Insights into bacterial colony morphology evolution and diversification during infection development in cystic fibrosis

Tese de Doutoramento em Engenharia Biomédica.

Evaluation of antimicrobial strategies against biomaterial-associated infections: impact of the surrounding environmental conditions

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Doppler tissue imaging to assess systolic function in Chagas' disease

OBJECTIVE: To assess the usefulness of Doppler tissue imaging (DTI) for evaluating the systolic function of chagasic patients with and without electrocardiographic abnormalities, in comparision with echocardiographic study. METHODS: We studied 77 patients divided into 3 groups as follows: group 1 - control; group 2 - chagasic patients with normal electrocardiographic findings; and group 3 - chagasic patients with abnormal electrocardiographic findings. The following parameters were assessed: left ventricular dimensions and ejection fraction, left atrial dimensions and diastolic function on echocardiography. Systolic velocity and regional isovolumic contraction time (IVCTr) of the septal, anterior, lateral, posterior and inferior left ventricular walls were assessed on DTI. RESULTS: Left ventricular cavitary dimensions, ejection fraction and DTI systolic wave showed significant differences between groups 1 and 3 and between groups 2 and 3, which were not found between groups 1 and 2. IVCTr allowed a statistically significant discrimination among the 3 groups. CONCLUSION: DTI allowed discrimination among the different groups assessed, being superior to echocardiography in identifying early abnormalities of contractility, and, therefore, potentially useful for detecting incipient myocardial alterations in chagasic patients with normal electrocardiographic findings.

Mildly symptomatic chronic mitral regurgitation. Analysis of left ventricular systolic function and mitral regurgitant fraction under pharmacological influence: echocardiographic study

OBJECTIVE: To study echocardiographic parameters of left ventricular systolic function and valvar regurgitation under pharmacological influence in mildly symptomatic patients with chronic mitral regurgitation (MR). METHODS: We carried out a double-blind placebo controlled study in 12 patients with MR, mean aged 12.5 years old, who were randomized in 4 phases: A) digoxin; B) enalapril; C) digoxin + enalapril; D) placebo. The medication was administered for 30 days in each phase, and the following variables were analyzed: shortening and ejection fractions, wall stress index of left ventricle, left ventricular meridional end-systolic wall stress, Doppler-derived mean rate of left ventricular pressure rise (mean dP/dt), stroke volume and MR jet area. The clinical variables analysed were heart rate and systemic arterial pressure. RESULTS: No significant variation was observed in the clinical variables analysed. The shortening and ejection fraction, the mean dP/dt and stroke volume significantly increased and the wall stress index of left ventricle, the meridional left ventricular end systolic wall stress and the mitral regurgitation jet area decreased in the phases with medication as compared with that in the placebo phase. CONCLUSION: The parameters of left ventricular systolic function improved significantly and the degree of MR decreased with the isolated administration of digoxin or enalapril in mildly symptomatic patients with chronic MR. The combination of the drugs, however, did not show better results.

Regional myocardial function in healthy adults: assessment through tissue Doppler echocardiography

OBJECTIVE: To characterize left ventricular regional myocardial function through tissue Doppler echocardiography in healthy adults and to assess the influence of aging in this function. METHODS: In 45 healthy volunteers divided in two groups (< 45 and > 45 years old) we assessed longitudinal and radial regional function (velocities, times intervals and velocity-time integrals). Data were compared in each group and between groups. RESULTS: Systolic function: a) longitudinal: higher velocities and integrals in lateral and inferior walls and in basal segments, with a trend to reduction of these parameters with aging; b) radial: higher basal velocities, no significant change with aging. Diastolic function: a) longitudinal: higher velocities in lateral and inferior walls and in basal segments. With aging e and e/a velocities and integrals decreased, a increased and older individuals showed lower percentage of segments with e/a >1; b) radial: aging was associated with lower e and higher a velocities. CONCLUSION: 1) Tissue Doppler echocardiography detects physiological differences between regional myocardial function of different ventricular segments, in velocities, times intervals and integrals, with physiological heterogeneity and asynchrony; 2) Many of these data are age dependent; 3) Our data contribute to define normal values, and may become useful when compared with data from populations with heart diseases.

Effects of high glucose concentrations on the endothelial function of the renal microcirculation of rabbits

OBJECTIVE: To assess the acute effects of high glucose concentrations on vascular reactivity in the isolated non diabetic rabbit kidney. METHODS: Rabbits were anaesthetized for isolation of the kidneys. Renal arteries and veins were cannulated for perfusion with Krebs-Henselleit solution and measurement of perfusion pressure. After 3 hours of perfusion with glucose 5,5 mM (control ) and 15 mM, the circulation was submitted to sub maximal precontraction (80% of maximal response) trough continuous infusion of noradrenaline 10 mM. Vascular reactivity was then assessed trough dose-responses curves with endothelium-dependent (acetylcholine) and independent (sodium nitroprusside) vasodilators. The influence of hyperosmolarity was analyzed with perfusion with mannitol 15mM. RESULTS: A significant reduction in the endothelium-dependent vasodilation in glucose 15mM group was observed compared to that in control, but there was no difference in endothelium-independent vasodilation. After perfusion with mannitol 15 mM, a less expressive reduction in endothelium-dependent vasodilation was observed, only reaching significance in regard to the greatest dose of acetylcholine. CONCLUSION: High levels of glucose similar to those found in diabetic patients in the postprandial period can cause significant acute changes in renal vascular reactivity rabbits. In diabetic patients these effects may also occur and contribute to diabetes vascular disease.

Right ventricular structure and function as possible determinants of surgical outcome 30 years after repair of tetralogy of Fallot

OBJECTIVE: To identify the variables that may be involved in the persistence of symptoms (functional class II, III, or IV vs. I) in patients being followed up for 30 years after surgical repair of tetralogy of Fallot. METHODS: Fifty-three patients (27 women), who underwent corrective surgery for tetralogy of Fallot between 1960 and 1970, were studied. Their ages ranged from 7 months to 26 years. At the end of follow-up, 13 patients were asymptomatic and the remaining were in functional class II (N=24), III (N=15), and IV (N=1). To differentiate asymptomatic from symptomatic patients, the following variables were analyzed: age at surgery, need for widening the pulmonary ring and trunk, need for a second (2nd OP) or 3rd operation, residual defect of the interventricular septum, residual regurgitation of the pulmonary valve, systolic gradient through the right ventricular outflow tract, right ventricular dilation or hypertrophy (RVH), cardiothoracic index (CTI), right and left ventricular ejection fraction (RVEF/LVEF), and arrhythmias. RESULTS: The univariate analysis showed an association between the presence of symptoms and the 2nd OP (P=0.03), an increase in the CTI (P=0.0001), moderate to severe RVH (P=0.002), and dilation (P=0.0003). In the logistic regression model, the combination of the 2nd OP (P=0.008), the RVH (P=0.002), and the reduction in RVEF (P=0.01) determined the presence of symptoms. CONCLUSION: Despite the surgical treatment, right ventricular remodeling and performance were the major determinants in the late follow-up of tetralogy of Fallot.

Follow-up study of morphology and cardiac function in rats undergoing induction of supravalvular aortic stenosis

OBJECTIVE: To characterize the follow-up of an experimental model of left ventricular hypertrophy (LVH) induced by supravalvular ascending aortic stenosis in young rats. METHODS: Wistar rats were submitted to thoracotomy and aortic stenosis was created by placing a clip on the ascending aorta (AoS group, n=12). Age-matched control animals underwent a sham operation (C group, n=12). Cardiac function was analysed by echocardiograms performed 6, 12, and 21 weeks after aortic banding. Myocardial morphological features and myocardial hydroxyproline concentration (HOP) were evaluated 2, 6, 12, and 21 weeks after surgery in additional animals. RESULTS: Aortic banding promoted early concentric LVH and a progressive increase in HOP. Under light microscopy, we observed myocyte hypertrophy and wall thickening of the intramural branches of the coronary arteries due to medial hypertrophy. Cardiac function was supranormal after 6 weeks (percentage of fractional shortening - EAo6: 70.3±10.8; C6: 61.3±5.4; p<0.05), and depressed in the last period. Diastolic dysfunction was detected after 12 weeks (ratio of early-to-late filling velocity - EAo12: 4.20±3.25; C12: 1.61±0.16; p<0.05). CONCLUSION: Ascending aortic stenosis promotes concentric LVH with myocardial fibrosis and minimal histological changes. According to the period of evaluation, cardiac function may be improved, normal, or depressed. The model is suitable and useful for studies on pathophysiology and treatment of the different phases of cardiac hypertrophy.

Sensibilización a Anfetamina y Cocaína: Mecanismos Neurobiológicos involucrados y factores ambientales que la modulan. Amphetamine and cocaine sensitization: neurobiological mechanisms involved and modulation by environmental factors.

La exposición a drogas de abuso, estrés o noxas perinatales puede producir una respuesta sensibilizada a las propiedades estimulantes y reforzantes de la droga. Este proceso de sensibilización, que comparte muchas de las características de otras formas de plasticidad neural, ha sido asociado con etapas tempranas de la adicción o reincidencia a la misma. El objetivo primario de este proyecto es identificar si los mecanismos neurobiológicos que median la sensibilización inducida por cocaína también ocurren en un modelo de sensibilización inducido por estrés de inmovilización y una noxa perinatal tal como la exposición a plomo, y determinar la relevancia de estas adaptaciones mediante intervenciones farmacológicas o manipulación de los productos génicos. Se estudiaran neuroadaptaciones identificadas en un modelo de sensibilización inducido por cocaína, en núcleos específicos del cerebro relevantes para el proceso de sensibilización, Núcleo Accumbens (NAc) y Corteza prefrontal (CPf). Neuropéptidos como met-encefalina y el sistema renina-angiotensina (RAS), interactúan con dopamina (DA) y glutamato (GLU) en este circuito. Considerando que la liberación de GLU, la expresión de receptores AMPA (GluR1) y los metabotrópicos mGluR2/3 como cambios en el remodelado del citoesqueleto de actina de NAc y CPf, han sido afectados por la administración repetida de cocaína en forma no contingente o por autoadministración, determinaremos los niveles o el estado de fosforilación proteínas y de GLU, en los distintos modelos de sensibilización. Además, la participación de RAS cerebral ser evaluada en el desarrollo y expresión del fenómeno de sensibilización a anfetamina y cocaína. Se utilizarán técnicas de inmunoblotting, inmunoprecipitación y de microdiálisis, y pruebas conductuales para determinar las propiedades estimulantes y reforzantes de las drogas. Encontrar un paralelo en los mecanismos neurobiológicos que median la sensibilización inducida por estrés, drogas o noxas perinatales es muy relevante para entender como redes celulares comunes pueden ejercer un rol en la adicción. La identificación de nuevas moléculas que modulen la sensibilización abre una perspectiva sumamente interesante para el estudio de futuros blancos terapéuticos a ser probados para el tratamiento de la adicción a sicoestimulantes.

Diseño y desarrollo de superficies modificadas. Aplicaciones ambientales, biomédicas y farmacéuticas. Design and development of modified surfaces. Environmental, biomedical and pharmaceutical applications.

El objetivo general de este proyecto de investigación es diseñar, desarrollar y optimizar superficies con propiedades especificas para ser utilizadas como sensores y biosensores, materiales biocompatibles, columnas para separaciones por electroforesis capilar, matrices para la liberación controlada de fármacos y sorbentes para remediación ambiental. Para concretar este objetivo, se propone específicamente modificar superficies o particulas apuntando a optimizar un sistema concreto relevante en aplicaciones farmaceuticas, ambientales o biomedicas: 1. Modificacion de arcillas naturales o sinteticas para desarrollar matrices portadoras de farmacos o sorbentes para remediacion ambiental:1.1 Estudiar ilitas modificadas con Fe(III) para maximizar las propiedades adsortivas frente a aniones contaminantes como arsenico. 1.2 Sintetizar LDH de Al y Mg modificados con compuestos de interés farmacéutico para diseñar sistemas de liberación controlada.2. Modificación de canales de chips y electrodos para optimizar la separación, detección y cuantificación de compuestos farmacéutico: 2.1 Diseñar y construir microchips para la separación por EC de compuestos de base fenólica.2.2 Evaluar polímeros que mejoren la respuesta y/o estabilidad de electrodos de Carbono para ser usados como detectores amperométrico de compuestos de base fenólica en sistemas FIA y miniaturizados de análisis integrados.3. Modificación de superficies sólidas con biomoléculas para el desarrollo y optimización de superficies de bio-reconocimiento:3.1 Evaluar el comportamiento de superficies de titanio modificadas con TiO2 y depósitos inorgánicos frente a la interacción con proteínas plasmáticas (PP) para el análisis de la biocompatibilidad superficial.3.2 Diseñar y desarrollar superficies biofuncionales para el reconocimiento especifico de D-aminoácidos, anticuerpos en pacientes chagásicos y simple hebra de ADN. Las técnicas que se emplearán para llevar a cabo el proyecto dependen del tipo de sistema de estudio. En particular los estudios correspondientes al objetivo 1 se realizarán mediante análisis químicos, térmico, DXR, SEM, IR, BET así como mediante titulaciones ácido-base potenciométricas, movilidades electroforéticas, cinética e isotermas de adsorción.En general para desarrollar el objetivo 2 se utilizarán técnicas electroquímicas clásicas para la caracterización de los electrodos, los que luego se utilizarán como detectores en un sistema FIA amperométrico, mientras que los microchips se emplearán en electroforesis capilar para la separación de diferentes compuestos de interés farmacéutico.Finalmente, el objetivo 3 se llevará a cabo por un lado modificando electrodos de titanio con distintos depósitos (electroquímicas, sol-gel, térmicas) de TiO2 e hidroxiapatita y evaluando la interacción con proteínas plasmáticas para analizar la biocompatibilidad de los materiales preparados. Por otro lado, se estudiará el proceso de adsorción-desorción de D-aminoácido oxidasa, antígenos del T. Cruzi y ADN de simple hebra para optmizar la capacidad de bio-reconocimiento superficial de D-aminoácidos, anticuerpos de chagásicos y de cadena complementaria de ADN. Para concretar este objetivo se utilizarán técnicas electroquímicas, espectroscópicas y microscopias.Debido al carácter multidisciplinario del presente proyecto de investigación, su ejecución se llevara a cabo a través de la colaboración de investigadores pertenecientes a distintas áreas de la Química y permitirá continuar con la formación de recursos humanos mediante la realización de tesis doctorales y estadías postdoctorales.

Regulación transcripcional y relación entre estructura y función de proteínas relacionadas con el metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa. Transcriptional regulation and relationship between structure and function of proteins related with the choline metabolism in Pseudomonas aeruginosa.

El objetivo general de este proyecto es dilucidar los mecanismos de acción a nivel molecular de enzimas y proteínas involucradas en el metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa, con énfasis en la identificación de residuos aminoacídicos críticos y regulación de la expresión de los genes en estudio. Los objetivos específicos que se palntean involucran abordajes bioquímicos y moleculares y serán llevados a cabo mediante técnicas de biología molecular y bioquímica (mutación sitio-dirigida, deleción génica, expresión y purificación de proteínas, fusión transcripcional a genes reporteros, etc). Planteo de hipótesis: las proteínas que se inducen por colina (fosforilcolina fosfatasa (PchP), fosfolipasa C (PlcH), acetilcolinestera (AchE), proteínas periplásmicas unidoras de colina (PUch) podrían compartir: a) una organización génica y responder a la regulación por proteínas regulatorias o a factores ambientales de manera similar; b) residuos aminoacídicos conservados que intervengan en la unión o interacción con diferentes ligandos, principalmente, colina. Para ello, se plantean los siguientes Objetivos Específicos: 1) identificar las zonas promotoras de los genes que codifican para PchP, PlcH, AchE y PUch, a fin de localizar posibles sitios de unión a proteínas reguladoras y los factores ambientales que afectan la actividad promotora. 2) determinar en las proteínas mencionadas los residuos aminoacídicos de importancia involucrados en la catálisis y en la interacción con ligandos, principalmente en la unión a compuestos de alquilamonio; 3) Se iniciarán estudios que demuestren la relación entre la inducción por colina de varios factores de patogenicidad la virulencia del microorganismo, empleando mutantes simples o múltiples en estos factores y como modelo de patogenicidad el nematodo C. elegans. A partir de los resultados obtenidos se pretende tener un conocimiento profundo sobre la regulación molecular y bioquímica de varias enzimas comprometidas en la patología que produce P. aeruginosa. Esto más el conocimiento de la fisiología de este microorganismo abre el camino para la búsqueda de posibles blancos de acción de drogas. Por otro lado, se espera tener un conocimiento integral sobre la regulación de la expresión de las actividades enzimáticas relacionadas con el metabolismo de colina y la respuesta de P. aeruginosa ante la presencia de compuestos de alquilamonio utilizados como nutrientes. Se espera conocer el papel que desempeña cada uno de los sitios de unión a los diferentes ligandos para el funcionamiento y control de las enzimas mencionadas y explicar el comportamiento diferencial de las enzimas frente a distintos sustratos y otros ligandos. El conocimiento de los sitios de unión a compuestos de alquilamonio permitirá encontrar esos dominios en diferentes proteínas del género Pseudomonas y otras bacterias Gram negativas. Desde el punto de vista evolutivo, se podrá comparar la similitud de los sitios de unión a colina entre proteínas de organismos eucariotas con procariotas (ej. PUch de bacterias Gram positivas, transportadores de colina, proteína C reactiva, AchE de eucariotas contra las encontradas en bacterias del género Pseudomonas, fosfolipasas A, C o D, etc.). Este proyecto permitirá concretar al menos dos tesis doctorales (Sanchez, Otero) más varios trabajos finales de grado (tesinas) que son y serán realizados por alumnos de la carrera de Microbiología en la UNRC. Les permitirá a los doctorandos y a los alumnos de grado adquirir una formación bastante integral ya que utilizarán herramientas de la fisiología general bacteriana, de la bioquímica clásica, de la biología molecular y de la bioinformática.

Regulación de la función de macrófagos por Cryptococcus neoformans y Cryptococcus gattii y su participación en la generación de la inmunidad adaptativa antifúngica. Regulation of macrophage function by Cryptococcus neoformans and Cryptococcus gattii and their role in the antifungal adaptative immunity.

La criptococosis es causada por la inhalación de levaduras encapsuladas de Cryptococcus neoformans o Cryptococcus gattii. Representa una de las tres infecciones graves por oportunistas en pacientes con SIDA y existe aproximadamente un 6 por ciento de incidencia de criptococosis clínica en pacientes con transplante de órganos sólidos. Estas dos especies difieren la fisiopatogenia durante la infección. El factor de virulencia principal de Cryptococcus sp. es la presencia del polisacárido capsular, glucuronoxilomanano (GXM), de alto peso molecular, que es continuamente secretado por las levaduras. Los macrófagos son células centrales en la respuesta innata al hongo, los cuales deben ser activados por linfocitos T helper 1 para un eficiente control de la infección. Sin embargo, estas células también son suceptibles al parasitismo intracelular, permitiendo la infección persistente y la diseminación a sitios extrapulmonares. Este proyecto propone investigar la capacidad de levaduras de C. neoformans, C. gattii y de los polisacáridos capsulares para modular la respuesta proinflamatoria de los macrófagos. Queremos estudiar si el tratamiento de macrófagos con levaduras o polisacárido puede inducir perfiles supresores de la respuesta protectiva T helper 1, tales como linfocitos T helper 2 o T reguladores, favoreciendo la sobrevida intracelular del hongo. Además, pensamos que C. neoformans o C. gattii podrían inducir un activación diferencial de macrófagos lo que condicionaría la respuesta adaptativa, lo que podría explicar las diferencias en la fisiopatogenia de estas dos especies. Procedimientos experimentales -Microorganismos y obtención de GXM: se trabajará con C. neoformans variedad grubii, cepa ATCC 62067 y C. gattii serotipo B, cepa NIH112B. Se obtendrán polisacáridos capsulares (GXM) de C. neoformans y C. gattii por precipitación con etanol y y acomplejamiento selectivo con CTAB. - Obtención de macrófagos murinos y cultivos celulares: se obtendrán macrófagos por lavados peritoneales y/o alveolares de ratones BALB/c. Los macrófagos se cultivarán por 24 h en ausencia o presencia de levaduras muertas o vivas (sin opsonizar u opsonizadas) de C. neoformans o C. gattii o en presencia de GXM purificado. -Objetivo 1. Estudio de la modulación de las propiedades proinflamatorias de Mac: en sobrenadantes de los cultivos se medirán las citoquinas por ELISA de captura y en lisados celulares, la expresión de las enzimas (iNOS, arginasa, IDO) por western blot. Se analizará por citometría de flujo la expresión de MCHII y moléculas CD80, CD86, CD40, CTLA-4. -Objetivo 2. Estudios in vitro de la capacidad de macrófagos tratados con levaduras o GXM para inducir linfocitos Th1, Th2 o Treg: los macrófagos preincubados con GXM o levaduras, se incubarán con linfocitos autólogos estimulados con anti-CD3. Se medirá la proliferación celular y el perfil de citoquinas por citomtría de flujo. Células T CD4+ CD25- serán purificadas de suspenciones esplénicas de ratones normales. Luego las células serán incubadas con macrófagos (sin tratar o tratados con levaduras o GXM) y estimulados con anti-CD3. Se analizará la proliferación celular con CFSE y expresión de CD4, CD25 y Foxp3 . - Objetivo 3. Estudios in vivo de la capacidad de levaduras o GXM para inducir linfocitos Th1, Th2 o Treg . Rol de los macrófagos in vivo: Los ratones serán inyectados con 100000 levaduras o con 200 µg de GXM puro vía endovenosa y luego de 7, 14, 30 y 40 días se evaluarán las poblaciones celulares de bazo, por citometría de flujo usando marcaciones simultáneas para CD4, CD8, CD25, Foxp3 y citoquinas intracelulares. Para investigar la participación in vivo de los macrófagos, se depletaran estas células inyectando los animales con PBS-liposomas o clodronato (DMDP)-liposomas por vía endovenosa o inhalatoria (200- 300 µl por ratón). Luego de 24 h, los animales se infectarán con levaduras o inocularán con GXM y se evaluarán los perfiles de células T esplénicos o de nódulos linfaticos.

Células dendríticas y su funcionamiento durante el envejecimiento. Efecto of aging on the function of dendritic cells.

La inmunosenescencia es definida como el estado de desregulación de la función inmune, que contribuye a la morbilidad y mortalidad debida a una mayor incidencia o reactivación de enfermedades infecciosas y de fenómenos autoinmunes y cáncer. Durante el envejecimiento hay un decaimiento de la función del sistema inmune. Aunque está bien documentada la declinación de la función de las células T en individuos envejecidos, es escasa la información disponible acerca de cómo el envejecimiento afecta a las células dendríticas (DCs) y en particular a su rol en la activación de linfocitos T CD4+ y CD8+. Nuestra hipótesis es que las células dendríticas juegan un rol importante en la desregulación de la función inmune observada durante el envejecimiento. Por ello, el Objetivo General de este proyecto es caracterizar el estado funcional de las células dendriticas en ratones envejecidos y su contribución a las alteraciones del sistema inmune durante el envejecimiento. Para ello, estudiaremos la composición y estado de activación de las DCs de los órganos linfáticos y tejidos periféricos de ratones envejecidos, y su capacidad para ser activadas in vitro e in vivo por diferentes ligandos de los receptores tipo Toll (TLR). Además, estudiaremos la capacidad in vitro, ex vivo e in vivo de las DCs de ratones envejecidas para capturar, procesar y presentar antígenos a linfocitos T CD4+ y CD8+ y finalmente la capacidad de las DCs de ratones envejecidos para montar una respuesta mediada por linfocitos T CD4+ y CD8+. Para ello, luego de transferir DCs de ratones envejecidos cargadas con antígeno a animales jóvenes vírgenes, evaluaremos la respuesta T CD4 y CD8 en los animales receptores frente a dicho antígeno. Basado en nuestra trayectoria en la inmunogerontología experimental, creemos que con este proyecto podremos obtener información que permitirá abordar el estudio del efecto del envejecimiento sobre el sistema inmune desde una nueva perspectiva, para en un futuro poder extender el mismo estudio en seres humanos y así desarrollar modelos más eficientes de inmunoterapia en individuos envejecidos.