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ResearcherID
- B-4606-2017 (1)
EU-Project number / Contract (GA) number
2D electrophysiology is often used to determine the electrical properties of neurons, while in the brain, neurons form extensive 3D networks. Thus, performing electrophysiology in a 3D environment provides a closer situation to the physiological condition and serves as a useful tool for various applications in the field of neuroscience. In this study, we established 3D electrophysiology within a fiber-reinforced matrix to enable fast readouts from transfected cells, which are often used as model systems for 2D electrophysiology. Using melt electrowriting (MEW) of scaffolds to reinforce Matrigel, we performed 3D electrophysiology on a glycine receptor-transfected Ltk-11 mouse fibroblast cell line. The glycine receptor is an inhibitory ion channel associated when mutated with impaired neuromotor behaviour. The average thickness of the MEW scaffold was 141.4 ± 5.7µm, using 9.7 ± 0.2µm diameter fibers, and square pore spacings of 100 µm, 200 µm and 400 µm. We demonstrate, for the first time, the electrophysiological characterization of glycine receptor-transfected cells with respect to agonist efficacy and potency in a 3D matrix. With the MEW scaffold reinforcement not interfering with the electrophysiology measurement, this approach can now be further adapted and developed for different kinds of neuronal cultures to study and understand pathological mechanisms under disease conditions.
We have recently demonstrated CXCR4 overexpression in vestibular schwannomas (VS). This study investigated the feasibility of CXCR4-directed positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) imaging of VS using the radiolabeled chemokine ligand [\(^{68}\)Ga]Pentixafor.
Methods: 4 patients with 6 primarily diagnosed or pre-treated/observed VS were enrolled. All subjects underwent [\(^{68}\)Ga]Pentixafor PET/CT prior to surgical resection. Images were analyzed visually and semi-quantitatively for CXCR4 expression including calculation of tumor-to-background ratios (TBR). Immunohistochemistry served as standard of reference in three patients.
Results: [\(^{68}\)Ga]Pentixafor PET/CT was visually positive in all cases. SUV\(_{mean}\) and SUV\(_{max}\) were 3.0 ± 0.3 and 3.8 ± 0.4 and TBR\(_{mean}\) and TBR\(_{max}\) were 4.0 ± 1.4 and 5.0 ± 1.7, respectively. Histological analysis confirmed CXCR4 expression in tumors.
Conclusion: Non-invasive imaging of CXCR4 expression using [\(^{68}\)Ga]Pentixafor PET/CT of VS is feasible and could prove useful for in vivo assessment of CXCR4 expression.
Das Multiple Myelom ist eine hämatologische Erkrankung, die durch die Proliferation von Plasmazellen und die Produktion von Antikörpern oder deren Leichtketten gekennzeichnet ist. Eine frühe Diagnosestellung durch Detektion sowohl intra- als auch extramedullärer Manifestationen ist für die Einleitung einer effektiven Therapie von entscheidender Bedeutung. Ebenso bedeutsam ist ein wirksames Therapiemonitoring. Wichtige diagnostische Modalitäten sind bei beiden Fragestellungen tomografische, bildgebende Verfahren. Hierbei wurde die Effektivität der 18F-FDG-PET/CT im Rahmen der Diagnose, des Stagings und der Prognoseabschätzung bereits nachgewiesen. Dennoch ist ihr klinischer Nutzen durch die geringe Sensitivität bei Detektion von diffusem Knochenmarksbefall und Vorliegen sowohl falsch positiver als auch falsch negativer Befunde limitiert.
Die vorliegende Arbeit hat untersucht, ob der aminosäurebasierte Tracer 11C-MET über spezifische Eigenschaften verfügt, die eine höhere Sensitivität und Spezifität in der Detektion von Myelomzellen ermöglichen und ob der Radioligand dem etablierten Glukoseanalogon 18F-FDG überlegen ist. Hierfür wurden drei etablierte humane Myelomzelllinien, sowohl nativ als auch nach 48-stündiger Therapie mit dem Proteasominhibitor Carfilzomib, mit 18F-FDG und 11C-MET inkubiert und mithilfe eines Gammastrahlungszählers beurteilt. Zudem wurde untersucht, ob die Traceraufnahme mit spezifischen Charakteristika der Tumorbiologie korreliert. So wurde die Oberflächenexpression von CD138 und CXCR4, die intrazelluläre Expression der Leichtketten κ/λ und die Proliferation der Zelllinien mittels Durchflusszytometrie vor und nach Behandlung mit Carfilzomib eruiert.
Die unbehandelten Zellen zeigten, verglichen zu 18F-FDG, bereits nach kürzester Inkubationsdauer eine 3-3,5-fach höhere 11C-MET Retention. Weiterhin zeigte sich die 11C-MET-Aufnahme nach Behandlung aller Zellreihen insgesamt marginal höher als die 18F-FDG-Aufnahme, während die Reduktion der 11C-MET-Anreicherung im prä- zu posttherapeutischen Vergleich für alle drei Zelllinien signifikant war.
Eine mögliche Erklärung für diese Beobachtungen liefert die Myelombiologie: eine erhöhte Aufnahme der radioaktiv markierten Aminosäure durch MM-Zellen könnte durch eine Zunahme der Zellproliferation und insbesondere durch eine Steigerung der Proteinsynthese im Rahmen der überschießenden Produktion von M-Protein bedingt sein. In Zusammenschau könnte 11C-MET mit höherer Sensitivität Myelommanifestationen detektieren, wodurch ggf. Läsionen mit geringem Metabolismus dargestellt und eine bessere Beurteilung des Krankheitspogresses erfolgen könnte. Zudem bietet für den klinischen Einsatz die – verglichen zu 18F-FDG – größere Differenz der 11C-MET-Retention zwischen prä- und posttherapeutischer Messung die Möglichkeit einer besseren Beurteilbarkeit des Therapieansprechens. 11C-MET birgt ggf. das Potential auch minimale aktive Restherde zu detektieren und damit Patienten einem individualisierten Therapiekonzept zuzuführen.
Ein Zusammenhang zwischen den untersuchten Biomarkern und der 11C-MET Retention bzw. deren Abnahme nach Behandlung konnte nicht gezeigt werden. Somit sollten für 11C-MET andere Biomarker herangezogen werden, um diese mit der Bildgebung zu korrelieren und zu bewerten.
Neben der Chemotherapie ist heutzutage auch die Hyperthermie-Behandlung eine wichtige Säule der antitumorösen Therapie. Während der sogenannten HIPEC Therapie (Hypertherme intraperitoneale Chemoperfusion) werden die beiden Arten der Therapieformen kombiniert und in der klinischen Praxis erfolgreich angewendet. Genauere Kenntnisse über die zu Grunde liegenden toxikologischen in-vitro Mechanismen könnten zu neuen Möglichkeiten in der klinischen Anwendung führen. In unserer Arbeit untersuchten wir verschiedenen Tumorzelllinien (HT29,CaCo-2,HCT116,HaCaT) in Kombination mit Cisplatin und Hyperthermie mit verschiedenen Methoden, wie zum Beispiel Mikrokerntest, Comet-Assay, Durchflusszytometrie, Vitalitätstest und mikroskopischen Analysen. Unsere Ergebnisse führten uns zu der Hypothese, dass Hyperthermie alleine zu einer sogenannte mitotic catastrophe führt und zum Absterben der Tumorzellen. Im Gegensatz dazu zeigten Tumorzellen, welche mit Cisplatin alleine oder auch in Kombination mit Hyperthermie nicht in die Mitose eintreten und daher nicht durch Apoptose in den Zelltod gehen.
Honeybees (Apis mellifera) are threatened by numerous pathogens and parasites. To prevent infections they apply cooperative behavioral defenses, such as allo-grooming and hygiene, or they use antimicrobial plant resin. Resin is a chemically complex and highly variable mixture of many bioactive compounds. Bees collect the sticky material from different plant species and use it for nest construction and protection. Despite its importance for colony health, comparatively little is known about the precise origins and variability in resin spectra collected by honeybees. To identify the botanical resin sources of A. mellifera in Western Europe we chemically compared resin loads of individual foragers and tree resins. We further examined the resin intake of 25 colonies from five different apiaries to assess the effect of location on variation in the spectra of collected resin. Across all colonies and apiaries, seven distinct resin types were categorized according to their color and chemical composition. Matches between bee-collected resin and tree resin indicated that bees used poplar (Populus balsamifera, P. x canadensis), birch (Betula alba), horse chestnut (Aesculus hippocastanum) and coniferous trees (either Picea abies or Pinus sylvestris) as resin sources. Our data reveal that honeybees collect a comparatively broad and variable spectrum of resin sources, thus assuring protection against a variety of antagonists sensitive to different resins and/or compounds. We further unravel distinct preferences for specific resins and resin chemotypes, indicating that honeybees selectively search for bioactive resin compounds.
Background
The oral mucosa has an important role in maintaining barrier integrity at the gateway to the gastrointestinal and respiratory tracts. Smoking is a strong environmental risk factor for the common oral inflammatory disease periodontitis and oral cancer. Cigarette smoke affects gene methylation and expression in various tissues. This is the first epigenome-wide association study (EWAS) that aimed to identify biologically active methylation marks of the oral masticatory mucosa that are associated with smoking.
Results
Ex vivo biopsies of 18 current smokers and 21 never smokers were analysed with the Infinium Methylation EPICBeadChip and combined with whole transcriptome RNA sequencing (RNA-Seq; 16 mio reads per sample) of the same samples. We analysed the associations of CpG methylation values with cigarette smoking and smoke pack year (SPY) levels in an analysis of covariance (ANCOVA). Nine CpGs were significantly associated with smoking status, with three CpGs mapping to the genetic region of CYP1B1 (cytochrome P450 family 1 subfamily B member 1;best p=5.5x10(-8)) and two mapping to AHRR (aryl-hydrocarbon receptor repressor; best p=5.9x10(-9)). In the SPY analysis, 61 CpG sites at 52 loci showed significant associations of the quantity of smoking with changes in methylation values. Here, the most significant association located to the gene CYP1B1, with p=4.0x10(-10). RNA-Seq data showed significantly increased expression of CYP1B1 in smokers compared to non-smokers (p=2.2x10(-14)), together with 13 significantly upregulated transcripts. Six transcripts were significantly downregulated. No differential expression was observed for AHRR. In vitro studies with gingival fibroblasts showed that cigarette smoke extract directly upregulated the expression of CYP1B1.
Conclusion
This study validated the established role of CYP1B1 and AHRR in xenobiotic metabolism of tobacco smoke and highlights the importance of epigenetic regulation for these genes. For the first time, we give evidence of this role for the oral masticatory mucosa.
Chronic alcohol use leads to specific neurobiological alterations in the dopaminergic brain reward system, which probably are leading to a reward deficiency syndrome in alcohol dependence. The purpose of our study was to examine the effects of such hypothesized neurobiological alterations on the behavioral level, and more precisely on the implicit and explicit reward learning. Alcohol users were classified as dependent drinkers (using the DSM-IV criteria), binge drinkers (using criteria of the USA National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism) or low-risk drinkers (following recommendations of the Scientific board of trustees of the German Health Ministry). The final sample (n = 94) consisted of 36 low-risk alcohol users, 37 binge drinkers and 21 abstinent alcohol dependent patients. Participants were administered a probabilistic implicit reward learning task and an explicit reward- and punishment-based trial-and-error-learning task. Alcohol dependent patients showed a lower performance in implicit and explicit reward learning than low risk drinkers. Binge drinkers learned less than low-risk drinkers in the implicit learning task. The results support the assumption that binge drinking and alcohol dependence are related to a chronic reward deficit. Binge drinking accompanied by implicit reward learning deficits could increase the risk for the development of an alcohol dependence.
Biofabrication aims to fabricate biologically functional products through bioprinting or bioassembly (Groll et al 2016 Biofabrication 8 013001). In biofabrication processes, cells are positioned at defined coordinates in three-dimensional space using automated and computer controlled techniques (Moroni et al 2018 Trends Biotechnol. 36 384–402), usually with the aid of biomaterials that are either (i) directly processed with the cells as suspensions/dispersions, (ii) deposited simultaneously in a separate printing process, or (iii) used as a transient support material. Materials that are suited for biofabrication are often referred to as bioinks and have become an important area of research within the field. In view of this special issue on bioinks, we aim herein to briefly summarize the historic evolution of this term within the field of biofabrication. Furthermore, we propose a simple but general definition of bioinks, and clarify its distinction from biomaterial inks.