Developing a three-dimensional in-vitro cell culture model for studying breast and prostate cancer using starPEG-heparin hydrogels

Introduction Hydrogels prepared from poly(ethylene glycol) (PEG) and maleimide-functionalized heparin provide a potential matrix for use in developing three dimensional (3D) models. We have previously demonstrated that these hydrogels support the cultivation of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) (1). We extend this body of work to study the ability to create an extracellular matrix (ECM)-like model to study breast and prostate cancer cell growth in 3D. Also, we investigate the ability to produce a tri-culture mimicking tumour angiogenesis with cancer spheroids, HUVECs and mesenchymal stem cells (MSC). Materials and Methods The breast cancer cell lines, MCF-7 and MDA-MB-231, and prostate cancer cell lines, LNCaP and PC3, were seeded into starPEG-heparin hydrogels and grown for 14 Days to analyse the effects of varying hydrogel stiffness on spheroid development. Resulting hydrogel constructs were analyzed via Alamar Blue assays, light microscopy, and immunofluorescence staining for cytokeratin 8/18, Ki67 and E-Cadherin. Cancer cell lines were then pre-grown in hydrogels for 5-7 days and then re-seeded into starPEG-heparin hydrogels functionalised with RGD, SDF-1, bFGF and VEGF as spheroids with HUVECs and MSC and grown for 14 days as a tri-culture in Endothelial Cell Growth Medium (ECGM; Promocell). Cell lines were also seeded as a single cell suspension into the functionalised tri-culture system. Cultures were fixed in 4% paraformaldehyde and analysed via immunostaining for Von Willebrand Factor and CD31, as well as the above mentioned markers, and observed using confocal microscopy. Results Cultures prepared in MMP-cleavable starPEG-heparin hydrogels display spheroid formation in contrast to adherent growth on tissue culture plastic. Small differences were visualised in cancer spheroid growth between different gel stiffness across the range of cell lines. Cancer cell lines were able to be co-cultivated with HUVECs and MSC. HUVEC tube formation and cancer line spheroid formation occured after 3-4 days. Interaction was visualised between tumours and HUVECs via confocal microscopy. Slightly increased interaction was seen between cancer tumours and micro-vascular tubes when seeded as single cells compared with the pre-formed spheroid approach. Further studies intend to utilise cytokine gradients to further optimise the ECM environment of in situ tumour angiogenesis. Discussion and Conclusions Our results confirm the suitability of hydrogels constructed from starPEG-heparin for HUVECs and MSC co-cultivation with cancer cell lines to study cell-cell and cell-matrix interactions in a 3D environment. This represents a step forward in the development of 3D culture models to study the pathomechanisms of breast and prostate cancer. References 1. Tsurkan MV, Chwalek K, Prokoph S, Zieris A, Levental KR, Freudenberg U, Werner C. Advanced Materials. 25, 2606-10, 2013. Disclosures The authors declare no conflicts of interest

Inconsistent Transmission of Banana Bunchy Top Virus in Micropropagated Bananas and its Implication for Germplasm Screening

Banana bunchy top virus (BBTV) was readily transmitted through tissue culture in banana (Mum sp.) cv. Lady finger (AAB) and Cavendish cv. Williams (AAA). Lines derived from infected and healthy field plants had similar in vitro multiplication rates. BBTV infected in vitro cultures displayed symptoms of stunting, leaf curling, chlorotic and green flecks, and poor root growth. Symptoms became milder with time, and were often difficult to discern in older, rapidly multiplying cultures. A triple antibody sandwich ELISA using polyclonal and monoclonal antibodies was very efficient for detecting BBTV in vitro. Symptomless, ELISA-negative plants arose in 10 out of 11 lines derived from BBTV-infected field plants and first appeared after 9 months continuous in vitro culture at a constant 28OC. Meristem tip culture or heat therapy was not used. These plants remained symptomless and ELISA-negative after planting out in the glasshouse (individual plants checked for up to 16 months). The implications of this inconsistent transmission of BBTV for germplasm indexing and exchange are discussed.

Clonal propagation and storage of subtropical pines in Queensland, Australia

Clonal forestry is the approach used for deployment of Pinus elliottii x P. caribaea hybrids in Queensland, Australia. Clonal forestry relies on the ability to maintain juvenility of stock plants while selections are made in field tests, so that genetic gains are not eroded by the effects of stock plant maturation. Two parallel approaches are employed in Queensland to maintain juvenility of clonal material. Firstly, the ortet and several ramets of each clone are maintained as archive hedges <20-cm height for the duration of field tests. Secondly, shoots from archive hedges are stored in tissue culture at low temperature and low irradiance to slow growth and slow maturation. Once the best clones have been identified, production hedges are derived from both archive hedges and tissue culture shoots. About 6 million rooted cuttings are produced annually, representing almost the entire planting program of Pinus in subtropical Queensland.

Quantifying differences between treated and untreated coir substrate

The aim of this project was to quantify differences between treated and untreated coir (coconut industrial residues) products and to identify differences in growth, yield and quality of cut flowers grown in different coir products. This has been brought about largely by the concern that some coir products, washed in low quality (saline) water may have detrimental effects on plant productivity and quality. There is concern in the flower production industry and among media suppliers, that lower quality products are favoured due to price alone, which as this project shows is a false economy. Specifically the project examined: • Differences in physical and chemical properties of treated and untreated coir along with another commonly used growing media in the flower industy; • Potential improvements in yield and quality of Gerbera (Gerbera jamesonii); • Potential differences in vase life of Gerbera as a result of the different growing media; and • Cost-benefit implications of treated (more expensive) coir substrate products versus untreated (less expensive) coir including any subsequent differences in yield and quality. By first examining the physical and some chemical properties of different coir substrates and other industry standard media, the researchers have been able to validate the concerns raised about the potential quality issues in coir based growing media. There was a great deal of variation in both the electrical conductivity and sodium contents. Physical properties were also variable as expected since manufacturers are able to target the specific physical preferences of plants through manipulation of the particle size distribution. A field trial was conducted under protected cropping practices in which three growing media were compared in terms of total productivity and also flower quality parameters such as stem length, flower diameter and vase life. The trial was a completely randomised design with the three growing media comprising treated coir discs, untreated coir discs and a pine bark coir mix. Four cultivars of Gerbera were assessed: Balance®; Carambole®; Dune® and Picobello®, all new products from Florist de Kwakel B.V., Denmark. Initial expansion from tissue culture was conducted at the Highsun Express Facility, Ormiston, Queensland. The trial included 12 replications of each cultivar in each media (a total of 144 plants) to ensure all data collected, and the derived conclusions were statistically rigorous. The coir supplied with no pre-treatment or buffering produced significantly less flowers than those grown in a pine bark coir mix or the pre-treated coir. Interestingly, the pine bark coir mix produced a greater number of flowers. However, the flowers produced in the pine bark coir mix were generally a shorter length stem. Productivity data, combined with flower quality data and component costs were all analysed through a cost/benefit economic model which showed that the greater revenue from better stem length outweighed the stem numbers, giving a cost benefit ratio of 2.58 for treated coir, 2.49 for untreated coir and 2.52 for pine bark coir mix. While this does not seem a large difference, when considering the number of plants a producer maintains can be upwards of 50,000 the difference in revenue would be, at a minimum $60,000 in this example. In conclusion, this project has found that there are significant effects on plant health, growth, yield and quality between those grown in treated and untreated coir. The outcome being growers can confidently invest in more expensive treated products with the assurance that benefits will outweigh initial cost. It is false economy to favour untreated coir products based on price alone. Producers should ensure they fully understand the production processes when purchasing growing media. Rather than targeting lower priced materials, it is recommended that quality be the highest priority in making this management decision. In making recommendations for future research and development it was important to consider conclusions from other researchers as well as those of the current project. It has been suggested that the media has greater longevity, which although not captured in this study could also lead to further cost efficiencies. Assessment of the products over a longer time period, and using a wider range of plant species are the major recommendations for further research to ensure greater understanding as to the importance in choosing the right growing media to meet specific needs.

Virus identification and development of long-term management strategies for the rhubarb industry

The purpose of this report is to present the final results of all activities conducted under HAL Project VG05053 ‘Virus identification and development of long-term management strategies for the rhubarb industry’. The report provides a summary of project findings, a description of technology transfer activities, and recommendations arising from the outcomes of the project. The overall objective of this project was to devise a strategy for the control of rhubarb decline disease through 1) knowledge of the viruses present and their epidemiology, 2) production of virus-free planting material via tissue culture, and 3) formation of a national grower group to represent industry.

Quorum sensing in the plant pathogen Erwinia carotovora subsp. carotovora

Erwinia carotovora subsp. carotovora (Ecc) is a Gram-negative enterobacterium that causes soft-rot in potato and other crops. The main virulence determinants, the extracellular plant cell wall -degrading enzymes (PCWDEs), lead to plant tissue maceration. In order to establish a successful infection the production of PCWDEs are controlled by a complex regulatory network, including both specific and global activators and repressors. One of the most important virulence regulation systems in Ecc is mediated by quorum sensing (QS), which is a population density -dependent cell-to-cell communication mechanism used by many Gram-negative bacteria. In these bacteria N-acylhomoserine lactones (AHSL), act as diffusible signaling molecules enabling communication between bacterial cells. The AHSLs are structurally diverse and differ in their acyl chain length. This gives the bacteria signaling specificity and enables the recognition and communication within its own species. In order to detect and respond to the AHSLs the bacteria use QS regulators, LuxR-type proteins. The aim of this study was to get a deeper understanding of the Ecc QS system. In the first part of the study we showed that even different strains of Ecc use different dialects and of physiological concentrations, only the cognate AHSL with the correct acyl chain is recognized as a signal that can switch on virulence genes. The molecular basis of the substrate specificity of the AHSL synthase ExpI was investigated in order to recognize the acyl chain length specificity determinants of distinct AHSL synthases. Several critical residues that define the size of the substrate-binding pocket were identified. We demonstrated that in the ExpISCC1 mutations M127T and F69L are sufficient to change the N-3-oxohexanoyl-L-homoserine lactone producing ExpISCC1 to an N-3-oxooctanoyl-L-homoserine lactone (3-oxo-C8-HSL) producing enzyme. In the second study the means of sensing specificity and response to the AHSL signaling molecule were investigated. We demonstrated that the AHSL receptor ExpR1 of Ecc strain SCC3193 has strict specificity for the cognate AHSL 3-oxo-C8-HSL. In addition we identified a second AHSL receptor ExpR2 with a novel property to sense AHSLs with different acyl chain lengths. In the absence of AHSLs ExpR1 and ExpR2 were found to act synergistically to repress the virulence gene expression. This repression was shown to be released by addition of AHSLs and appears to be largely mediated by the global negative regulator RsmA. In the third study random transposon mutagenesis was used to widen the knowledge of the Ecc QS regulon. Two new QS-controlled target genes, encoding a DNA-binding regulator Hor and a plant ferredoxin-like protein FerE, were identified. The QS control of the identified genes was executed by the QS regulators ExpR1 and ExpR2 and as expression of PCWDE genes mediated by the RsmA repressor. Hor was shown to contribute to bacterial virulence at least partly through its control of PCWDE production, while FerE was shown to contribute to oxidative stress tolerance and in planta fitness of the bacteria. In addition our results suggest that QS is central to the control of oxidative stress tolerance in Ecc. In conclusion, these results indicate that Ecc strain SCC3193 is able to react and respond both to the cognate AHSL signal and the signals produced by other bacterial species, in order to control a wide variety of functions in the plant pathogen Ecc.

Lignin biosynthesis in Norway spruce: from a model system to the tree

Lignin is a hydrophobic polymer that is synthesised in the secondary cell walls of all vascular plants. It enables water conduction through the stem, supports the upright growth habit and protects against invading pathogens. In addition, lignin hinders the utilisation of the cellulosic cell walls of plants in pulp and paper industry and as forage. Lignin precursors are synthesised in the cytoplasm through the phenylpropanoid pathway, transported into the cell wall and oxidised by peroxidases or laccases to phenoxy radicals that couple to form the lignin polymer. This study was conducted to characterise the lignin biosynthetic pathway in Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.). We focused on the less well-known polymerisation stage, to identify the enzymes and the regulatory mechanisms that are involved. Available data for lignin biosynthesis in gymnosperms is scarce and, for example, the latest improvements in precursor biosynthesis have only been verified in herbaceous plants. Therefore, we also wanted to study in detail the roles of individual gene family members during developmental and stress-induced lignification, using EST sequencing and real-time RT-PCR. We used, as a model, a Norway spruce tissue culture line that produces extracellular lignin into the culture medium, and showed that lignin polymerisation in the tissue culture depends on peroxidase activity. We identified in the culture medium a significant NADH oxidase activity that could generate H2O2 for peroxidases. Two basic culture medium peroxidases were shown to have high affinity to coniferyl alcohol. Conservation of the putative substrate-binding amino acids was observed when the spruce peroxidase sequences were compared with other peroxidases with high affinity to coniferyl alcohol. We also used different peroxidase fractions to produce synthetic in vitro lignins from coniferyl alcohol; however, the linkage pattern of the suspension culture lignin could not be reproduced in vitro with the purified peroxidases, nor with the full complement of culture medium proteins. This emphasised the importance of the precursor radical concentration in the reaction zone, which is controlled by the cells through the secretion of both the lignin precursors and the oxidative enzymes to the apoplast. In addition, we identified basic peroxidases that were reversibly bound to the lignin precipitate. They could be involved, for example, in the oxidation of polymeric lignin, which is required for polymer growth. The dibenzodioxocin substructure was used as a marker for polymer oxidation in the in vitro polymerisation studies, as it is a typical substructure in wood lignin and in the suspension culture lignin. Using immunolocalisation, we found the structure mainly in the S2+S3 layers of the secondary cell walls of Norway spruce tracheids. The structure was primarily formed during the late phases of lignification. Contrary to the earlier assumptions, it appears to be a terminal structure in the lignin macromolecule. Most lignin biosynthetic enzymes are encoded for by several genes, all of which may not participate in lignin biosynthesis. In order to identify the gene family members that are responsible for developmental lignification, ESTs were sequenced from the lignin-forming tissue culture and developing xylem of spruce. Expression of the identified lignin biosynthetic genes was studied using real-time RT-PCR. Candidate genes for developmental lignification were identified by a coordinated, high expression of certain genes within the gene families in all lignin-forming tissues. However, such coordinated expression was not found for peroxidase genes. We also studied stress-induced lignification either during compression wood formation by bending the stems or after Heterobasidion annosum infection. Based on gene expression profiles, stress-induced monolignol biosynthesis appeared similar to the developmental process, and only single PAL and C3H genes were specifically up-regulated by stress. On the contrary, the up-regulated peroxidase genes differed between developmental and stress-induced lignification, indicating specific responses.

Enhanced Metastatic Potential in a 3D Tissue Scaffold toward a Comprehensive in Vitro Model for Breast Cancer Metastasis

Metastasis is clinically the most challenging and lethal aspect of breast cancer. While animal-based xenograft models are expensive and time-consuming, conventional two-dimensional (2D) cell culture systems fail to mimic in vivo signaling. In this study we have developed a three-dimensional (3D) scaffold system that better mimics the topography and mechanical properties of the breast tumor, thus recreating the tumor microenvironment in vitro to study breast cancer metastasis. Porous poly(e-caprolactone) (PCL) scaffolds of modulus 7.0 +/- 0.5 kPa, comparable to that of breast tumor tissue were fabricated, on which MDA-MB-231 cells proliferated forming tumoroids. A comparative gene expression analysis revealed that cells growing in the scaffolds expressed increased levels of genes implicated in the three major events of metastasis, viz., initiation, progression, and the site-specific colonization compared to cells grown in conventional 2D tissue culture polystyrene (TCPS) dishes. The cells cultured in scaffolds showed increased invasiveness and sphere efficiency in vitro and increased lung metastasis in vivo. A global gene expression analysis revealed a significant increase in the expression of genes involved in cell cell and cell matrix interactions and tissue remodeling, cancer inflammation, and the PI3K/Akt, Wnt, NF-kappaB, and HIFI signaling pathways all of which are implicated in metastasis. Thus, culturing breast cancer cells in 3D scaffolds that mimic the in vivo tumor-like microenvironment enhances their metastatic potential. This system could serve as a comprehensive in vitro model to investigate the manifold mechanisms of breast cancer metastasis.

Produção in vitro e criopreservação de raízes de Cleome rosea Vahl (Capparaceae)

Cleome rosea é uma espécie nativa, de porte herbáceo, ocorrente em restingas brasileiras. Estudos recentes têm revelado o potencial medicinal da espécie para importantes propriedades farmacológicas, como por exemplo, as atividades anti-inflamatória, antigenotóxica, antiviral e antibacteriana. Porém, nos últimos anos, C. rosea não tem sido encontrada em várias regiões de seu ambiente natural, devido, principalmente, às ações antrópicas. Dessa forma, torna-se relevante o desenvolvimento de métodos de conservação que permitam o estudo e exploração das propriedades medicinais da espécie. O cultivo in vitro de raízes representa uma forma eficiente para produção de biomassa, devido ao rápido crescimento, produção estável de metabólitos, além de representar uma potencial fonte de explantes para a propagação em massa de diferentes espécies. O presente trabalho teve como objetivo a produção in vitro de culturas de raízes de C. rosea, associada à criopreservação, como forma de manutenção em longo prazo das culturas, monitorada através da análise de estabilidade genética. As culturas estabelecidas a partir de explantes radiculares de plantas propagadas in vitro de C. rosea demonstraram excelente capacidade de multiplicação de raízes em meio de cultura suplementado com o fitorregulador ANA, com manutenção dessa capacidade ao longo de sucessivas subculturas. Associado a esses resultados, o estabelecimento de protocolos de criopreservação pelo método de vitrificação resultou em elevados valores de frequência de recuperação do material após congelamento em nitrogênio líquido com as soluções de vitrificação PVS2 e PVS3. Os estudos de monitoramento da estabilidade genética, pela técnica de marcadores moleculares RAPD, revelaram a presença de polimorfismos significativos em uma das três culturas iniciadas a partir de raízes de C. rosea criopreservadas. Esses resultados demonstram as possibilidades de produção de raízes de C. rosea e conservação em longo prazo através da criopreservação, iniciando estudos inéditos para a espécie.

Cultura de tecidos desdiferenciados e embriões somáticos de Petiveria alliacea L. visando à produção de substâncias bioativas

Petiveria alliacea L. pertence à família Phytolaccacceae e é conhecida popularmente como guiné ou amansa-senhor, entre outros nomes. Tem sido muito utilizada na medicina popular como agente terapêutico, devido à diversas propriedades farmacológicas. Estudos fitoquímicos têm contribuído para a descoberta de grande variedade de substâncias biologicamente ativas produzidas em diferentes partes da planta (saponinas, alcalóides, flavonóides, sulfetos, taninos, cumarinas, entre outros). A análise química da raiz tem revelado grande quantidade de derivados sulfurados, principalmente o dibenzil trissulfeto (DTS), com atividade antifúngica, antibacteriana, antioxidante e anticancerígena. Visando avaliar a produção biotecnológica do DTS, o presente trabalho teve como objetivo, otimizar a cultura de novas linhagens de calos, células em suspensão e embriões somáticos, a partir de plantas de P. alliacea L. mantidas in vitro, com o monitoramento da capacidade biossintética das culturas. Os resultados mostraram que a produção de calos friáveis foi possível em explantes foliares inoculados em meio MS suplementado com PIC ou 2,4-D. Além da resposta calogênica, foi observada a produção de estruturas globulares caracterizadas como embriões somáticos. A ocorrência de embriogênese somática direta foi confirmada através da análise histológica do processo regenerativo. A indução de embriões somáticos gerou um processo de embriogênese secundária altamente repetitivo até 150 dias de cultura e conversão a plantas em freqüência de 5%. Em relação à cultura de células em suspensão a partir dos calos friáveis, observou-se uma diminuição do crescimento celular ao longo das subculturas. As culturas em suspensão originadas de tecido embriogênico secundário continuaram o processo repetitivo em meio líquido e apresentaram conversão a plantas em taxas mais baixas que as obtidas em meio sólido. A obtenção de plantas completas a partir dos embriões somáticos demonstrou a possibilidade de utilização desse sistema para a micropropagação dessa espécie. O monitoramento fitoquímico dos sistemas de cultura in vitro e plantas de campo mantidas em casa de vegetação durante 02 anos apresentou diferenças significativas, confirmando que a cultura de tecidos pode alterar as rotas metabólicas. A cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas realizada com extrato em diclorometano de embriões secos e hexânico de embriões frescos e raízes secas de plantas provenientes de embriões somáticos, demonstrou a presença do DTS, constituindo, portanto, sistemas in vitro importantes para a modulação desta substância.

Avaliação do potencial antimalárico de Norantea brasiliensis Choisy (Marcgraviaceae) cultivada in vitro e in vivo

A malária é uma doença infecciosa causada por protozoários do gênero Plasmodium, transmitidos ao homem, principalmente, através da picada do mosquito infectado. O tratamento é realizado por meio do uso de drogas, como a cloroquina, uma vez que não há vacina eficiente contra a doença. Porém, a resistência dos parasitos aos medicamentos tem levado à busca por novas substâncias com atividade antimalárica, inclusive de origem vegetal. Nesse contexto, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a atividade antimalárica de extratos metanólicos de Norantea brasiliensis cultivada sob condições in vivo e in vitro, espécie nativa ocorrente em restingas, com potencial medicinal já comprovado para várias atividades. Foram desenvolvidos protocolos de calogênese e cultura de raízes da espécie visando à definição de um sistema de produção de metabólitos. Para a cultura in vitro, explantes foram inoculados em meio líquido e sólido contendo diferentes fitorreguladores e concentrações. A partir da cultura de tecidos, foram testados extratos do material produzido biotecnologicamente para comparação com o material botânico cultivado no campo. Os testes sobre o potencial antimalárico foram realizados in vivo, utilizando-se camundongos infectados pelo Plasmodium berghei ANKA, e in vitro utilizando o Plasmodium falciparum. Em seguida foram administrados a cloroquina e os extratos vegetais. A parasitemia foi observada seguindo os protocolos já estabelecidos pelo Laboratório de Imunofarmacologia do Instituto Oswaldo Cruz (IOC). Resultados mostraram que explantes foliares e caulinares de plantas germinadas in vitro, inoculados em meio sólido B5 suplementado com 2,0 mg.mL-1 de ANA, são as melhores fontes para a produção de raízes, apresentando maiores valores de peso fresco e peso seco, mostrando-se um sistema promissor para a produção in vitro de metabólitos da espécie. A avaliação da atividade antimalárica in vivo revelou seu potencial a partir de extrato de raízes de planta cultivada in vivo, na concentração de 50 mg/kg apresentando redução significativa da parasitemia quando comparada com o controle não tratado. Paralelamente, nos testes in vitro a concentração de 100 μg/kg do extrato de raízes de planta cultivada in vivo apresentou diferença significativa quando comparada com as outras concentrações testadas e o controle negativo. Além disso, há uma tendência de aumento do efeito inibitório conforme o aumento da concentração do extrato. Os resultados indicam o potencial de atividade antimalárica em raízes de N. brasiliensis, sendo este estudo o primeiro realizado para a espécie

Cultura de tecidos e análise do potencial antioxidante de Passiflora alata Curtis

Passiflora alata Curtis, comumente conhecida como maracujá-doce, é uma das espécies do gênero Passiflora cultivadas comercialmente, sendo consumida in natura devido ao seu gosto adocicado. Ela também é utilizada em todo o mundo como ornamental e na medicina popular. O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de diferentes estratégias para a cultura in vitro de P. alata e a análise da produção de substâncias antioxidantes nos materiais obtidos in vitro, em comparação com as plantas in vivo. Diferentes tratamentos visando à quebra da dormência das sementes foram avaliados para a germinação in vitro ou in vivo, além da incubação das sementes sob tipos distintos de luz. Para o estabelecimento das culturas primárias, apices caulinares e segmentos nodais das plântulas derivadas da germinação in vitro foram cultivados em meio MSM . A taxa de alongamento dos brotos e o número de nós por brotos das culturas primárias foram aumentados pela adição de água de coco ao meio. Plantas derivadas dessas culturas foram utilizadas como fontes de explantes nodais, internodais e foliares. O potencial morfogênico de sementes sem tegumento foi também avaliado. Calos friáveis foram induzidos a partir de segmentos nodais e foliares na presença de PIC, e aqueles obtidos a partir de folhas em meio suplementado com PIC a 28,9 μM foram selecionados para o estabelecimento de culturas de células em suspensão. Após o desenvolvimento de diferentes estratégias in vitro para P. alata, folhas de plantas in vivo foram utilizadas para a avaliação de parâmetros que afetam a extração de substâncias antioxidante. O potencial antioxidante foi determinado pelo ensaio DPPH e o conteúdo de fenóis totais foi determinado utilizando o método Folin-Ciocalteau. Após o desenvolvimento do protocolo de extração, a atividade antioxidante dos diferentes materiais in vitro foi também avaliada. A eficiência antirradicalar variou entre os sistemas de cultura estudados, sendo diretamente proporcional ao conteúdo de fenóis totais dos extratos. Esses resultados indicam que as estratégias para cultura in vitro de P. alata desenvolvidas neste trabalho representam alternativas para a multiplicação de plantas e produção de substâncias fenólicas com ação antioxidante.

Cultura de tecidos, análise fitoquímica e avaliação da atividade biológica de Arachis villosulicarpa Hoehne

O amendoim cultivado (Arachis hypogaea) possui várias substâncias com capacidade antioxidante que apresentam efeitos benéficos para a saúde humana. Entretanto, a produção dessas substâncias ainda não foi observada em outras espécies do gênero. O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de sistemas de cultura in vitro para Arachis villosulicarpa, visando o desenvolvimento de alternativas para a produção metabólitos especiais. Segmentos nodais, internodais e foliares foram excisados de plantas in vitro e inoculados em meio MS suplementado com BAP, ANA, PIC ou 2,4-D. Os explantes apresentaram respostas distintas de acordo com o regulador de crescimento utilizado. Na presença de PIC, foi observada a formação de calos friáveis levemente oxidados em todos os explantes. Por outro lado, quando cultivados na presença de BAP ou 2,4-D, os explantes apresentaram a formação de calos compactos, com formação de brotos em diferentes taxas. Na presença de ANA, segmentos nodais e internodais não apresentaram resposta, enquanto que segmentos foliares apresentaram a formação de raízes adventícias em todas as concentrações testadas. Neste trabalho foi realizado uma avaliação comparativa da produção de metabólitos especiais e da atividade biológica em extratos de calos oriundos de folíolos inoculados em BAP 8,8 M, plantas in vitro e plantas ex vitro . Nas análises por meio do HPTLC e do HPLC foi possível demonstrar a diferença na produção de algumas substâncias e indicar a presença de flavonóides e polifenóis nos materiais analisados. Além disso, a partir das atividades biológicas foi possível identificar tanto a atividade antioxidante quanto a não mutagênica dos extratos. Dessa forma, estudos visando à detecção de metabólitos especiais em A. villosulicarpa podem expandir o conhecimento sobre as possibilidades de utilização de espécies do gênero Arachis.

Cultura de tecidos e conservação in vitro de Passiflora foetida L.

O gênero Passiflora ocorre principalmente em regiões de clima tropical, sendo o Brasil um importante centro de diversidade. Passiflora foetida L. é uma espécie silvestre que apresenta características de interesse ornamental e medicinal. O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de sistemas de cultura de tecidos e criopreservação para P. foetida. Explantes caulinares foram excisados de culturas primárias obtidas a partir de plântulas derivadas da germinação in vitro. Para isso foram inoculados em meio MSM, suplementado com diferentes concentrações de ANA, PIC, TDZ e BAP utilizado isoladamente ou em combinação com ANA, e mantidos na presença ou ausência de luz. Foi observada a produção de brotos, calos e raízes adventícias, de acordo com o tipo e a concentração do regulador de crescimento testado e da condição de cultura utilizada. A produção de plantas ocorreu via organogênese direta e indireta em resposta a BAP, enquanto que a formação de calos não morfogênicos foi observada a partir de ambos explantes em resposta a PIC. A produção de raízes adventícias ocorreu em resposta a ANA. Tendo em vista a produção de raízes observada em meio sólido, segmentos internodais foram inoculados em meio líquido suplementado com diferentes auxinas e mantidos em imersão contínua ou sobre pontes de papel de filtro. A maior taxa de multiplicação de raízes foi observada a partir de entrenós mantidos no sistema de ponte de papel de filtro, em resposta a ANA. Segmentos radiculares excisados das culturas primárias também foram utilizados visando à produção de brotos e a multiplicação de raízes. Contudo, apenas foi observada a formação de gemas, sem posterior desenvolvimento de brotos. Além disso, a capacidade proliferativa dos segmentos radiculares inoculados em meio suplementado com ANA foi menor que a obtida a partir dos entrenós cultivados nas mesmas condições. Neste trabalho, foram também testados diferentes protocolos de criopreservação para ápices caulinares de P. foetida por meio de vitrificação e encapsulamento-vitrificação. A recuperação de plantas pós-congelamento foi observada unicamente a partir de ápices encapsulados e expostos à solução de vitrificação PVS2 por 120 minutos. Tendo em vista o potencial medicinal já descrito para P. foetida, através dos diferentes sistemas de cultura desenvolvidos neste trabalho serão obtidos materiais para a avaliação de diferentes atividades biológicas.

Micropropagação e avaliação da potencialidade genotóxica de Petiveria alliacea L.

Petiveria alliacea L. é uma planta pertencente à família Phytolaccaceae, conhecida popularmente no país como guiné, erva-de-alho, erva-tipi ou amansa-senhor. Nativa da Região Amazônica tem sido cultivada em muitas áreas tropicais com propósito medicinal ou ritualístico. O objetivo desse trabalho foi (i) o desenvolvimento e a multiplicação de plantas de P. alliacea L. através de métodos de cultura de tecidos, e monitoramento fitoquímico das culturas, e (ii) avaliação comparativa das potencialidades genotóxica e antigenotóxica entre plantas coletadas no campo e produzidas in vitro. Exemplares de diferentes populações ocorrentes no estado do Rio de Janeiro foram utilizados como matrizes para a cultura. Foi estabelecido um protocolo para multiplicação das plantas em meio MS suplementado com BAP e ANA em diferentes concentrações e combinações, que forneceu como melhor resultado em média 8 plantas por explante na concentração de BAP 4,4 μM + ANA 0,54 μM. A análise fitoquímica foi baseada em métodos cromatográficos de diferentes extratos de plantas de campo e plantas in vitro das populações estudadas resultando em diferentes substâncias identificadas nas amostras analisadas por cromatografia em camada delgada. Os extratos foram também avaliados por cromatografia gasosa acoplada á espectrometria de massas, sendo identificadas diferentes substâncias, entre as quais o dibenzil dissulfeto, um produto de degradação de tiosulfinatos com importantes atividades biológicas na defesa das plantas. Os extratos aquosos das plantas de campo e daquelas estabelecidas in vitro foram submetidos à avaliação da potencialidade genotóxica e antigenotóxica, usando-se como modelo o DNA plasmidial pUC 9.1. Os resultados demonstraram que as concentrações utilizadas do extrato aquoso foram capazes de induzir alterações na conformação estrutural do DNA, indicando a ocorrência de quebras simples e duplas nesta molécula. Observou-se também que as lesões aumentaram, proporcionalmente ao aumento da concentração dos extratos, caracterizando-se, assim, um efeito dose-resposta. Os dados também apontaram para um efeito protetor do extrato aquoso, em relação aos danos oxidativos causados pelo cloreto estanoso, indicando, também, uma potencialidade antigenotóxica do extrato aquoso.