KCNQ Currents and Their Contribution to Resting Membrane Potential and the Excitability of Interstitial Cells of Cajal From the Guinea Pig Bladder

PURPOSE: The presence of novel KCNQ currents was investigated in guinea pig bladder interstitial cells of Cajal and their contribution to the maintenance of the resting membrane potential was assessed. MATERIALS AND METHODS: Enzymatically dispersed interstitial cells of Cajal were patch clamped with K(+) filled pipettes in voltage clamp and current clamp modes. Pharmacological modulators of KCNQ channels were tested on membrane currents and the resting membrane potential. RESULTS: Cells were stepped from -60 to 40 mV to evoke voltage dependent currents using a modified K(+) pipette solution containing ethylene glycol tetraacetic acid (5 mM) and adenosine triphosphate (3 mM) to eliminate large conductance Ca activated K channel and K(adenosine triphosphate) currents. Application of the KCNQ blockers XE991, linopirdine (Tocris Bioscience, Ellisville, Missouri) and chromanol 293B (Sigma) decreased the outward current in concentration dependent fashion. The current-voltage relationship of XE991 sensitive current revealed a voltage dependent, outwardly rectifying current that activated positive to -60 mV and showed little inactivation. The KCNQ openers flupirtine and meclofenamic acid (Sigma) increased outward currents across the voltage range. In current clamp mode XE991 or chromanol 293B decreased interstitial cell of Cajal resting membrane potential and elicited the firing of spontaneous transient depolarizations in otherwise quiescent cells. Flupirtine or meclofenamic acid hyperpolarized interstitial cells of Cajal and inhibited any spontaneous electrical activity. CONCLUSIONS: This study provides electrophysiological evidence that bladder interstitial cells of Cajal have KCNQ currents with a role in the regulation of interstitial cell of Cajal resting membrane potential and excitability. These novel findings provide key information on the ion channels present in bladder interstitial cells of Cajal and they may indicate relevant targets for the development of new therapies for bladder instability.

Morphological Expression of KIT Positive Interstitial Cells of Cajal in Human Bladder

PURPOSE: We investigated the 3-dimensional morphological arrangement of KIT positive interstitial cells of Cajal in the human bladder and explored their structural interactions with neighboring cells.MATERIALS AND METHODS: Human bladder biopsy samples were prepared for immunohistochemistry/confocal or transmission electron microscopy.RESULTS: Whole mount, flat sheet preparations labeled with anti-KIT (Merck, Darmstadt, Germany) contained several immunopositive interstitial cell of Cajal populations. A network of stellate interstitial cells of Cajal in the lamina propria made structural connections with a cholinergic nerve plexus. Vimentin positive cells of several morphologies were present in the lamina propria, presumably including fibroblasts, interstitial cells of Cajal and other cells of mesenchymal origin. Microvessels were abundant in this region and branched, elongated KIT positive interstitial cells of Cajal were found discretely along the vessel axis with each perivascular interstitial cell of Cajal associated with at least 6 vascular smooth muscle cells. Detrusor interstitial cells of Cajal were spindle-shaped, branched cells tracking the smooth muscle bundles, closely associated with smooth muscle cells and vesicular acetylcholine transferase nerves. Rounded, nonbranched KIT positive cells were more numerous in the lamina propria than in the detrusor and were immunopositive for anti-mast cell tryptase. Transmission electron microscopy revealed cells with the ultrastructural characteristics of interstitial cells of Cajal throughout the human bladder wall.CONCLUSIONS: The human bladder contains a network of KIT positive interstitial cells of Cajal in the lamina propria, which make frequent connections with a cholinergic nerve plexus. Novel perivascular interstitial cells of Cajal were discovered close to vascular smooth muscle cells, suggesting interstitial cells of Cajal-vascular coupling in the bladder. KIT positive detrusor interstitial cells of Cajal tracked smooth muscle bundles and were associated with nerves, perhaps showing a functional tri-unit controlling bladder contractility.

Comparison of mechanical and electrical activity and interstitial cells of Cajal in urinary bladders from wild-type and W/W-v mice

Background and purpose: W/Wv and wild-type murine bladders were studied to determine whether the W/Wv phenotype, which causes a reduction in, but not abolition of, tyrosine kinase activity, is a useful tool to study the function of bladder interstitial cells of Cajal (ICC).

Experimental approach: Immunohistochemistry, tension recordings and microelectrode recordings of membrane potential were performed on wild-type and mutant bladders.

Key results: Wild-type and W/Wv detrusors contained c-Kit- and vimentin-immunopositive cells in comparable quantities, distribution and morphology. Electrical field stimulation evoked tetrodotoxin-sensitive contractions in wild-type and W/Wv detrusor strips. Atropine reduced wild-type responses by 50% whereas a 25% reduction occurred in W/Wv strips. The atropine-insensitive component was blocked by pyridoxal-5-phosphate-6-azophenyl-2',4'-disulphonic acid in both tissue types. Wild-type and W/Wv detrusors had similar resting membrane potentials of -48 mV. Spontaneous electrical activity in both tissue types comprised action potentials and unitary potentials. Action potentials were nifedipine-sensitive whereas unitary potentials were not. Excitatory junction potentials were evoked by single pulses in both tissues. These were reduced by atropine in wild-type tissues but not in W/Wv preparations. The atropine-insensitive component was abolished by pyridoxal-5-phosphate-6-azophenyl-2',4'-disulphonic acid in both preparations.

Conclusions and implications: Bladders from W/Wv mice contain c-Kit- and vimentin-immunopositive ICC. There are similarities in the electrical and contractile properties of W/Wv and wild-type detrusors. However, significant differences were found in the pharmacology of the responses to neurogenic stimulation with an apparent up-regulation of the purinergic component. These findings indicate that the W/Wv strain may not be the best model to study ICC function in the bladder.

Ultrastructural Properties of Interstitial Cells of Cajal in the Guinea Pig Bladder

Purpose: We investigated the ultrastructural characteristics of interstitial cells of Cajal in the guinea pig bladder.

Activation of the cGMP/PKG pathway inhibits electrical activity in rabbit urethral interstitial cells of Cajal by reducing the spatial spread of Ca2+ waves.

In the present study we used a combination of patch clamping and fast confocal Ca2+ imaging to examine the effects of activators of the nitric oxide (NO)/cGMP pathway on pacemaker activity in freshly dispersed ICC from the rabbit urethra, using the amphotericin B perforated patch configuration of the patch-clamp technique. The nitric oxide donor, DEA-NO, the soluble guanylyl cyclase activator YC-1 and the membrane-permeant analogue of cGMP, 8-Br-cGMP inhibited spontaneous transient depolarizations (STDs) and spontaneous transient inward currents (STICs) recorded under current-clamp and voltage-clamp conditions, respectively. Caffeine-evoked Cl- currents were unaltered in the presence of SP-8-Br-PET-cGMPs, suggesting that activation of the cGMP/PKG pathway does not block Cl- channels directly or interfere with Ca2+ release via ryanodine receptors (RyR). However, noradrenaline-evoked Cl- currents were attenuated by SP-8-Br-PET-cGMPs, suggesting that activation of cGMP-dependent protein kinase (PKG) may modulate release of Ca2+ via IP3 receptors (IP3R). When urethral interstitial cells (ICC) were loaded with Fluo4-AM (2 microm), and viewed with a confocal microscope, they fired regular propagating Ca2+ waves, which originated in one or more regions of the cell. Application of DEA-NO or other activators of the cGMP/PKG pathway did not significantly affect the oscillation frequency of these cells, but did significantly reduce their spatial spread. These effects were mimicked by the IP3R blocker, 2-APB (100 microm). These data suggest that NO donors and activators of the cGMP pathway inhibit electrical activity of urethral ICC by reducing the spatial spread of Ca2+ waves, rather than decreasing wave frequency.

Contribution of reverse Na+/Ca2+ exchange to spontaneous activity in interstitial cells of cajal in the rabbit urethra

Interstitial cells of Cajal (ICC) isolated from the rabbit urethra exhibit regular Ca2+ oscillations that are associated with spontaneous transient inward currents (STICs) recorded under voltage clamp. Their frequency is known to be very sensitive to external Ca2+ concentration but the mechanism of this has yet to be elucidated. In the present study experiments were performed to assess the role of Na+-Ca2+ exchange (NCX) in this process. Membrane currents were recorded using the patch clamp technique and measurements of intracellular Ca2+ were made using fast confocal microscopy. When reverse mode NCX was enhanced by decreasing the external Na+ concentration [Na+]o from 130 to 13 mM, the frequency of global Ca2+ oscillations and STICs increased. Conversely, inhibition of reverse mode NCX by KB-R7943 and SEA0400 decreased the frequency of Ca2+ oscillations and STICs. Application of caffeine (10 mM) and noradrenaline (10 microM) induced transient Ca2+-activated chloride currents (I(ClCa)) at -60 mV due to release of Ca2+ from ryanodine- and inositol trisphosphate (IP3)-sensitive Ca2+ stores, respectively, but these responses were not blocked by KB-R7943 or SEA0400 suggesting that neither drug blocked Ca2+-activated chloride channels or Ca2+ release from stores. Intact strips of rabbit urethra smooth muscle develop spontaneous myogenic tone. This tone was relaxed by application of SEA0400 in a concentration-dependent fashion. Finally, single cell RT-PCR experiments revealed that isolated ICC from the rabbit urethra only express the type 3 isoform of the Na+-Ca2+ exchanger (NCX3). These results suggest that frequency of spontaneous activity in urethral ICC can be modulated by Ca2+ entry via reverse NCX.

Functional innervation of Guinea-pig bladder interstitial cells of cajal subtypes: neurogenic stimulation evokes in situ calcium transients

Several populations of interstitial cells of Cajal (ICC) exist in the bladder, associated with intramural nerves. Although ICC respond to exogenous agonists, there is currently no evidence of their functional innervation. The objective was to determine whether bladder ICC are functionally innervated. Guinea-pig bladder tissues, loaded with fluo-4AM were imaged with fluorescent microscopy and challenged with neurogenic electrical field stimulation (EFS). All subtypes of ICC and smooth muscle cells (SMC) displayed spontaneous Ca2+-oscillations. EFS (0.5Hz, 2Hz, 10Hz) evoked tetrodotoxin (1µM)-sensitive Ca2+-transients in lamina propria ICC (ICC-LP), detrusor ICC and perivascular ICC (PICC) associated with mucosal microvessels. EFS responses in ICC-LP were significantly reduced by atropine or suramin. SMC and vascular SMC (VSM) also responded to EFS. Spontaneous Ca2+-oscillations in individual ICC-LP within networks occurred asynchronously whereas EFS evoked coordinated Ca2+-transients in all ICC-LP within a field of view. Non-correlated Ca2+-oscillations in detrusor ICC and adjacent SMC pre-EFS, contrasted with simultaneous neurogenic Ca2+ transients evoked by EFS. Spontaneous Ca2+-oscillations in PICC were little affected by EFS, whereas large Ca2+-transients were evoked in pre-EFS quiescent PICC. EFS also increased the frequency of VSM Ca2+-oscillations. In conclusion, ICC-LP, detrusor ICC and PICC are functionally innervated. Interestingly, Ca2+-activity within ICC-LP networks and between detrusor ICC and their adjacent SMC were synchronous under neural control. VSM and PICC Ca2+-activity was regulated by bladder nerves. These novel findings demonstrate functional neural control of bladder ICC. Similar studies should now be carried out on neurogenic bladder to elucidate the contribution of impaired nerve-ICC communication to bladder pathophysiology.

Infecção de mycobacterium bovis em células fagocíticas: estratégia aplicada ao diagnóstico da tuberculose bovina

Neste trabalho foram estudadas as interacções entre Mycobacterium bovis e células hospedeiras, na perspectiva de aplicar os conhecimentos resultantes desse estudo ao melhoramento do diagnóstico da tuberculose bovina. Foi estudada a dinâmica da infecção de células fagocíticas com estirpes de M. bovis, com ênfase para a invasão e multiplicação intracelular das micobactérias. Avaliações efectuadas por citometria de fluxo, microscopia de fluorescência e contagem de colónias demonstraram que as micobactérias invadiram e replicaram em todos os modelos celulares, sendo que as células epiteliais de pulmão de bovino foram as mais permissivas ao seu crescimento. Foi nas células macrofágicas J774 e THP-1 que se verificaram as maiores concentrações micobacterianas, pelo que foram utilizadas para a detecção e identificação de M. bovis por um método molecular. A optimização da extracção de DNA, por um processo mecânico, e o desenvolvimento do método de PCR-RFLP baseado no gene gyrB, com controlo interno, permitiram a identificação de M. bovis. A sensibilidade deste método foi de 100% quando aplicado a estirpes isoladas e apenas de 40% quando utilizado directamente em amostras de macerados de tecidos de bovinos com tuberculose. Uma pré-incubação (3 dias) das amostras nas culturas celulares contribuiu para melhorar significativamente a sensibilidade (77%) do PCR-RFLP gyrB. A cultura celular, como matriz a ser utilizada para aumentar a quantidade de M. bovis presente em amostras biológicas, revela-se um método promissor para o diagnóstico laboratorial rápido, específico e sensível da tuberculose bovina. ### - Summary - Interactions between Mycobacterium bovis and host cells were studied with the purpose to apply the outcome knowledge in the improvement of bovine tuberculosis diagnosis. The dynamic of infection of four cell models with three strains of M. bovis was evaluated, with emphasis given to the invasion and intracellular multiplication of mycobacteria. Assessments by flow cytometry, fluorescence microscopy and colony counting showed that every cell models permitted the replication of mycobacteria, although bovine lung epithelial cells had been the most permissive one. The highest mycobacteria) load was found, however, in J774 and THP-1 macrophages, and hence these cells were used for the optimization of a molecular method for detection and identification of M. bovis. The optimisation of a DNA extraction step, by a mechanical process, and the development of PCR-RFLP based on gyrB gene, with an internal control, allowed the identification of M. bovis. The sensitivity of this method was 100% when applied to isolated strains and only 40% when directly used on samples of macerated of tissues from cattle with tuberculosis. Assays in which a pre-incubation step (three days) of biological samples in cell cultures was introduced significantly improved the sensitivity (77%) of the gyrB PCR-RFLP. Cell cultures as a support for growth and rapid isolation of M. bovis is a promising method for the specific, sensitive and rapid laboratorial diagnosis of bovine tuberculosis.

role of SLO in aGVHD : alterando o paradigma de allo-activação das células T, The

A indução da doença do transplante contra o hospedeiro (GVHD) depende da activação das células dadoras T pelas células do hospedeiro que apresentamantigenio (APCs). A teoria prevalecente descreve que estas interacções ocorrem nos órgãos linfáticos secundários (SLO), tais como os nóduloslinfáticos (LN), as placas de Peyer’s (PP) e o baço (SP). Esta hipótese foi testada usando ratinhos homozigóticos aly/aly (alinfoplasia) que não têm LN nem PP, usando como controlo os ratinhos heterozigóticos (aly/+) da mesma ninhada. Os dois grupos foram irradiados com dose letal após a remoção do baço aos ratinhos aly/aly (LN/PP/SP-/-), enquanto nos ratinhos aly/+ o baço foi deslocado e recolocado. Ambos receberam transplante de medula óssea (BMT) de ratinhos dadores singénicos (aly/aly, H-2b) ou de ratinhos alogénicos, com diferente complexo principal de histocompatibilidade (MHC) (BALB/c, H-2dou B10.BR, H-2k). A severidade de GVHD foi medida pela sobrevivência,e pelo sistema de pontuação, bem estabelecido, quer de doença clínica quer de doença dos órgãos alvo. Surpreendentemente, todos os ratinhos LN/PP/SP-/-sobreviveram, desenvolvendo GVHD clinicamente significativo, comparável,em severidade, com o observado nos ratinhos LN/PP/SP+/+. Além disso, asanálises histopatológicas demonstraram que os ratinhos LN/PP/SP-/-receptores de BMTdesenvolveram significativamente mais GVHD no fígado,no intestino, e na pele quando comparados com os animais singénicos decontrolo. Os ratinhos LN/PP/SP-/-desenvolveram também GVHD hepático mais severo quando comparados com os ratinhos de controlo LN/PP/SP+/+. Diferenças semelhantes foram ainda observadas, logo ao 7º dia, para o GVHDhepático entre os grupos alogénicos. Para identificar quais os órgãos extra-linfáticos do receptor que poderão servir como sítios iniciais de exposição a antigenios alogénicos, na ausência de SLO, foi examinada a expansão das células T (CD3+), a sua activação (CD69+), e a sua proliferação (CFSE) na medula óssea, 3 dias depois do BMT. Em cada caso, os ratinhos LN/PP/SP-/-transplantados com medula de dadores alogénicos apresentaram númerosabsolutos significativamente maiores quer de células, quer de divisõescelulares, se comparados com os LN/PP/SP+/+. Para garantir que as diferenças experimentais observadas nos animais aly/aly, no sistema díspar do MHC, não são apenas um fenómeno dependente da estirpe de ratinho, foramtransplantados ratinhos sem baço FucT dko (LN/PP/SP-/-), previamente tratados com o anticorpo monoclonal (mAb) anti-MadCAM-1. Após o BMT estes ratinhos apresentaram elevada pontuação clínica de GVHD, mostrando que os SLO não são necessários para a indução de GVHD. Em estudos de transplante-versus-leucemia usando hospedeiros homozigóticos (LN/PP/SP-/-) estes ratinhos morreram devido a expansão tumoral e não devido a GVHD.Estudos in vitro mostraram que a capacidade das APCs, quer das célulasdendríticas (DCs) esplénicas, quer das DCs derivadas da medula óssea, dosratinhos aly/aly e aly/+ eramcomparável. Colectivamente, estes resultados são consistentes com a noção de que os SLO não são necessários para a activação alogénica das celulas T, sugerindo que a medula óssea pode ser umlocal alternativo, embora menos eficiente, para o reconhecimento alogénico deantígenos e consequente activação das células dadoras T. Estas observações desafiam o paradigma de que os tecidos linfáticos secundários sãonecessários para a indução de GVHD.

Células solares de Cu2ZnSnS4 por sulfurização de camadas metálicas

As energias renováveis têm estado em destaque desde o fi nal do século XX. São vários os motivos para que isto esteja a acontecer. As previsões apontam para problemas de depleção das reservas de combustíveis fósseis, nomeadamente o petróleo e gás natural, durante o presente século. O carvão, ainda abundante, apresenta problemas ambientais signi cativos. Os perigos associados à energia nuclear estão fazer com que os governos de vários países repensem as suas políticas energéticas . Todas estas tecnologias têm fortes impactos ambientais. Considerando o conjunto das energias renováveis, a energia solar fotovoltaica tem ainda um peso menor no panorama da produção energética actual. A explicação para este facto deve-se ao custo, ainda elevado, dos sistemas fotovoltaicos. Várias iniciativas governamentais estão em curso, a SET for 2020 (UE) e a Sunshot (EUA), para o desenvolvimento de tecnologias que façam frente a este problema. A fatia de mercado que a tecnologia de filmes fi nos representa ainda é pequena, mas tem vindo a aumentar nos últimos anos. As vantagens relativamente à tecnologia tradicional baseada em Si são várias, como por ex. os custos energéticos e materiais para a fabricação das células. Esta dissertação apresenta um processo de fabricação de células solares em fi lmes finos usando como camada absorvente um novo composto semicondutor, o Cu2ZnSnS4, que apresenta como grande argumento, relativamente aos seus predecessores, o facto de ser constituído por elementos abundantes e de toxicidade reduzidas. Foi realizado um estudo sobre as condições termodinâmicas de crescimento deste composto, bem como a sua caracterização e das células solares finais. Este trabalho inclui um estudo dos compostos ternários, CuxSnSx+1 e compostos binários SnxSy, justi cado pelo facto de surgirem como fases secundárias no crescimento do Cu2ZnSnS4. Em seguida são descritos resumidamente os vários capítulos que constituem esta tese. No capítulo 1 é abordada de forma resumida a motivação e o enquadramento da tecnologia no panorama energético global. A estrutura da célula solar adoptada neste trabalho é também descrita. O capítulo 2 é reservado para uma descrição mais detalhada do composto Cu2ZnSnS4, nomeadamente as propriedades estruturais e opto-electrónicas. Estas últimas são usadas para explicar as composições não estequiométricas aplicadas no crescimento deste composto. São também descritas as várias técnicas de crescimento apresentadas na literatura. A última secção deste capítulo apresenta os resultados da caracterização publicados pelos vários grupos que estudam este composto. O método que foi implementado para crescer a camada absorvente, bem como os efeitos que a variação dos vários parâmetros têm neste processo são abordados no capítulo 3. Neste é também incluída uma descrição detalhada dos equipamentos usados na caraterização da camada absorvente e das células solares finais. As fases calcogêneas binária e ternárias são estudadas no capítulo 4. É apresentada uma descrição do método de crescimento, quer para as fases do tipo CuxSnSx+1, quer para as fases do tipo SnxSy e a sua caracterização básica, nomeadamente a sua composição e as propriedades estruturais, ópticas e eléctricas. No caso dos compostos binários são também apresentados os resultados de uma célula solar. No capítulo 5 são reportados os resultados da caracterização dos fi lmes de Cu2ZnSnS4. Técnicas como a dispersão Raman, a fotoluminescência, a efi ciência quântica externa e a espectroscopia de admitância são usadas para analisar as propriedades quer da camada absorvente quer da célula solar. No capítulo 6 é apresentada uma conclusão geral do trabalho desenvolvido e são referidas sugestões para melhorar e complementar os estudos feitos.

Produção de metabolitos de stress por culturas de células em suspençaõ de Ononis natrix L. SSP. Ramosíssima e Hyoscyamus albus L.

Dissertação de dout., Bioquímica Vegetal (Biotecnologia Vegetal), Univ. do Algarve, 1994

Caracterização reológica e hidrodinâmica de uma suspensão de células vegetais de Centaurea calcitrapa em reactor biológico

Tese de dout., Ciências Biotecnológicas, Faculdade de Engenharia e de Recursos Naturais, Univ. do Algarve, 2003

Produção de bioetanol a partir de resíduos industriais de alfarroba: cinética de inibição do etanol para diferentes concentrações do nutriente limitante. Fermentação com recirculação de células livres e células imobilizadas

Dissertação de mest., Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2012

Montagem de um sistema laboratorial de células de combustível microbianas para aproveitamento energético e tratamento de efluentes doméstico

O presente trabalho objetiva a montagem em escala laboratorial de um grupo de 6 protótipos de Células de Combustível Microbianas (CCM) de Câmara Simples pretendendo constituir um contributo de desenvolvimento de processos anaeróbios para tratamento de águas residuais em Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETARs) e produção simultânea de energia elétrica. Em fase preliminar procede-se à montagem de um sistema laboratorial composto por 3 conjuntos de protótipos em duplicados com 3 granulometrias de carvão ativado granular (GAC). Os princípios que fundamentam a seleção do protótipo tipo são uma câmara anódica tubular totalmente preenchida com GAC para facilitar a fixação de biofilmes e a diminuição do espaçamento entre elétrodos com a interposição de um separador para reduzir a resistência interna. A experiência laboratorial inicia-se com uma fase de aclimatação com Água residual artificial e sequencialmente com água residual recolhida na ETAR Faro-Noroeste. Na etapa final a carga orgânica da água residual é incrementada com adição de Acetato de sódio. Os ensaios decorrem em modo de fluxo contínuo. São testados e comparados três tempos de contacto do afluente com o GAC (3, 10 e 30 horas), a combinação destes com dois separadores designados por Daramic HP 200 e GF/A e sem qualquer separador. Finalmente é efetuado um teste incrementando 6 a 8 vezes a carga orgânica do afluente. O desempenho é aferido através do traçado de curvas de polarização, curvas de potência e da percentagem de remoção da Carência Química de Oxigénio (CQO). Conclui que em alguns testes as eficiências de remoção de CQO são adequadas à legislação em vigor, que o aumento e tipo de carga orgânica do afluente e a operação sem separadores incrementam a diferença de potencial e reduzem a resistência interna e que as granulometrias do GAC testadas tiveram pouco efeito na avaliação dos parâmetros considerados.