences. A pilot study of ORCA in human subjects was conducted. This study demonstrates that ORCA can produce angiographic sequences with features such as sequential vessel filling and laminar flow. The application and challenges of ORCA are discussed, with emphasis on comparison with other angiography techniques, such as fluorescein angiography. Chapter 5 describes the development of a multispectral microscope for oximetry in the spinal cord dorsal vein of rats. Measurements of blood oxygen saturation are made in the dorsal vein of both healthy rats, and in rats with the Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) disease model of multiple sclerosis. The venous blood oxygen saturation of EAE disease model rats was found to be significantly lower than that of healthy controls, indicating increased oxygen uptake from blood in the EAE disease model of multiple sclerosis. Chapter 6 describes the development of video-rate red eye oximetry; a technique which could enable stand-off oximetry of the blood-supply of the eye with high temporal resolution. The various challenges associated with video-rate red eye oximetry are investigated and their influence quantified. The eventual aim of this research is to track circulating deoxygenation perturbations as they arrive in both eyes, which could provide a screening method for carotid artery stenosis, which is major risk-factor for stroke. However, due to time constraints, it was not possible to thoroughly investigate if video-rate red eye can detect such perturbations. Directions and recommendations for future research are outlined.

Friedreich Ataxia

Friedreich's ataxia (FRDA) is the most common autosomal recessive hereditary ataxia in Caucasians. Neurological symptoms dominate the clinical picture. The underlying neuropathology affects the dorsal root ganglia, the spinal cord, and the deep cerebellar nuclei. In addition, most cases present a hypertrophic cardiomyopathy that may cause premature death. Other problems include a high risk of diabetes, skeletal abnormalities such as kyphoscoliosis, and pes cavus. Most patients carry a homozygous expansion of GAA trinucleotide repeat within the first intron of the FXN gene, leading to repressed transcription through epigenetic mechanisms. The encoded protein, frataxin, is localized in mitochondria and participates in the biogenesis of iron-sulfur clusters. Frataxin deficiency leads to mitochondrial dysfunction, altered iron metabolism, and oxidative damage. Thanks to progress in understanding pathogenesis and to the development of animal and cellular models, therapies targeted to correct frataxin deficiency or its downstream consequences are being developed and tested in clinical trials.

Reabilitação física de cães com hérnias de disco toracolombares

Dissertação de Mestrado Integrado em Medicina Veterinária

A Closed Loop Brain-machine Interface for Epilepsy Control Using Dorsal Column Electrical Stimulation

Although electrical neurostimulation has been proposed as an alternative treatment for drug-resistant cases of epilepsy, current procedures such as deep brain stimulation, vagus, and trigeminal nerve stimulation are effective only in a fraction of the patients. Here we demonstrate a closed loop brain-machine interface that delivers electrical stimulation to the dorsal column (DCS) of the spinal cord to suppress epileptic seizures. Rats were implanted with cortical recording microelectrodes and spinal cord stimulating electrodes, and then injected with pentylenetetrazole to induce seizures. Seizures were detected in real time from cortical local field potentials, after which DCS was applied. This method decreased seizure episode frequency by 44% and seizure duration by 38%. We argue that the therapeutic effect of DCS is related to modulation of cortical theta waves, and propose that this closed-loop interface has the potential to become an effective and semi-invasive treatment for refractory epilepsy and other neurological disorders.

A medida e as escalas de avaliação da saúde das populações neonatais e pediátricas : estudo de simulação de Monte Carlo com variáveis ordinais

A investigação na área da saúde e a utilização dos seus resultados tem funcionado como base para a melhoria da qualidade de cuidados, exigindo dos profissionais de saúde conhecimentos na área específica onde desempenham funções, conhecimentos em metodologia de investigação que incluam as técnicas de observação, técnicas de recolha e análise de dados, para mais facilmente serem leitores capacitados dos resultados da investigação. Os profissionais de saúde são observadores privilegiados das respostas humanas à saúde e à doença, podendo contribuir para o desenvolvimento e bem-estar dos indivíduos muitas vezes em situações de grande vulnerabilidade. Em saúde infantil e pediatria o enfoque está nos cuidados centrados na família privilegiando-se o desenvolvimento harmonioso da criança e jovem, valorizando os resultados mensuráveis em saúde que permitam determinar a eficácia das intervenções e a qualidade de saúde e de vida. No contexto pediátrico realçamos as práticas baseadas na evidência, a importância atribuída à pesquisa e à aplicação dos resultados da investigação nas práticas clínicas, assim como o desenvolvimento de instrumentos de mensuração padronizados, nomeadamente as escalas de avaliação, de ampla utilização clínica, que facilitam a apreciação e avaliação do desenvolvimento e da saúde das crianças e jovens e resultem em ganhos em saúde. A observação de forma sistematizada das populações neonatais e pediátricas com escalas de avaliação tem vindo a aumentar, o que tem permitido um maior equilíbrio na avaliação das crianças e também uma observação baseada na teoria e nos resultados da investigação. Alguns destes aspetos serviram de base ao desenvolvimento deste trabalho que pretende dar resposta a 3 objetivos fundamentais. Para dar resposta ao primeiro objetivo, “Identificar na literatura científica, os testes estatísticos mais frequentemente utilizados pelos investigadores da área da saúde infantil e pediatria quando usam escalas de avaliação” foi feita uma revisão sistemática da literatura, que tinha como objetivo analisar artigos científicos cujos instrumentos de recolha de dados fossem escalas de avaliação, na área da saúde da criança e jovem, desenvolvidas com variáveis ordinais, e identificar os testes estatísticos aplicados com estas variáveis. A análise exploratória dos artigos permitiu-nos verificar que os investigadores utilizam diferentes instrumentos com diferentes formatos de medida ordinal (com 3, 4, 5, 7, 10 pontos) e tanto aplicam testes paramétricos como não paramétricos, ou os dois em simultâneo, com este tipo de variáveis, seja qual for a dimensão da amostra. A descrição da metodologia nem sempre explicita se são cumpridas as assunções dos testes. Os artigos consultados nem sempre fazem referência à distribuição de frequência das variáveis (simetria/assimetria) nem à magnitude das correlações entre os itens. A leitura desta bibliografia serviu de suporte à elaboração de dois artigos, um de revisão sistemática da literatura e outro de reflexão teórica. Apesar de terem sido encontradas algumas respostas às dúvidas com que os investigadores e os profissionais, que trabalham com estes instrumentos, se deparam, verifica-se a necessidade de desenvolver estudos de simulação que confirmem algumas situações reais e alguma teoria já existente, e trabalhem outros aspetos nos quais se possam enquadrar os cenários reais de forma a facilitar a tomada de decisão dos investigadores e clínicos que utilizam escalas de avaliação. Para dar resposta ao segundo objetivo “Comparar a performance, em termos de potência e probabilidade de erro de tipo I, das 4 estatísticas da MANOVA paramétrica com 2 estatísticas da MANOVA não paramétrica quando se utilizam variáveis ordinais correlacionadas, geradas aleatoriamente”, desenvolvemos um estudo de simulação, através do Método de Monte Carlo, efetuado no Software R. O delineamento do estudo de simulação incluiu um vetor com 3 variáveis dependentes, uma variável independente (fator com três grupos), escalas de avaliação com um formato de medida com 3, 4, 5, e 7 pontos, diferentes probabilidades marginais (p1 para distribuição simétrica, p2 para distribuição assimétrica positiva, p3 para distribuição assimétrica negativa e p4 para distribuição uniforme) em cada um dos três grupos, correlações de baixa, média e elevada magnitude (r=0.10, r=0.40, r=0.70, respetivamente), e seis dimensões de amostras (n=30, 60, 90, 120, 240, 300). A análise dos resultados permitiu dizer que a maior raiz de Roy foi a estatística que apresentou estimativas de probabilidade de erro de tipo I e de potência de teste mais elevadas. A potência dos testes apresenta comportamentos diferentes, dependendo da distribuição de frequência da resposta aos itens, da magnitude das correlações entre itens, da dimensão da amostra e do formato de medida da escala. Tendo por base a distribuição de frequência, considerámos três situações distintas: a primeira (com probabilidades marginais p1,p1,p4 e p4,p4,p1) em que as estimativas da potência eram muito baixas, nos diferentes cenários; a segunda situação (com probabilidades marginais p2,p3,p4; p1,p2,p3 e p2,p2,p3) em que a magnitude das potências é elevada, nas amostras com dimensão superior ou igual a 60 observações e nas escalas com 3, 4,5 pontos e potências de magnitude menos elevada nas escalas com 7 pontos, mas com a mesma ma magnitude nas amostras com dimensão igual a 120 observações, seja qual for o cenário; a terceira situação (com probabilidades marginais p1,p1,p2; p1,p2,p4; p2,p2,p1; p4,p4,p2 e p2,p2,p4) em que quanto maiores, a intensidade das correlações entre itens e o número de pontos da escala, e menor a dimensão das amostras, menor a potência dos testes, sendo o lambda de Wilks aplicado às ordens mais potente do que todas as outra s estatísticas da MANOVA, com valores imediatamente a seguir à maior raiz de Roy. No entanto, a magnitude das potências dos testes paramétricos e não paramétricos assemelha-se nas amostras com dimensão superior a 90 observações (com correlações de baixa e média magnitude), entre as variáveis dependentes nas escalas com 3, 4 e 5 pontos; e superiores a 240 observações, para correlações de baixa intensidade, nas escalas com 7 pontos. No estudo de simulação e tendo por base a distribuição de frequência, concluímos que na primeira situação de simulação e para os diferentes cenários, as potências são de baixa magnitude devido ao facto de a MANOVA não detetar diferenças entre grupos pela sua similaridade. Na segunda situação de simulação e para os diferentes cenários, a magnitude das potências é elevada em todos os cenários cuja dimensão da amostra seja superior a 60 observações, pelo que é possível aplicar testes paramétricos. Na terceira situação de simulação, e para os diferentes cenários quanto menor a dimensão da amostra e mais elevada a intensidade das correlações e o número de pontos da escala, menor a potência dos testes, sendo a magnitude das potências mais elevadas no teste de Wilks aplicado às ordens, seguido do traço de Pillai aplicado às ordens. No entanto, a magnitude das potências dos testes paramétricos e não paramétricos assemelha-se nas amostras com maior dimensão e correlações de baixa e média magnitude. Para dar resposta ao terceiro objetivo “Enquadrar os resultados da aplicação da MANOVA paramétrica e da MANOVA não paramétrica a dados reais provenientes de escalas de avaliação com um formato de medida com 3, 4, 5 e 7 pontos, nos resultados do estudo de simulação estatística” utilizaram-se dados reais que emergiram da observação de recém-nascidos com a escala de avaliação das competências para a alimentação oral, Early Feeding Skills (EFS), o risco de lesões da pele, com a Neonatal Skin Risk Assessment Scale (NSRAS), e a avaliação da independência funcional em crianças e jovens com espinha bífida, com a Functional Independence Measure (FIM). Para fazer a análise destas escalas foram realizadas 4 aplicações práticas que se enquadrassem nos cenários do estudo de simulação. A idade, o peso, e o nível de lesão medular foram as variáveis independentes escolhidas para selecionar os grupos, sendo os recém-nascidos agrupados por “classes de idade gestacional” e por “classes de peso” as crianças e jovens com espinha bífida por “classes etárias” e “níveis de lesão medular”. Verificou-se um bom enquadramento dos resultados com dados reais no estudo de simulação.

Establishment of a protocol for the cryopreservation of cell sheets of adipose tissue stem cells

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Reliability of infrared thermography in skin temperature evaluation of wheelchair users

To examine the reliability of infrared thermography (IRT) in wheelchair users (WCUs), as a noninvasive and risk-free technique to detect the natural thermal radiation emitted by human skin and to allow subsequent interpretations of temperature distributions.

Maternal creatine supplementation during pregnancy prevents long-term changes in diaphragm muscle structure and function after birth asphyxia

Using a model of birth asphyxia, we previously reported significant structural and functional deficits in the diaphragm muscle in spiny mice, deficits that are prevented by supplementing the maternal diet with 5% creatine from mid-pregnancy. The long-term effects of this exposure are unknown. Pregnant spiny mice were fed control or 5% creatine-supplemented diet for the second half of pregnancy, and fetuses were delivered by caesarean section with or without 7.5 min of in-utero asphyxia. Surviving pups were raised by a cross-foster dam until 33±2 days of age when they were euthanized to obtain the diaphragm muscle for ex-vivo study of twitch tension and muscle fatigue, and for structural and enzymatic analyses. Functional analysis of the diaphragm revealed no differences in single twitch contractile parameters between any groups. However, muscle fatigue, induced by stimulation of diaphragm strips with a train of pulses (330 ms train/sec, 40 Hz) for 300 sec, was significantly greater for asphyxia pups compared with controls (p<0.05), and this did not occur in diaphragms of creatine + asphyxia pups. Birth asphyxia resulted in a significant increase in the proportion of glycolytic, fast-twitch fibres and a reduction in oxidative capacity of Type I and IIb fibres in male offspring, as well as reduced cross-sectional area of all muscle fibre types (Type I, IIa, IIb/d) in both males and females at 33 days of age. None of these changes were observed in creatine + asphyxia animals. Thus, the changes in diaphragm fatigue and structure induced by birth asphyxia persist long-term but are prevented by maternal creatine supplementation.

Nerve repair: a conducting-polymer platform with biodegradable fibers for stimulation and guidance of axonal growth (adv. Mater. 43/2009)

Effective functional innervation of medical bionic devices, as well as re-innervation of target tissue in nerve and spinal cord injuries, requires a platform that can stimulate and orientate neural growth. Gordon Wallace and co-workers report on p. 4393 that conducting and nonconducting biodegradable polymers show excellent potential as suitable hybrid substrata for neural regeneration and may form the basis of electrically active conduits designed to accelerate nerve repair.