Engineering an improved adenovirus packaging cell line

Recombinant human adenovirus (Ad) vectors are being extensively explored for their use in gene therapy and recombinant vaccines. Ad vectors are attractive for many reasons, including the fact that (1) they are relatively safe, based on their use as live oral vaccines, (2) they can accept large transgene inserts, (3) they can infect dividing and postmitotic cells, and (4) they can be produced to high titers. However, there are also a number of major problems associated with Ad vectors, including transient foreign gene expression due to host cellular immune responses, problems with humoral immunity, and the creation of replication competent adenoviruses (RCA). Most Ad vectors contain deletions in the E1 region that allow for insertion of a transgene. However, the E1 gene products are required for replication and thus must be supplied in trans by a helper ceillille that will allow for the growth and packaging of the defective virus. For this purpose the 293 cell line (Graham et al., 1977) is used most often; however, homologous recombination between the vector and the cell line often results in the generation of RCA. The presence of RCA in batches of adenoviral vectors for clinical use is a safety risk because tlley . may result in the mobilization and spread of the replication-defective vector viruses, and in significant tissue damage and pathogenicity. The present research focused on the alteration of the 293 cell line such that RCA formation can be eliminated. The strategy to modify the 293 cells involved the removal of the first 380 bp of the adenovirus genome through the process of homologous recombination. The first step towards this goal involved identifying and cloning the left-end cellular-viral jUl1ction from 293 cells to assemble sequences required for homologous recombination. Polymerase chain reaction (PCR) was performed to clone the junction, and the clone was verified through sequencing. The plasn1id PAM2 was then constructed, which served as the targeting cassette used to modify the 293 cells. The cassette consisted of (1) the cellular-viral junction as the left-end region of homology, (2) the neo gene to use for positive selection upon tranfection into 293 cells, (3) the adenoviral genome from bp 380 to bp 3438 as the right-end region of homology, and (4) the HSV-tk gene to use for negative selection. The plasmid PAM2 was linearized to produce a double strand break outside the region of homology, and transfected into 293 cells using the calcium-phosphate technique. Cells were first selected for their resistance to the drug G418, and subsequently for their resistance to the drug Gancyclovir (GANC). From 17 transfections, 100 pools of G418f and GANCf cells were picked using cloning lings and expanded for screening. Genomic DNA was isolated from the pools and screened for the presence of the 380 bps using PCR. Ten of the most promising pools were diluted to single cells and expanded in order to isolate homogeneous cell lines. From these, an additional 100 G41Sf and GANef foci were screened. These preliminary screening results appear promising for the detection of the desired cell line. Future work would include further cloning and purification of the promising cell lines that have potentially undergone homologous recombination, in order to isolate a homogeneous cell line of interest.

Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Offline Emergence Engineering For Agent Societies

Many examples for emergent behaviors may be observed in self-organizing physical and biological systems which prove to be robust, stable, and adaptable. Such behaviors are often based on very simple mechanisms and rules, but artificially creating them is a challenging task which does not comply with traditional software engineering. In this article, we propose a hybrid approach by combining strategies from Genetic Programming and agent software engineering, and demonstrate that this approach effectively yields an emergent design for given problems.

Apatite-Polymer Composites for the Controlled Dual Delivery of BMP-2 and BMP-6 for Bone Tissue Engineering

The release of growth factors from tissue engineering scaffolds provides signals that influence the migration, differentiation, and proliferation of cells. The incorporation of a drug delivery platform that is capable of tunable release will give tissue engineers greater versatility in the direction of tissue regeneration. We have prepared a novel composite of two biomaterials with proven track records - apatite and poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) – as a drug delivery platform with promising controlled release properties. These composites have been tested in the delivery of a model protein, bovine serum albumin (BSA), as well as therapeutic proteins, recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and rhBMP-6. The controlled release strategy is based on the use of a polymer with acidic degradation products to control the dissolution of the basic apatitic component, resulting in protein release. Therefore, any parameter that affects either polymer degradation or apatite dissolution can be used to control protein release. We have modified the protein release profile systematically by varying the polymer molecular weight, polymer hydrophobicity, apatite loading, apatite particle size, and other material and processing parameters. Biologically active rhBMP-2 was released from these composite microparticles over 100 days, in contrast to conventional collagen sponge carriers, which were depleted in approximately 2 weeks. The released rhBMP-2 was able to induce elevated alkaline phosphatase and osteocalcin expression in pluripotent murine embryonic fibroblasts. To augment tissue engineering scaffolds with tunable and sustained protein release capabilities, these composite microparticles can be dispersed in the scaffolds in different combinations to obtain a superposition of the release profiles. We have loaded rhBMP-2 into composite microparticles with a fast release profile, and rhBMP-6 into slow-releasing composite microparticles. An equi-mixture of these two sets of composite particles was then injected into a collagen sponge, allowing for dual release of the proteins from the collagenous scaffold. The ability of these BMP-loaded scaffolds to induce osteoblastic differentiation in vitro and ectopic bone formation in a rat model is being investigated. We anticipate that these apatite-polymer composite microparticles can be extended to the delivery of other signalling molecules, and can be incorporated into other types of tissue engineering scaffolds.

Biological Routes to Gold Nanoplates

Much effort has been devoted to the synthesis of gold nanoparticles with different shapes, including the zero-dimensional nanospheres, one dimensional nanorods, and two-dimensional nanoplates. Compared to zero or one dimensional nanostructures, the synthesis of two-dimensional nanostructures in high yield has always been more involved, often requiring complex and time-consuming steps such as morphology transformation from the nanospheres, or the seeded growth process. Herein we report a high yield method for gold nanoplate synthesis using the extract of unicellular green alga Chlorella vulgaris, which can be carried out under ambient conditions. More than 90% of the total nanoparticle population is of the platelet morphology, surpassing the previously reported value of 45%. The control of the anisotropic growth of different planes; as well as the lateral size, has also been partially optimized.

Cell-line Engineering of Chinese Hamster Ovary Cells for Low-temperature Culture

Developments in mammalian cell culture and recombinant technology has allowed for the production of recombinant proteins for use as human therapeutics. Mammalian cell culture is typically operated at the physiological temperature of 37°. However, recent research has shown that the use of low-temperature conditions (30-33°) as a platform for cell-culture results in changes in cell characteristics, such as increased specific productivity and extended periods of cell viability, that can potentially improve the production of recombinant proteins. Furthermore, many recent reports have focused on investigating low-temperature mammalian cell culture of Chinese hamster ovary (CHO) cells, one of the principal cell-lines used in industrial production of recombinant proteins. Exposure to low ambient temperatures exerts an external stress on all living cells, and elicits a cellular response. This cold-stress response has been observed in bacteria, plants and mammals, and is regulated at the gene level. The exact genes and molecular mechanisms involved in the cold-stress response in prokaryotes and plants have been well studied. There are also various reports that detail the modification of cold-stress genes to improve the characteristics of bacteria or plant cells at low temperatures. However, there is very limited information on mammalian cold-stress genes or the related pathways governing the mammalian cold-stress response. This project seeks to investigate and characterise cold-stress genes that are differentially expressed during low-temperature culture of CHO cells, and to relate them to the various changes in cell characteristics observed in low-temperature culture of CHO cells. The gene information can then be used to modify CHO cell-lines for improved performance in the production of recombinant proteins.

Inverse Metabolic Engineering of Synechocystis PCC 6803 for Improved Growth Rate and Poly-3-hydroxybutyrate Production

Synechocystis PCC 6803 is a photosynthetic bacterium that has the potential to make bioproducts from carbon dioxide and light. Biochemical production from photosynthetic organisms is attractive because it replaces the typical bioprocessing steps of crop growth, milling, and fermentation, with a one-step photosynthetic process. However, low yields and slow growth rates limit the economic potential of such endeavors. Rational metabolic engineering methods are hindered by limited cellular knowledge and inadequate models of Synechocystis. Instead, inverse metabolic engineering, a scheme based on combinatorial gene searches which does not require detailed cellular models, but can exploit sequence data and existing molecular biological techniques, was used to find genes that (1) improve the production of the biopolymer poly-3-hydroxybutyrate (PHB) and (2) increase the growth rate. A fluorescence activated cell sorting assay was developed to screen for high PHB producing clones. Separately, serial sub-culturing was used to select clones that improve growth rate. Novel gene knock-outs were identified that increase PHB production and others that increase the specific growth rate. These improvements make this system more attractive for industrial use and demonstrate the power of inverse metabolic engineering to identify novel phenotype-associated genes in poorly understood systems.

Outthinking and enhancing biological brains

In this paper an attempt has been made to take a look at. how the use of implant and electrode technology can now be employed to create biological brains for robots, to enable human enhancement and to diminish the effects of certain neural illnesses. In all cases the end result is to increase the range of abilities of the recipients. An indication is given of a number of areas in which such technology has already had a profound effect, a key element being the need for a clear interface linking the human brain directly with a computer. An overview of some of the latest developments in the field of Brain to Computer Interfacing is also given in order to assess advantages and disadvantages. The emphasis is clearly placed on practical studies that have been and are being undertaken and reported on, as opposed to those speculated, simulated or proposed as future projects. Related areas are discussed briefly only in the context of their contribution to the studies being undertaken. The area of focus is notably the use of invasive implant technology, where a connection is made directly with the cerebral cortex and/or nervous system. Tests and experimentation which do not involve human subjects are invariably carried out a priori to indicate the eventual possibilities before human subjects are themselves involved. Some of the more pertinent animal studies from this area are discussed including our own involving neural growth. The paper goes on to describe human experimentation, in which neural implants have linked the human nervous system bi-directionally with technology and the internet. A view is taken as to the prospects for the future for this implantable computing in terms of both therapy and enhancement.

Methods for kinematic modeling of biological and robotic systems

The main objective is to develop methods that automatically generate kinematic models for the movements of biological and robotic systems. Two methods for the identification of the kinematics are presented. The first method requires the elimination of the displacement variables that cannot be measured while the second method attempts to estimate the changes in these variables. The methods were tested using a planar two-revolute-joint linkage. Results show that the model parameters obtained agree with the actual parameters to within 5%. Moreover, the methods were applied to model head and neck movements in the sagittal plane. The results indicate that these movements are well modeled by a two-revolute-joint system. A spatial three-revolute-joint model was also discussed and tested.

Engineering a plant community to deliver multiple ecosystem services

The sustainable delivery of multiple ecosystem services requires the management of functionally diverse biological communities. In an agricultural context, an emphasis on food production has often led to a loss of biodiversity to the detriment of other ecosystem services such as the maintenance of soil health and pest regulation. In scenarios where multiple species can be grown together, it may be possible to better balance environmental and agronomic services through the targeted selection of companion species. We used the case study of legume-based cover crops to engineer a plant community that delivered the optimal balance of six ecosystem services: early productivity, regrowth following mowing, weed suppression, support of invertebrates, soil fertility building (measured as yield of following crop), and conservation of nutrients in the soil. An experimental species pool of 12 cultivated legume species was screened for a range of functional traits and ecosystem services at five sites across a geographical gradient in the United Kingdom. All possible species combinations were then analyzed, using a process-based model of plant competition, to identify the community that delivered the best balance of services at each site. In our system, low to intermediate levels of species richness (one to four species) that exploited functional contrasts in growth habit and phenology were identified as being optimal. The optimal solution was determined largely by the number of species and functional diversity represented by the starting species pool, emphasizing the importance of the initial selection of species for the screening experiments. The approach of using relationships between functional traits and ecosystem services to design multifunctional biological communities has the potential to inform the design of agricultural systems that better balance agronomic and environmental services and meet the current objective of European agricultural policy to maintain viable food production in the context of the sustainable management of natural resources.

Investigation of a new GRASP-based clustering algorithm applied to biological data

A large amount of biological data has been produced in the last years. Important knowledge can be extracted from these data by the use of data analysis techniques. Clustering plays an important role in data analysis, by organizing similar objects from a dataset into meaningful groups. Several clustering algorithms have been proposed in the literature. However, each algorithm has its bias, being more adequate for particular datasets. This paper presents a mathematical formulation to support the creation of consistent clusters for biological data. Moreover. it shows a clustering algorithm to solve this formulation that uses GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure). We compared the proposed algorithm with three known other algorithms. The proposed algorithm presented the best clustering results confirmed statistically. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Bifurcation analysis of a model for biological control

In this paper we study the Lyapunov stability and Hopf bifurcation in a biological system which models the biological control of parasites of orange plantations. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

1,4-Dioxane enhances properties and biocompatibility of polyanionic collagen for tissue engineering applications

Polyanionic collagen obtained from bovine pericardial tissue submitted to alkaline hydrolysis is an acellular matrix with strong potential in tissue engineering. However, increasing the carboxyl content reduces fibril formation and thermal stability compared to the native tissues. In the present work, we propose a chemical protocol based on the association of alkaline hydrolysis with 1,4-dioxane treatment to either attenuate or revert the drastic structural modifications promoted by alkaline treatments. For the characterization of the polyanionic membranes treated with 1,4-dioxane, we found that (1) scanning electron microscopy (SEM) shows a stronger reorientation and aggregation of collagen microfibrils; (2) histological evaluation reveals recovering of the alignment of collagen fibers and reassociation with elastic fibers; (3) differential scanning calorimetry (DSC) shows an increase in thermal stability; and (4) in biocompatibility assays there is a normal attachment, morphology and proliferation associated with high survival of the mouse fibroblast cell line NIH3T3 in reconstituted membranes, which behave as native membranes. Our conclusions reinforce the ability of 1,4-dioxane to enhance the properties of negatively charged polyanionic collagen associated with its potential use as biomaterials for grafting, cationic drug- or cell-delivery systems and for the coating of cardiovascular devices.