Design of cell adhesive and angiogenic titanium surfaces for cellular stimulation

Die Förderung der Zelladhäsion durch sogenannte biomimetische Oberflächen wird in der Medizin als vielversprechender Ansatz gesehen, um Komplikationen wie z. B. Fremdkörperreaktionen nach der Implantation entgegenzuwirken. Neben der Immobilisierung einzelner Biomoleküle wie z. B. dem RGD-Peptid, Proteinen und Wachstumsfaktoren auf verschiedenen Materialien, konzentriert man sich derzeit in der Forschung auf die Co-Immobilisierung zweier Moleküle gleichzeitig. Hierbei werden die funktionellen Gruppen z. B. von Kollagen unter Verwendung von nur einer Kopplungschemie verwendet, wodurch die Kopplungseffizienz der einzelnen Komponenten nur begrenzt kontrollierbar ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Immobilisierungsverfahrens, welches die unabhängige Kopplung zweier Faktoren kontrolliert ermöglicht. Dabei sollten exemplarisch das adhäsionsfördernde RGD-Peptid (Arginin-Glycin-Asparaginsäure) zusammen mit dem Wachstumsfaktor VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) auf Titan gebunden werden. In weiteren Experimenten sollten dann die pro-adhäsiven Faktoren Fibronektin, Kollagen, Laminin und Osteopontin immobilisiert und untersucht werden. rnDie Aminofunktionalisierung von Titan durch plasma polymerisierte Allylaminschichten wurde als Grundlage für die Entwicklung des nasschemischen Co-immobilisierungsverfahren verwendet. Für eine unabhängige und getrennte Anbindung der verschiedenen Biomoleküle stand in diesem Zusammenhang die Entwicklung eines geeigneten Crosslinker Systems im Vordergrund. Die Oberflächencharakterisierung der entwickelten Oberflächen erfolgte mittels Infrarot Spektroskopie, Surface Plasmon Resonance Spektroskopie (SPR), Kontaktwinkelmessungen, Step Profiling und X-Ray Photoelectron Spektroskopie (XPS). Zur Analyse der Anbindungsprozesse in Echtzeit wurden SPR-Kinetik Messungen durchgeführt. Die biologische Funktionalität der modifizierten Oberflächen wurde in vitro an Endothelzellen (HUVECs) und Osteoblasten (HOBs) und in vivo in einem Tiermodell-System an der Tibia von Kaninchen untersucht.rnDie Ergebnisse zeigen, dass alle genannten Biomoleküle sowohl einzeln auf Titan kovalent gekoppelt als auch am Bespiel von RGD und VEGF in einem getrennten Zwei-Schritt-Verfahren co-immobilisiert werden können. Des Weiteren wurde die biologische Funktionalität der gebundenen Faktoren nachgewiesen. Im Falle der RGD modifizierten Oberflächen wurde nach 7 Tagen eine geförderte Zelladhäsion von HUVECs mit einer signifikant erhöhten Zellbesiedlungsdichte von 28,5 % (p<0,05) gezeigt, wohingegen auf reinem Titan Werte von nur 13 % beobachtet wurden. Sowohl VEGF als auch RGD/VEGF modifizierte Proben wiesen im Vergleich zu Titan schon nach 24 Stunden eine geförderte Zelladhäsion und eine signifikant erhöhte Zellbesiedlungsdichte auf. Bei einer Besiedlung von 7,4 % auf Titan, zeigten VEGF modifizierte Proben mit 32,3 % (p<0,001) eine deutlichere Wirkung auf HUVECs als RGD/VEGF modifizierte Proben mit 13,2 % (p<0,01). Die pro-adhäsiven Faktoren zeigten eine deutliche Stimulation der Zelladhäsion von HUVECs und HOBs im Vergleich zu reinem Titan. Die deutlich höchsten Besiedlungsdichten von HUVECs konnten auf Fibronektin mit 44,6 % (p<0,001) und Kollagen mit 39,9 % (p<0,001) nach 24 Stunden beobachtet werden. Laminin zeigte keine und Osteopontin nur eine sehr geringe Wirkung auf HUVECs. Bei Osteoblasten konnten signifikant erhöhte Besiedlungsdichten im Falle aller pro-adhäsiven Faktoren beobachtet werden, jedoch wurden die höchsten Werte nach 7 Tagen auf Kollagen mit 90,6 % (p<0,001) und Laminin mit 86,5 % (p<0,001) im Vergleich zu Titan mit 32,3 % beobachtet. Die Auswertung der Tierexperimente ergab, dass die VEGF modifizierten Osteosyntheseplatten, im Vergleich zu den reinen Titankontrollen, eine gesteigerte Knochenneubildung auslösten. Eine solche Wirkung konnte für RGD/VEGF modifizierte Implantate nicht beobachtet werden. rnInsgesamt konnte gezeigt werden, dass mittels plasmapolymerisierten Allylamin Schichten die genannten Biomoleküle sowohl einzeln gebunden als auch getrennt und kontrolliert co-immobilisiert werden können. Des Weiteren konnte eine biologische Funktionalität für alle Faktoren nach erfolgter Kopplung in vitro gezeigt werden. Wider Erwarten konnte jedoch kein zusätzlicher biologischer Effekt durch die Co-immobilisierung von RGD und VEGF im Vergleich zu den einzeln immobilisierten Faktoren gezeigt werden. Um zu einer klinischen Anwendung zu gelangen, ist es nun notwendig, das entwickelte Verfahren in Bezug auf die immobilisierten Mengen der verschiedenen Faktoren hin zu optimieren. rn

Chemical interaction between ocean and atmosphere

The exchange of chemical constituents between ocean and atmosphere provides potentially important feedback mechanisms in the climate system. The aim of this study is to develop and evaluate a chemically coupled global atmosphere-ocean model. For this, an atmosphere-ocean general circulation model with atmospheric chemistry has been expanded to include oceanic biogeochemistry and the process of air-sea gas exchange. The calculation of seawater concentrations in the oceanic biogeochemistry submodel has been expanded from DMS, COâ‚‚

Human TOP1 residues implicated in species specificity of HIV-1 infection are required for interaction with BTBD2, and RNAi of BTBD2 in old world monkey and human cells increases permissiveness to HIV-1 infection

Host determinants of HIV-1 viral tropism include factors from producer cells that affect the efficiency of productive infection and factors in target cells that block infection after viral entry. TRIM5 restricts HIV-1 infection at an early post-entry step through a mechanism associated with rapid disassembly of the retroviral capsid. Topoisomerase I (TOP1) appears to play a role in HIV-1 viral tropism by incorporating into or otherwise modulating virions affecting the efficiency of a post-entry step, as the expression of human TOP1 in African Green Monkey (AGM) virion-producing cells increased the infectivity of progeny virions by five-fold. This infectivity enhancement required human TOP1 residues 236 and 237 as their replacement with the AGM counterpart residues abolished the infectivity enhancement. Our previous studies showed that TOP1 interacts with BTBD1 and BTBD2, two proteins which co-localize with the TRIM5 splice variant TRIM5 in cytoplasmic bodies. Because BTBD1 and BTBD2 interact with one HIV-1 viral tropism factor, TOP1, and co-localize with a splice variant of another, we investigated the potential involvement of BTBD1 and BTBD2 in HIV-1 restriction.

Systems medicine and integrated care to combat chronic noncommunicable diseases

We propose an innovative, integrated, cost-effective health system to combat major non-communicable diseases (NCDs), including cardiovascular, chronic respiratory, metabolic, rheumatologic and neurologic disorders and cancers, which together are the predominant health problem of the 21st century. This proposed holistic strategy involves comprehensive patient-centered integrated care and multi-scale, multi-modal and multi-level systems approaches to tackle NCDs as a common group of diseases. Rather than studying each disease individually, it will take into account their intertwined gene-environment, socio-economic interactions and co-morbidities that lead to individual-specific complex phenotypes. It will implement a road map for predictive, preventive, personalized and participatory (P4) medicine based on a robust and extensive knowledge management infrastructure that contains individual patient information. It will be supported by strategic partnerships involving all stakeholders, including general practitioners associated with patient-centered care. This systems medicine strategy, which will take a holistic approach to disease, is designed to allow the results to be used globally, taking into account the needs and specificities of local economies and health systems.

The Spatial Signature of Biotic Interactions of a Clonal and a Non-clonal Palmetto in a Subtropical Plant Community

Spatial analyses of plant-distribution patterns can provide inferences about intra- and interspecific biotic interactions. Yet, such analyses are rare for clonal plants because effective tools (i.e., molecular markers) needed to map naturally occurring clonal individuals have only become available recently. Clonal plants are unique in that a single genotype has a potential to spatially place new individuals (i.e., ramets) in response to intra- and interspecific biotic interactions. Laboratory and greenhouse studies suggest that some clonal plants can avoid intra-genet, inter-genet, and inter-specific competition via rootplacement patterns. An intriguing and yet to be explored question is whether a spatial signature of such multi-level biotic interactions can be detected in natural plant communities. The facultatively clonal Serenoa repens and non-clonal Sabal etonia are ecologically similar and co-dominant palmettos that sympatrically occur in the Florida peninsula. We used amplified fragment length polymorphisms (AFLPs) to identify Serenoa genets and also to assign field-unidentifiable small individuals as Sabal seedlings, Serenoa seedlings, or Serenoa vegetative sprouts. Then, we conducted univariate and bivariate multi-distance spatial analyses to examine the spatial interactions of Serenoa (n=271) and Sabal (n=137) within a 20x20 m grid at three levels, intragenet, intergenet and interspecific. We found that spatial interactions were not random at all three levels of biotic interactions. Serenoa genets appear to spatially avoid self-competition as well as intergenet competition. Furthermore, Serenoa and Sabal were spatially negatively associated with each other. However, this negative association pattern was also evident in a spatial comparison between non-clonal Serenoa and Sabal, suggesting that Serenoa genets’ spatial avoidance of Sabal through placement of new ramets is not the explanation of the interspecific-level negative spatial pattern. Our results emphasize the importance of investigating spatial signatures of biotic as well as abiotic interactions at multiple levels in understanding spatial distribution patterns of clonal plants in natural plant communities.

Exploratory studies on coordination chemistry of a redox-active bridging ligand: synthesis, properties and solid state structures of the complexes

The explorative coordination chemistry of the bridging ligand TTF-PPB is presented. Its strong binding ability to Co(II) and then to Ni(II) or Cu(II) in the presence of hexafluoroacetylacetonate (hfac(-)), forming new mono-and dinuclear complexes 1-3, is described. X-ray crystallographic studies have been conducted in the case of the free ligand TTF-PPB as well as its complexes [Co(TTF-PPB)(hfac)(2)] (1) and [Co(hfac)(2)(mu-TTF-PPB)Ni(hfac)(2)] (2). Each metal ion is bonded to two bidentate hfac-anions through their oxygen atoms and two nitrogen atoms of the PPB moiety with a distorted octahedral coordination geometry. Specifically, nitrogen donor atoms of TTF-PPB adopt a cis-coordination but not in the equatorial plane, which is quite rare. Electronic absorption, photoinduced intraligand charge transfer ((1)ILCT), and electrochemical behaviour of 1-3 have been investigated. UV-Vis spectroscopy shows very strong bands in the UV region consistent with ligand centred pi-pi* transitions and an intense broad band in the visible region corresponding to a spin-allowed pi-pi* (1)ILCT transition. Upon coordination, the (1)ILCT band is bathochromically shifted by 3100, 6100 and 5900 cm(-1) on going from 1 to 3. The electrochemical studies reveal that all of them undergo two reversible oxidation and one reversible reduction processes, ascribed to the successive oxidations of the TTF moiety and the reduction of the PPB unit, respectively.

Dysbalance in sympathetic neurotransmitter release and action in cirrhotic rats: impact of exogenous neuropeptide Y

Splanchnic vasodilation is an essential disturbance in portal hypertension. Increased systemic sympathetic nerve activity is well known, but potential corresponding vascular desensitization is incompletely characterized. Release of splanchnic sympathetic neurotransmitters noradrenaline (NA) and co-transmitter neuropeptide Y (NPY) remains to be elucidated. Finally, the effects of exogenous NPY on these mechanisms are unexplored.