A hasüregi gyulladásos megbetegedések és ezek sebészeti szövődményeként jelentkező motilitási zavarok, transluminaris gyulladások, peritonealis adhesiók megelőzésének lehetőségei = Inflammatory diseases of the abdominal cavity and prevention of their surgical complications, such as motility disorders, transluminar inflammations, and peritoneal adhesions

A bél beidegzésének vizsgálata a bél komplex működésében kulcsszerepet játszik. A nitrikus és cholinerg beidegzés valamint a neuronális pacemaker funkcióval bíró Cajal sejtek morphológiai változásai meghatározzák a bél pathologiáját is. Diabetesben, enterocolitisben, cytostatikus kezelésben az enteropathia mértkével szorosan korreláló elváltozásokat találtunk, amely a bél működésének romlására ad magyarázatot. A peritoneális összenövések kivédésében az arteficiális surfactanttel láttunk biztató eredményeket, amely alapja lehet egy posztoperativ összenövéseket csökkentő és minden műtéten átesett betegnél alkalmazható szer kifejlesztésében. A bél epithelialis sejtvonal in vitro tenyésztésével nyert modell segítségével eredményesen tanulmányoztuk a sejtmembránok viselkedését, az egyes anyagok transzportját, baktérium transzlokációkat betegségek során fellépő toxikus állapotokban. | Investigation of complex enteric nervous system plays a key role to better understand bowel pathology. Morphological changes in nitrergic, cholinerg and Cajal cells with pacemaker activity may responsible for the pathophysiology. During our investigations we found correlation between morphological changes and loss of bowel function in diabetes, enterocolitis and cytostatic treatment. Prevention of peritoneal adhesions was very promising using arteficial surfactant. A postoperative adhesions blocking drug could be developed based on our results. On our model using intestinal epithelial cell lines we could examine changes in cell membrane functions and molecular transport, bacterial translocation during toxical conditions related to human diseases

Intercelluláris funkciós molekulák működése agyi endotélsejtekben = The function of junctional molecules in cerebral endothelial cells

Kutatásaink során az interendotheliális kapcsolatok szerepét vizsgáltuk elsősorban patológiás körülmények között. Megállapítottuk, hogy agyi endotélsejtekben az oxidatív stressz genotoxikus hatással rendelkezik és a MAPKinázok aktiválódásához illetve az occludin expressziójának jelentös csökkenéséhez vezet. Az occludin lebontásában az itch nevű ubiqiutin ligáz illetve a proteaszómák játszhatnak fontos szerepet. Kimutattuk, hogy a vérzéses shock az irreverzíbilis stádiumban a vér-agy gát áteresztőképességének fokozódásához vezet, amely hátterében az occludin downregulációja lehet. További kísérleti eredményeink arra engednek következtetni, hogy a tirozin foszforilációnak fontos szerepe lehet a junkcionális fehérjék működésének szabályozásában. Ezen túlmenően a ZO2 a sejtmagba vándorolva és a SAF-B nevű fehérjéhez kapcsolódva jeltovábbító molekulaként képes működni. Kimutattuk hogy a beta-catenin src által mediált tirozin foszforlációja jelentős szerepet játszhat a hiperozmotikus mannitol által indukált vér-agy gát permeabilitás fokozódás mechanizmusában. | Our research was focused on the study of the role of interendothelial junctions under pathological conditions. We have shown that oxidative stress has a genotoxic effect in cerebral endothelial cells, can lead to the activation of MAPKinases and to the downregulation of the tight junction molecule occludin. In the downregulation of occluding the ubiquitin ligase itch and the proteasomes may play a crucial role. We have demonstrated that hemorrhagic shock can lead an increase in the permeability of the blood-brain barrier, which could be mediated by the downregulation of occludin. Our experiments have demonstrated that tyrosine phosphorylation could play an important role in the regulation of junctional proteins. Furthermore we have shown that ZO2 may enter the nucleus and by binding to the SAF-B protein may play an active role in signal transduction. We have shown that src mediated tyrosine phosphorylation of beta-catenin could be an important step in the hyperosmotic mannitol induced opening of the blood-brain barrier

Blood-brain- barrier co-culture models to study nanoparticle penetration : focus on co-culture systems

The blood-brain barrier, as a physical, active transport and metabolic barrier represents the main obstacle in the treatment of central nervous system diseases. The field of nanoparticle delivery systems is rapidly developing and nanocarriers seem to be promising for drug delivery or targeting to the brain. For testing the toxicity, uptake and transcellular transport of nanoparticles culture models of the blood-brain barrier are widely used, including immortalized brain endothelial cell lines, primary brain endothelial cells in static or dynamic culture conditions, and in co-culture systems with glial cells and/or pericytes. This mini-review gives a brief summary of blood-brain barrier co-culture models that were used for testing nanocarriers, the types of different nanoparticle systems that were examined on blood-brain barrier models, and the advantages, limitations and suitability of the blood-brain barrier models for nanoparticle penetration studies

Neurodegeneratív betegségek kialakulása során létrejövő vér-agy gát változások vizsgálata in vivo és in vitro kísérletes modelleken = Impairment of the blood-brain barrier associated with neurodegenerative diseases: study on in vivo and in vitro models

Kutatásunk során igazoltuk primer agyi endotélsejt és asztroglia ko-kultúrán alapuló vér-agy gát modellünkön, hogy a prion fehérjének és az amyloid -beta peptideknek fibrillumokat képző szakaszai közvetlen endotélsejt károsító hatást fejtenek ki. A peptidek hatására megváltozott a sejtmorfológia, citoplazmatikus vakuolizáció jött létre. Az amyloid peptid kezelés az agyi endotélsejtek egy részének pusztulását eredményezte, ebben nekrotikus és apoptotikus folyamatok is részt vettek. Ezzel párhuzamosan az endotélsejtek barrier funkciója romlott, amely mögött az endotélsejteket összekötő szoros zárókapcsolatokra (TJ) kifejtett károsító hatás állt. A HIV-1 vírus Tat fehérjéje hasonlóképpen gyengítette az agyi endotélsejtek TJ struktúráit: a TJ fehérjék mennyiségét csökkentette, eloszlását megváltoztatta. A Tat vírusfehérjének ez a hatása szerepet játszhat a neuroAIDS során létrejövő vér-agy gát károsodásban, és az ezzel szorosan összefüggő dementia kialakulásában. Kimutattuk, hogy amyloid peptidek csökkentik a vér-agy gát fontos efflux pumpáinak, a P-glikoproteinnek és az MRP-1-nek aktivitását is. Eredményeink alapján a vér-agy gát barrier és homeosztatikus működése is zavart szenvedhet neurodegeneratív betegségekben. Pentozán enyhítette az amyloid peptid kezelések okozta elváltozásokat. Az endotélsejtekre kifejtett protektív hatás a gyógyszer új klinikai alkalmazását jelentheti, és hozzájárulhat a neurodegeneratív kórfolyamatokban kialakuló vér-agy gát károsodás kivédéséhez. | During the investigations we could demonstrate on our in vitro blood-brain barrier (BBB) model, based on primary brain endothelial cell and astroglia co-culture, that fibrillogenic fragments of prion protein and amyloid -beta peptides exerted direct toxicity on endothelial cells. Peptide treatments resulted in changes of cell morphology, cytoplasmic vacuolizations. Treatments with amyloid peptides led to endothelial cell death, partly necrotic, partly apoptotic. At the same time paracellular barrier integrity of endothelial cells was deteriorated due to damaged interendothelial tight junctions (TJ). HIV-1 Tat protein weakened the brain endothelial TJ in the same way: the expression and intracellular localization of TJ proteins was disturbed. This effect of Tat viral protein can play a role in BBB dysfunction and dementia in neuroAIDS. Amyloid peptides decreased the activity of two important efflux pumps of the BBB, P-glycoprotein and MRP-1 in brain endothelial cells. Our results indicate that in neurodegenerative diseases both barrier integrity and homeostatic functions of the BBB can be damaged. Pentosan polysulphate, attenuated the brain endothelial dysfunctions caused by amyloid peptide treatments. A new clinical application of the drug may be developed based on this protective effect. Pentosan can be a potential drug candidate for the treatment of BBB dysfunctions in neurodegenerative diseases

Nanovesicles for drug delivery across blood-brain barrier: a cell culture study

Efficient drug delivery across biological barriers is a central problem in pharmaceutical treatment of diseases. Most pharmaceutical drug candidates including hydrophilic molecules, biopharmaceuticals, and efflux transporter ligands have a low permeability across barriers. To solve this unmet therapeutical need colloidal drug delivery systems targeting physiological transporters of barriers hold a great promise. Nanosized, biocompatible and biodegradable vesicles containing Evans blue-albumin as a model molecule were prepared and characterized by our partners at the University of Szeged. The aim of our study was to test the cellular toxicity and penetration across barriers of nanovesicles loaded with albumin and containing ligands for solute carrier proteins. Primary rat and human hCMEC/D3 brain endothelial and Caco-2 human intestinal epithelial cells were used as in vitro model sytems of the blood-brain and intestinal barriers, respectively. The cellular toxicity of the nanoparticles was measured by real-time cell microelectric sensing (RTCA-SP, ACEA Biosciences) and MTT assay. The results of the MTT assay and impedance measurement for vesicles without targeting molecule correlated well. The uptake of targeted and loaded nanovesicles interfered with the colorimetric MTT assay in brain endothelial cells because of Evans blue, therefore kinetical data from impedance measurements were more informative on the cellular toxicity of these nanoparticles. The non-toxic doses determined by the cell viability tests proved to be optimal for further studies. The presence of glucose analogue in nanovesicles increased the uptake of the model molecule to cultured brain endothelial cells indicating that ligands for solute carrier proteins can be used for targeting brain endothelial cells

HOGYAN AKNÁZHATÓK KI A VÉR-AGY GÁT TRANSZPORTRENDSZEREI A GYÓGYSZEREK IDEGRENDSZERBE VALÓ CÉLZOTT BEJUTTATÁSÁRA?

A vér-agy gát anatómiai alapját képező agyi endotélsejtek genomjának 11 %-át transzporterek génjei teszik ki, ami jól jelzi a szállítófehérjék fontosságát. Az agyi hajszálerekben az Slc (solute carrier) szállítófehérje család látja el a központi idegrendszert tápanyagokkal, vitaminokkal, nyomelemekkel, metabolikus prekurzorokkal. Ezek a karrierek főképpen az agyba irányuló transzportban vesznek részt, míg a vér-agy gát efflux transzporterei a neurotranszmitterek és metabolitok szintjét szabályozzák az agyban, valamint megakadályozzák a potenciálisan toxikus anyagok, xenobiotikumok bejutását a vérből az agyba. Az efflux transzportereknek köszönhető a legtöbb központi idegrendszeri gyógyszerjelölt molekula alacsony átjutása is a vér-agy gáton. A probléma megoldására jelentős erővel folynak olyan kutatások, amelyek a hatóanyagokat a vér-agy gát szállítófehérjéinek segítségével juttatják be a központi idegrendszerbe. Megvizsgáltuk a gyógyszerek transzportja és célzott bevitele szempontjából kulcsfontosságú Slc és efflux pumpa fehérjecsaládok génexpressziós mintázatát izolált patkány agyi mikroerekben. A glükóz transzporterek közül a Glut-1 expessziós mRNS szintje volt a legmagasabb, de a Glut-3 és -5 is kifejeződött. Minden vizsgált aminosav transzporter esetében magas génexpressziós szintet mértünk, a legmagasabb a gyógyszerek bejutásában is szerepet játszó Lat-1, valamint a Cat-1 és Sn-1 szintje volt. A peptid transzporterek esetében a Pht-2 szintje szignifikánsan magasnak bizonyult, míg a Pept-1, -2 génexpressziója nem volt mérhető. A kreatint (Crt), taurint (Taut) és C-vitamint (Asct-1) szállító fehérjék is expresszálódtak agyi mikroerekben. Az efflux pumpák esetében az ABC transzporter P-glikoprotein (Abcb1), a mellrák rezisztencia fehérje (Bcrp, Abcg2), és a multidrog rezisztencia proteinek közül az Mrp-1, 4, 5 mRNS szinje volt a legmagasabb, míg az Mrp-2 nem volt mérhető. A legtöbb vizsgált vér-agy gát transzporter mRNS expressziójára jó egyezést kaptunk izolált agyi mikroerek és a vér-agy gát tenyészetes modellje között. Mivel az Slc transzporterek jelentős mértékben és egyedi mintázatban expresszálódnak a vér-agy gáton, Slc transzportfehérjék ligandjainak kombinációjával ellátott nanorészecskék felvételét teszteltük agyi endotélsejteken, és megállapítottuk, hogy a nanorészecskék felszínére kötött ligandok szignifikánsan magasabb bejutást eredményeznek, mint a jelöletlen partikulumok. Az előadásban ismertetett kutatásokat az OTKA PD105622 pályázat, valamint az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíj támogatta

Immunofluorescent Evidence for Nuclear Localization of Aromatase in Astrocytes in the Rat Central Nervous System

Estrogens regulate a variety of neuroendocrine, reproductive and also non-reproductive brain functions. Estradiol biosynthesis in the central nervous system (CNS) is catalyzed by the enzyme aromatase, which is expressed in several brain regions by neurons, astrocytes and microglia. In this study, we performed a complex fluorescent immunocytochemical analysis which revealed that aromatase is colocalized with the nuclear stain in glial fibrillary acidic protein (GFAP) positive astrocytes in cell cultures. Confocal immunofluorescent Z-stack scanning analysis confirmed the colocalization of aromatase with the nuclear DAPI signal. Nuclear aromatase was also detectable in the S100 beta positive astrocyte subpopulation. When the nuclear aromatase signal was present, estrogen receptor alpha was also abundant in the nucleus. Immunostaining of frozen brain tissue sections showed that the nuclear colocalization of the enzyme in GFAP-positive astrocytes is also detectable in the adult rat brain. CD11b/c labelled microglial cells express aromatase, but the immunopositive signal was distributed only in the cytoplasm both in the ramified and amoeboid microglial forms. Immunostaining of rat ovarian tissue sections and human granulosa cells revealed that aromatase was present only in the cytoplasm. This novel observation suggests a new unique mechanism in astrocytes that may regulate certain CNS functions via estradiol production

CELL CULTURE AND IN VIVO STUDY OF MICROVESICLES FOR DRUG DELIVERY ACROSS BARRIERS

Efficient drug delivery across biological barriers, like the intestinal and blood-brain barriers is a central problem in pharmaceutical treatment of disorders [1]. Most pharmaceutical drug candidates, hydrophilic molecules, biopharmaceuticals, and efflux transporter ligands have a low permeability across barriers. To solve this unmet therapeutical need colloidal drug delivery systems utilizing physiological transporters of the barriers hold a great promise. The aim of our study was to test nanosized, biocompatible and biodegradable vesicles which can encorporate both hydrophilic and hydrophobic drug cargos and present on their surfaces ligands for solute carrier (SLC) proteins. Glucose analogues and amino acids were used to achieve increased specificity and efficacy for drug delivery across barriers. Bilayered microvesicles of non-ionic surfactants, niosomes are able to encapsulate solutes and serve as potential drug carriers. Niosomes with an average hydrodynamical size of 200 nm were prepared containing different ligands and their combinbations, and Evans blue-albumin as a model molecule. Human Caco-2 intestinal epithelial and D3 brain endothelial cells, a model of the blood-brain barrier [2], were used for toxicity measurements by colorimetric methods and real-time cell microelectric sensing, permeability experiments and morphological examinations. The presence of glucose and amino acid ligands on microvesicles increased the uptake of Evans blue-albumin to the cells and its penetration across the cell layers. A kinetic in vivo study in nude mice by eXplore Optix, a near infrared fluorescence time-domain optical imaging demonstrated the elevated accumulation of Evans blue-albumin in the brain after the intravenous injection of glucose analogue and amino acid labeled niosomes. These results indicate that microvesicles labeled with SLC transporter ligands can be used for targeting hydrophilic biomolecules across barriers