Development of Janus hydrogel microcapsules as novel biomaterials-stem cells construct for 3D co-culture applications

Co-cultures of two or more cell types and biodegradable biomaterials of natural origin have been successfully combined to recreate tissue microenvironments. Segregated co-cultures are preferred over conventional mixed ones in order to better control the degree of homotypic and heterotypic interactions. Hydrogel-based systems in particular, have gained much attention to mimic tissue-specific microenvironments and they can be microengineered by innovative bottom-up approaches such as microfluidics. In this study, we developed bi-compartmentalized (Janus) hydrogel microcapsules of methacrylated hyaluronic acid (MeHA)/methacrylated-chitosan (MeCht) blended with marine-origin collagen by droplet-based microfluidics co-flow. Human adipose stem cells (hASCs) and microvascular endothelial cells (hMVECs) were co-encapsulated to create platforms of study relevant for vascularized bone tissue engineering. A specially designed Janus-droplet generator chip was used to fabricate the microcapsules (<250â μm units) and Janus-gradient co-cultures of hASCs: hMVECs were generated in various ratios (90:10; 75:25; 50:50; 25:75; 10:90), through an automated microfluidic flow controller (Elveflow microfluidics system). Such monodisperse 3D co-culture systems were optimized regarding cell number and culture media specific for concomitant maintenance of both phenotypes to establish effective cell-cell (homotypic and heterotypic) and cell-materials interactions. Cellular parameters such as viability, matrix deposition, mineralization and hMVECs re-organization in tube-like structures, were enhanced by blending MeHA/MeCht with marine-origin collagen and increasing hASCs: hMVECs co-culture gradient had significant impact on it. Such Janus hybrid hydrogel microcapsules can be used as a platform to investigate biomaterials interactions with distinct combined cell populations.

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

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

Chondrogenic potential of injectable κ-carrageenan hydrogel with encapsulated adipose stem cells for cartilage tissue-engineering applications

Due to the limited self-repair capacity of cartilage, regenerative medicine therapies for the treatment of cartilage defects must use a significant amount of cells, preferably applied using a hydrogel system that can promise their delivery and functionality at the specific site. This paper discusses the potential use of k-carrageenan hydrogels for the delivery of stem cells obt ained from adipose tissue in the treatment of cartilage tissue defects. The developed hydrogels were produced by an ionotropic gelation met hod and human adipose stem cells (hASCs) were encapsulated in 1.5% w/v k-carrageenan solution at a cell density of 5  10 6 cells/ml. The results from the analysis of the cell-encapsulating hydrogels, cultured for up to 21 days, indicated that k-carrageenan hydrogels support the viability, proliferation and chondrogenic differentiation of hASCs. Additionally, the mec hanical analysis demonstrated an increase in stiffness and viscoelastic properties of k-carrageenan gels with their encapsulated cells with increasing time in culture with chondrogenic medium. These results allowed the conclusion that k-carrageenan exhibits properties t hat enable the in vitro functionality of encapsulated hASCs and thus may provide the basis for new successful approaches for the treatment of cartilage defects.

Characterization of an in vitro fed-batch model to obtain cells released from S. epidermidis biofilms

Both dynamic and fed-batch systems have been used for the study of biofilms. Dynamic systems, whose hallmark is the presence of continuous flow, have been considered the most appropriate for the study of the last stage of the biofilm lifecycle: biofilm disassembly. However, fed-batch is still the most used system in the biofilm research field. Hence, we have used a fed-batch system to collect cells released from Staphylococcus epidermidis biofilms, one of the most important etiological agents of medical device-associated biofilm infections. Herein, we showed that using this model it was possible to collect cells released from biofilms formed by 12 different S. epidermidis clinical and commensal isolates. In addition, our data indicated that biofilm disassembly occurred by both passive and active mechanisms, although the last occurred to a lesser extent. Moreover, it was observed that S. epidermidis biofilm-released cells presented higher tolerance to vancomycin and tetracycline, as well as a particular gene expression phenotype when compared with either biofilm or planktonic cells. Using this model, biofilm-released cells phenotype and their interaction with the host immune system could be studied in more detail, which could help providing significant insights into the pathophysiology of biofilm-related infections.

Synthesis and biological evaluation of mono and bis-naphthalimide derivatives against SH-SY5Y, human brain cancer cells

Dissertação de mestrado em Medicinal Chemistry

Mesenchymal stem cells secretome as a modulator of the neurogenic niche: Basic insights and therapeutic opportunities

Neural stem cells (NSCs) and mesenchymal stem cells (MSCs) share few characteristics apart from self-renewal and multipotency. In fact, the neurogenic and osteogenic stem cell niches derive from two distinct embryonary structures; while the later originates from the mesoderm, as all the connective tissues do, the first derives from the ectoderm. Therefore, it is highly unlikely that stem cells isolated from one niche could form terminally differentiated cells from the other. Additionally, these two niches are associated to tissues/systems (e.g., bone and central nervous system) that have markedly different needs and display diverse functions within the human body. Nevertheless they do share common features. For instance, the differentiation of both NSCs and MSCs is intimately associated with the bone morphogenetic protein family. Moreover, both NSCs and MSCs secrete a panel of common growth factors, such as nerve growth factor (NGF), glial derived neurotrophic factor (GDNF), and brain derived neurotrophic factor (BDNF), among others. But it is not the features they share but the interaction between them that seem most important, and worth exploring; namely, it has already been shown that there are mutually beneficially effects when these cell types are co-cultured in vitro. In fact the use of MSCs, and their secretome, become a strong candidate to be used as a therapeutic tool for CNS applications, namely by triggering the endogenous proliferation and differentiation of neural progenitors, among other mechanisms. Quite interestingly it was recently revealed that MSCs could be found in the human brain, in the vicinity of capillaries. In the present review we highlight how MSCs and NSCs in the neurogenic niches interact. Furthermore, we propose directions on this field and explore the future therapeutic possibilities that may arise from the combination/interaction of MSCs and NSCs.

Role of sirtuin 3 on mitochondrial dynamics in Huntington's disease striatal cells

Dissertação de mestrado em Genética Molecular

Vascular disease modeling using induced pluripotent stem cells: Focus in Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome

Transparency document related to this article can be found online at http://dx.doi.org/10.1016/j.bbrc.2015.10.014

The role of monocarboxylate transporters in 3-bromopyruvate effect in cancer cells

Tese de Doutoramento em Biologia Molecular e Ambiental (área de especialização em Biologia Molecular e Saúde).

Senescencia de celulas T humanas inducida por tumores: un nuevo mecanismo de evasión de la respuesta inmune. Senescence of human T cells iduced by tumors. A new mechanism of evasion of immune response.

La respuesta antitumoral en individuos con cáncer depende, en gran medida, de células del sistema inmune capaces de reconocer y eliminar las células tumorales. Sin embargo, los tumores tienen la capacidad de evadir la respuesta inmune a través de diversos mecanismos como por ejemplo inducir la muerte de células claves del sistema inmune [1-3]. Previamente nosotros demostramos mediante un modelo in vitro que dependiendo de las condiciones de interacción entre tumor y linfocitos (tiempo y relación numérica), los tumores pueden inducir apoptosis o senescencia de linfocitos T provenientes de donantes sanos. Nuestros resultados son los primeros en demostrar que células tumorales de diversos orígenes pueden inducir senescencia de células T a través de factor/s solubles. También demostramos que a diferencia con los que ocurre in vivo, tanto las células CD4 como las CD8 son susceptibles a adquirir fenotipo de senescencia. Estudiando las implicancias que puede tener la senescencia sobre la funcionalidad de la célula T, observamos que las células T CD4+ y CD8+ senescentes pueden suprimir una respuesta linfoproliferativa. Si bien las células CD8+CD28- han sido identificadas in vivo, nosotros demostramos que células CD4+ CD28- tiene capacidad supresora [4]. En base a estos resultados, nuestra hipótesis es que las células T senescentes inducida por tumores pueden regular nuestro sistema de defensa actuando sobre la respuesta inmune adaptativa y posiblemente sobre la innata y, por consiguiente, postulamos que la senescencia de células T puede ser considerada como otro de los mecanismos de evasión de la respuesta inmunePlanteamos así los siguientes objetivos específicos: -Evaluar como las células T senescentes inducidas por tumores pueden regular la respuesta inmune.-Evaluar la participación de mediadores solubles capaces de regular la senescencia de células T inducida por tumores. En la actualidad existen estrategias inmuno-terapéuticas que avizoran resultados promisorios. Sin embargo, el control de células T inmunosupresoras permanece como unos de los grandes desafíos. Nuestro proyecto proveerá conocimientos sobre un fenómeno muy poco estudiado y por consiguiente muy poco valorado a la hora de diseñar estrategias terapéuticas para la cura del cáncer.

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.

Fosforilación de lípidos señales disparada por ABA, NaCl y manitol en coleóptilos, raíces y células de aleurona de cebada (Hordeum vulgare). Lipid signaling phosphorylation triggered by ABA, NaCl and mannitol in coleoptile, roots and aleurone cells of barley (Hordeum vulgare).

Es bien conocido que los fosfolípidos son un conjunto de moléculas capaces de funcionar como reguladores en diversos procesos celulares. Al respecto, este proyecto tiene como objetivo dilucidar la participación de los mismos, en particular ácido fosfatídico (PA) y diacilglicerol pirofosfato (DGPP) durante el efecto antagónico de ABA en la germinación y como reguladores de la respuesta al estrés salino en la plántula. Se sabe que las plantas responden de forma rápida y adecuada a una situación de estrés modificando el patrón de fosfolípidos de sus membranas, lo cual lleva a un cambio global en las actividad de lípido quinasas, fosfatasas y a la expresión/represión de genes particulares. El desarrollo de la propuesta permitiría responder dos cuestiones básicas: conocer la relación entre fosfolípidos y ABA e indagar su participación durante la señal de estrés. La relevancia de la propuesta radica en la necesidad de ampliar el conocimiento sobre una de las causas mas importantes "estrés salino" que afecta la germinación de la semilla y luego el crecimiento y desarrollo de la plántula. En principio se evaluara a nivel morfológico, bioquímico y molecular el efecto de ABA y de fosfolípidos. Se pretende indagar sobre cambios a nivel de vacuolización en protoplastos aislados, actividad de enzimas relacionadas, pH intracelular, nivel de fosfolípidos y enzimas implicadas en su metabolismo y también efectos sobre la expresión génica. Por otro lado, se analizara los niveles de fosfolípidos y enzimas relacionadas con su metabolismo en raíces y coleoptilos de semillas que germinaron bajo condiciones de estrés. Asimismo, se identificaran los cambios morfológicos provocados por el estrés en la longitud de coleóptilos y raíces. Por ultimo como indicador de una respuesta al estrés se evaluara los cambios en los niveles de prolina. La importancia del proyecto es determinar el papel que desempeñan PA y DGPP en la germinación y durante la respuesta al estrés.

Mecanismos apoptóticos desencadenados por vitamina D y drogas que deplecionan glutatión en células de cáncer de mama. Apoptotic mechanisms triggered by vitamin D and glutathione depleting drugs in breast cancer cells.

El cáncer de mama es una de las neoplasias más frecuentes de nuestro medio. El calcitriol y sus análogos son una alternativa nueva al uso convencional de antiestrógenos como quimioterapia. Sin embargo, los efectos hipercalcemiantes, secundarios a su aplicación, constituyen una limitación para su uso. Este proyecto está orientado al conocimiento de las bases moleculares antiproliferativas del uso del calcitriol en forma conjunta con drogas que deplecionan glutatión (GSH) tales como menadiona (MEN) y DL-butionina-S,R-sulfoximina (BSO). La hipótesis que se sostiene es que MEN y BSO, al disminuir el contenido de GSH, generan estrés oxidativo el cual puede potenciar el efecto antineoplásico del calcitriol, permitiendo lograr un mayor efecto antiproliferativo con dosis menores del secoesteroide, evitándose los efectos hipercalcemiantes. El objetivo general de este proyecto es dilucidar los mecanismos moleculares de apoptosis desencadenados por calcitriol (D) y/o drogas que deplecionan GSH (MEN o BSO) sobre las células de cáncer de mama MCF-7 en cultivo. Para ello, se tratarán células MCF-7 con concentraciones variables de D (en ausencia y presencia de MEN ó BSO) a diferentes tiempos. Se medirá proliferación celular mediante las técnicas de incorpororación de bromodeoxiuridina y de violeta de cristal. Se analizará el ciclo celular por medio de técnicas de citometría de flujo. Se determinará la participación tanto de la vía intrínseca como de la vía extrínseca de apoptosis. El contenido de GSH y la medición de las actividades del sistema antioxidante se llevará a cabo con técnicas espectrofotométricas. La expresión proteica de diversas caspasas se analizará por Western blots y la expresión génica por transcriptasa reversa-reacción en cadena de la polimerasa. Además, se desarrollarán artificialmente tumores de mama en ratas y se aplicará el tratamiento combinado midiéndose el efecto antitumoral mediante análisis histológicos. Se espera que el tratamiento combinado inhiba la proliferación de las células MCF-7, a través de incremento en la producción de especies reactivas derivadas del oxígeno involucrando la participación de las principales vías apoptóticas, extrínseca e intrínseca. En consecuencia, habría desrregulación de la función mitocondrial. Las defensas antioxidantes podrían estar alteradas. De ocurrir así, el tamaño de los tumores de mama desarrollados experimentalmente y tratados con el tratamiento combinado, estaría disminuido. La importancia de este estudio consiste en la exploración de una nueva estrategia terapéutica para el tratamiento de cáncer de mama.