Closed hybrid hierarchical reservoirs based on the deconstruction of the cellular native microenvironment

The stem cell niche organization and dynamics provide valuable cues for the development of mimetic environments that could have potential to stimulate the regenerative process. We propose the use of biodegradable biomaterials to produce closed miniaturised structures able to encapsulate different cell types or bioactive molecules. In particular, capsules are fabricated using the so-called layer-by-layer technology, where the consecutive (nano-sized) layers are well stabilized by electrostatic interactions or other weak forces. Using alginate-based spherical templates containing cells or other elements (e.g. proteins, magnetic nanoparticles, microparticles) it is possible to produce liquefied capsules that may entrap the entire cargo under mild conditions. The inclusion of liquefied micropcapsules may be used to produce hierarchical compartmentalised systems for the delivery of bioactive agents. The presence of solid microparticles inside such capsules offers adequate surface area for adherent cell attachment increasing the biological performance of these hierarchical systems, while maintain both permeability and injectability. We demonstrated that the encapsulation of distinct cell types (including mesenchymal stem cells and endothelial cells) enhances the osteogenic capability of this system, that could be useful in bone tissue engineering applications.

Cellular cholesterol efflux mediated by HDL isolated from subjects with low HDL levels and coronary artery disease

OBJECTIVE: The aim of this study was to verify whether HDL particles isolated from patients with coronary artery disease (CAD) and low HDL-C had diminished ability to promote cholesterol efflux from cultured cells compared with HDL isolated from subjects without CAD and with normal HDL-C. METHODS: Smooth muscle cells isolated from human aortas cultured and radiolabeled with ³H-cholesterol were loaded with cholesterol and incubated with increasing concentrations of HDL isolated from 13 CAD patients with low HDL-C (CAD group) or from 5 controls without CAD (C group). Efflux of cellular cholesterol was measured by cellular depletion of radiolabeled cholesterol and by the appearance of ³H-cholesterol into experimental medium expressed as a percentage of total labeled cholesterol. RESULTS: Cholesterol efflux increased with the amount of HDL present in the medium, and no difference was found between groups at various HDL protein concentrations: efflux was 28 ± 6.3% (C) and 25.5 ± 8.9% (CAD) with 25 mg/mL; 34 ± 4.3% (C) and 31.9 ± 6.6% (CD) with 50 mg/mL and 39.5 ± 3.5% (C) and 37.1 ± 4.4% (CAD) with 100 mg/mL, HDL. CONCLUSION: Because the HDL fraction of CAD patients with low HDL-C have normal ability to extract cholesterol from cells of the vessel wall, it is suggested that low HDL-C atherogenicity should be ascribed to diminished concentrations of HDL particles rather than to the qualitative properties of the HDL fraction.

Mecanismos Celulares y Moleculares que regulan la Secreción, Proliferación y Muerte de Células Lactotropas. Cellular and molecular mechanisms that regulate secretion, proliferation and death of lactotroph cells.

El presente proyecto está dirigido a estudiar los mecanismos celulares y moleculares involucrados en la regulación de la población de lactotropas, como resultado del balance entre los procesos de proliferación y muerte celular correlacionados con la secreción de prolactina. Dentro de las vías de transducción de señales involucradas se determinará la activación de las diferentes isoformas de PKC utilizando inhibidores específicos y la participación de la vía MAPK-ERK1/2 en cultivos primarios adenohipofisarios y en la línea tumoral GH3B6. Además, se completará la caracterización morfológica y bioquímica de los diferentes procesos de muerte celular inducidos por bromocriptina en modelos de regresión de prolactinomas. Se incorporan al presente proyecto nuevas líneas de investigación dirigidas a estudiar la participación de receptores estrogénicos nucleares y de membrana sobre la actividad secretoria y proliferativa de células lactotropas. Se fija como objetivo la identificación de los mismos y su translocación intracelular en respuesta a estímulos específicos. Estas investigaciones se realizarán en cultivo primario de adenohipófisis, a nivel de microscopía electrónica y confocal. La participación de las isoformas alfa y beta de receptores estrogénicos intracelulares y de membrana en los efectos del estradiol sobre la proliferación y secreción de PRL se determinará mediante el uso de agonistas y antagonistas específicos en cultivo primario de adenohipófisis y de la línea GH3B6. Un tema de actualidad es el estudio de vías de señalización involucradas en las acciones del estrógeno en interacción con neuropéptidos o factores de crecimiento, estableciendo la interacción entre los receptores de membrana, además de posibles "crosstalk" entre diferentes rutas de transducción de señales. Como aporte a este tópico se propone estudiar los efectos genómicos y no genómicos del estradiol en interacción con TRH o FGF-2, modulando la actividad secretoria y proliferativa de las células lactotropas. Los datos obtenidos podrán contribuir al conocimiento de nuevas estrategias utilizadas para disminuir el crecimiento de tumores, inhibiendo moléculas claves como receptores de estrógenos, factores de crecimiento y algunas involucradas en las vías de señalización.

Aspectos bioquímicos y celulares de la reproducción de los vectores de la enfermedad de Chagas: regulación e importancia fisiológica. Biochemical and cellular aspects of the reproduction of Chagas’ disease vectors: regulation and physiologycal impact

En la hipótesis de trabajo del presente proyecto se considera la importancia del metabolismo de lípidos y proteínas en los insectos hematófagos, en particular en los vectores de la enfermedad de Chagas, para afrontar exitosamente la demanda energética de la reproducción. Las hembras de estas especies pueden ingerir una comida de sangre abundante en lípidos y proteínas, los que son modificados en el intestino para su utilización y posterior almacenamiento en estructuras organizadas en el tejido ovárico, sustentando así el rápido crecimiento de los ovocitos. Estos aspectos resultan críticos para el ciclo de vida del insecto y para el mantenimiento de la cadena epidemiológica de la enfermedad. En estas especies, recientemente hemos caracterizado a nivel bioquímico y celular la interacción entre lipoproteínas y tejidos [Fruttero y col., Insect Biochem. Mol. Biol. 39: 322-331 (2009); Fruttero y col. Biocel 33 (3): 260 (2009)] y las fases del ciclo reproductivo [Aguirre y col., J. Insect Physiol. 54: 393-402 (2008)]. No obstante, los factores que participan en su regulación son aún escasamente conocidos. En este contexto, el estudio propone emplear dos especies de triatominos con el objeto de: (1) caracterizar los factores involucrados en la formación y regulación de reservas nutricionales en los ovocitos; (2) analizar los eventos que participan en la regresión del tejido ovárico: atresia folicular y mecanismos de muerte celular. (3) evaluar el impacto de productos naturales (ureasas vegetales y péptidos derivados) en el desarrollo del tejido ovárico. Para la ejecución de los objetivos se llevarán a cabo ensayos in vivo e in vitro con trazadores fluorescentes, fraccionamiento subcelular, estudios de expresión de proteínas (mRNA y proteína), estudios histo-morfológicos, ultraestructurales e inmunocitoquímicos, microscopía láser confocalizada, ensayos de actividad enzimática, ELISA, western-blot, electroforesis bidimensional, espectrometria de masas en tándem, etc. También se evaluarán los mecanismos de muerte celular (apoptosis/autofagia) mediante microscopía electrónica, detección de apoptosis in situ (TUNEL), inmunofluorescencia, etc. Los resultados obtenidos permitirán un mejor conocimiento sobre la fisiología y bioquímica de estos vectores, los que resultan indispensables en el diseño de nuevas estrategias para su control. Debido a la carencia de un tratamiento específico para la enfermedad y a la falta de métodos preventivos (vacuna), el control del vector es una de las vías más importantes para reducir la incidencia de la enfermedad. Actualmente, la situación socio-económica que sufren amplios núcleos de nuestra población propicia condiciones de vida que facilitan la reproducción de los vectores y la transmisión vectorial del parásito. El estudio permitirá además explorar aspectos bioquímicos y celulares básicos, generando conocimientos que podrían ser extensivos a otros insectos de importancia económica en la ganadería y/o agricultura. The aim of this project is to analyze the biochemical and cellular events involved in the lipid and protein metabolism in Chagas' disease vectors, and to evaluate their impact on the physiology of reproduction, particularly in the formation of nutritional resources in developing oocytes. At present, little is known about these critical aspects for the life cycle of the insect and for the epidemiology of the disease. The experimental approaches, which will be carried out using two species of triatomines, were designed: (1) to characterize factors involved in the formation and regulation of nutritional resources in developing oocytes; (2) to analyze the biochemical and cellular events that play a role during the regression of ovarian tissue, including the processes of oocyte resorption and programmed cell death. (3) to evaluate the impact of natural products (ureases from jackbean and related peptides) in the development of ovarian tissue. Methods and techniques involved in the project are: in vivo and in vitro assays with fluorescent tracers, ELISA, chemical assays, enzyme activities, western-blot; protein expression (mRNA), histological techniques, immunohistochemical and ultrastructural studies. Cell death will be analyzed by detection of apoptosis in situ (TUNEL), immunofluorescence (for autophagy), among others. The results obtained from the study will offer the opportunity to explore important aspects in the biology and physiology of Chagas' disease vectors that could be of potential utility in designing alternative strategies for the control of the insect.

Cellular DBMS : customizable and autonomous data management using a RISC-style architecture

Magdeburg, Univ., Fak. für Informatik, Diss., 2011

Investigation of cellular mechanisms of hippocampal LTP and LTD

Synaptic tagging, Cross-tagging, LTP, LTD, rolipram

Desenvolupament d'hidrogels superficials que contenen motius d'adhesió cel·lular

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Departament d’Enginyeria Química del Massachusetts Institute of Technology entre abril i octubre del 2006. S’ha dissenyat i sintetitzat uns nous films polimèrics, amb aplicacions en l’àmbit de l’enginyeria de teixits, utilitzant la tècnica anomenada iCVD (initiated Chemical Vapor Deposition), prèviament desenvolupada pel grup receptor. Es tracta d’uns hidrogels superficials de gruix controlable, que incorporen un monòmer fluorat, el qual s’havia estudiat extensament en el grup d’origen. Aquest monòmer es caracteritza per reaccionar molt fàcilment amb pèptids, de manera que aquests queden units covalentment a la superfície. Diferents estratègies pel desenvolupament d’aquests copolímers han estat avaluades, tant des del punt de vista purament sintètic com de la pròpia aplicació. Les condicions de polimerització han estat optimitzades i els hidrogels s’han caracteritzat químicament per tècniques espectroscòpiques (FTIR, XPS), i físicament per angle de contacte i el·lipsometria. D’aquesta manera, s’ha estudiat la capacitat dels hidrogels d’absorbir aigua i alhora augmentar el seu gruix, depenent de la quantitat d’agent reticulant introduït i de la incorporació del nou monòmer. A continuació, s’han optimitzat les condicions de reacció d’aquestes superfícies amb pèptids que incorporen una molècula fluorescent, la qual permet detectar fàcilment per microscòpia de fluorescència si la reacció ha tingut lloc. Una vegada la plataforma ha estat posada a punt, s’han iniciat assajos cel·lulars tant amb fibroblasts embriònics de ratolí com amb cèl·lules humanes umbilicals. Els resultats preliminars suggereixen una morfologia diferent de les cèl·lules segons si es cultiven sobre films modificats amb pèptids que promouen l’adhesió cel·lular o sobre les seves seqüències permutades no actives. Però, el més interessant és que també s’han observat certes diferències depenent si els films contenen el component hidrogel o no, fet que suggeriria un paper actiu d’aquests noves superfícies en el comportament cel·lular.

Extracellular matrix components in peripheral nerve repair: how to affect neural cellular response and nerve regeneration?

Peripheral nerve injury is a serious problem affecting significantly patients' life. Autografts are the "gold standard" used to repair the injury gap, however, only 50% of patients fully recover from the trauma. Artificial conduits are a valid alternative to repairing peripheral nerve. They aim at confining the nerve environment throughout the regeneration process, and providing guidance to axon outgrowth. Biocompatible materials have been carefully designed to reduce inflammation and scar tissue formation, but modifications of the inner lumen are still required in order to optimise the scaffolds. Biomicking the native neural tissue with extracellular matrix fillers or coatings showed great promises in repairing longer gaps and extending cell survival. In addition, extracellular matrix molecules provide a platform to further bind growth factors that can be released in the system over time. Alternatively, conduit fillers can be used for cell transplantation at the injury site, reducing the lag time required for endogenous Schwann cells to proliferate and take part in the regeneration process. This review provides an overview on the importance of extracellular matrix molecules in peripheral nerve repair.

Superficial and deep changes of cellular mechanical properties following cytoskeleton disassembly.

The cytoskeleton, composed of actin filaments, intermediate filaments, and microtubules, is a highly dynamic supramolecular network actively involved in many essential biological mechanisms such as cellular structure, transport, movements, differentiation, and signaling. As a first step to characterize the biophysical changes associated with cytoskeleton functions, we have developed finite elements models of the organization of the cell that has allowed us to interpret atomic force microscopy (AFM) data at a higher resolution than that in previous work. Thus, by assuming that living cells behave mechanically as multilayered structures, we have been able to identify superficial and deep effects that could be related to actin and microtubule disassembly, respectively. In Cos-7 cells, actin destabilization with Cytochalasin D induced a decrease of the visco-elasticity close to the membrane surface, while destabilizing microtubules with Nocodazole produced a stiffness decrease only in deeper parts of the cell. In both cases, these effects were reversible. Cell softening was measurable with AFM at concentrations of the destabilizing agents that did not induce detectable effects on the cytoskeleton network when viewing the cells with fluorescent confocal microscopy. All experimental results could be simulated by our models. This technology opens the door to the study of the biophysical properties of signaling domains extending from the cell surface to deeper parts of the cell.