Computational study of flow–induced oscillation of a simplified soft palate

Two-dimensional numerical simulations are employed to study fluid structure interaction soft palate in the pharynx for uniform inhalation. We take a next step towards a better biomechanical system by modeling the motion of an inextensible flexible plate. The improved structural model discretized by a low order difference method permits us to simulate the two-dimensional motion of the flexible plate. The inspiratory airflow is described by the Navier–Stokes equations for compressible flow solved by a high order difference method. The explicitly coupled fluid re interaction model is based on the Arbitrary Lagrangian–Eulerian formulation

Die funktionelle Rolle von membranständig exprimiertem TNF in der Immunkomplex-Glomerulonephritis

TNF ist ein Zytokin, das bei entzündlichen Nierenerkrankungen wie der Immunkomplex-Glomerulonephritis proinflammatorische Effekte vermittelt. Diese führen bei Glomerulonephritiden nicht selten bis zur chronischen Niereninsuffizienz. Die beiden TNF-Rezeptoren TNFR1 und TNFR2 spielen dabei unterschiedliche Rollen innerhalb dieser Entzündungsreaktion. Unter anderem wurde bereits gezeigt, dass TNFR2 im Gegensatz zu TNFR1 für die Induktion der Immunkomplex-Glomerulonephritis essentiell ist. Membranständiges TNF (mTNF) ist im Gegensatz zu löslichem TNF (sTNF) der bevorzugte Ligand von TNFR2. Daher untersucht die vorliegende Arbeit die funktionelle Rolle von mTNF bei der heterologen nephrotoxischen Serumnephritis (NTN), einem Mausmodell der Immunkomplex-Glomerulonephritis. Die NTN wurde durch eine intravenöse Injektion von Schafantikörpern induziert, die gegen die glomeruläre Basalmembran der Versuchsmäuse gerichtet sind. Untersucht wurden C57BL/6 Wildtyp-Mäuse und transgene mTNF knock-in Mäuse, welche zwei nicht abspaltbare Δ1-9, K11E TNF-Allele besitzen und dadurch nur membranständiges, aber kein lösliches TNF exprimieren. Am fünften Tag nach Induktion der NTN wurden die funktionellen Nierenparameter, der morphologische Nierenschaden sowie die renale Zytokin- und Chemokinproduktion und die damit verbundene renale Leukozyteninfiltration zwischen den beiden Gruppen verglichen. Darüber hinaus wurde in vitro die Expression und Sekretion von proinflammatorischen Mediatoren an isolierten Glomeruli und tubulointerstitiellem Gewebe aus Wildtyp- und mTNF-Mäusen untersucht. Die mTNF-Mäuse zeigten an Tag 5 der heterologen NTN einen im Vergleich zu den Wildtyp-Tieren verschlechterten nephritischen Phänotyp, der sich durch eine erhöhte Albuminurie und höhere Serumharnstoffwerte äußerte. Dies korrelierte mit einer vermehrten glomerulären Ablagerung von PAS-positivem Material und verstärktem glomerulären Zelltod und Zellproliferation im mTNF-Genotyp. Der verstärkte Untergang von glomerulären Zellen ging dabei mit der niedrigeren Expression des Endothelzellmarkers CD31 im Glomerulus einher. Als ein Mechanismus der verstärkten glomerulären Schädigung konnte in den mTNF-Mäusen eine vermehrt ablaufende Nekroptose im Nierengewebe nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu wiesen die mTNF-Mäuse mit fehlender Bildung von löslichem TNF überraschenderweise eine signifikant niedrigere renale Leukozyteninfiltration auf. Dies korrelierte mit einer reduzierten mRNA-Expression von proinflammatorischen Zytokinen und Chemokinen und einer abgeschwächten NFĸB-Aktivierung. Eine geringere glomeruläre Expression von proinflammatorischen Mediatoren in mTNF-transgenen Mäusen konnte anhand von in vitro-Stimulationsexperimenten an isolierten Glomeruli, unabhängig von einwandernden Leukozyten, bestätigt werden. Die erarbeiteten Daten zeigen, dass lösliches TNF nach Aktivierung des NFĸB-Signalwegs die renale Expression von proinflammatorischen Zytokinen und Chemokinen induziert und damit ein bedeutender Faktor für die Vermittlung der renalen Leukozyteninfiltration darstellt. Andererseits ist membranständig exprimiertes TNF ein wichtiger Mediator für die Schädigung von Nierengewebe in der murinen Glomerulonephritis. Seine übermäßige Expression führt zur Verschlechterung der Nierenfunktion mit größerem renalen Gewebeschaden durch die verstärkte Induktion von Zelltod in Form von Nekroptose und dem vermehrten Untergang von glomerulären Endothelzellen. Diese Ergebnisse unterstreichen den Stellenwert von membranständigem TNF als ein mögliches therapeutisches Zielmolekül in entzündlichen Nierenerkrankungen

Die funktionelle Rolle von membranständig exprimiertem TNF in der Immunkomplex-Glomerulonephritis

TNF ist ein Zytokin, das bei entzündlichen Nierenerkrankungen wie der Immunkomplex-Glomerulonephritis proinflammatorische Effekte vermittelt. Diese führen bei Glomerulonephritiden nicht selten bis zur chronischen Niereninsuffizienz. Die beiden TNF-Rezeptoren TNFR1 und TNFR2 spielen dabei unterschiedliche Rollen innerhalb dieser Entzündungsreaktion. Unter anderem wurde bereits gezeigt, dass TNFR2 im Gegensatz zu TNFR1 für die Induktion der Immunkomplex-Glomerulonephritis essentiell ist. Membranständiges TNF (mTNF) ist im Gegensatz zu löslichem TNF (sTNF) der bevorzugte Ligand von TNFR2. Daher untersucht die vorliegende Arbeit die funktionelle Rolle von mTNF bei der heterologen nephrotoxischen Serumnephritis (NTN), einem Mausmodell der Immunkomplex-Glomerulonephritis. Die NTN wurde durch eine intravenöse Injektion von Schafantikörpern induziert, die gegen die glomeruläre Basalmembran der Versuchsmäuse gerichtet sind. Untersucht wurden C57BL/6 Wildtyp-Mäuse und transgene mTNF knock-in Mäuse, welche zwei nicht abspaltbare Δ1-9, K11E TNF-Allele besitzen und dadurch nur membranständiges, aber kein lösliches TNF exprimieren. Am fünften Tag nach Induktion der NTN wurden die funktionellen Nierenparameter, der morphologische Nierenschaden sowie die renale Zytokin- und Chemokinproduktion und die damit verbundene renale Leukozyteninfiltration zwischen den beiden Gruppen verglichen. Darüber hinaus wurde in vitro die Expression und Sekretion von proinflammatorischen Mediatoren an isolierten Glomeruli und tubulointerstitiellem Gewebe aus Wildtyp- und mTNF-Mäusen untersucht. Die mTNF-Mäuse zeigten an Tag 5 der heterologen NTN einen im Vergleich zu den Wildtyp-Tieren verschlechterten nephritischen Phänotyp, der sich durch eine erhöhte Albuminurie und höhere Serumharnstoffwerte äußerte. Dies korrelierte mit einer vermehrten glomerulären Ablagerung von PAS-positivem Material und verstärktem glomerulären Zelltod und Zellproliferation im mTNF-Genotyp. Der verstärkte Untergang von glomerulären Zellen ging dabei mit der niedrigeren Expression des Endothelzellmarkers CD31 im Glomerulus einher. Als ein Mechanismus der verstärkten glomerulären Schädigung konnte in den mTNF-Mäusen eine vermehrt ablaufende Nekroptose im Nierengewebe nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu wiesen die mTNF-Mäuse mit fehlender Bildung von löslichem TNF überraschenderweise eine signifikant niedrigere renale Leukozyteninfiltration auf. Dies korrelierte mit einer reduzierten mRNA-Expression von proinflammatorischen Zytokinen und Chemokinen und einer abgeschwächten NFĸB-Aktivierung. Eine geringere glomeruläre Expression von proinflammatorischen Mediatoren in mTNF-transgenen Mäusen konnte anhand von in vitro-Stimulationsexperimenten an isolierten Glomeruli, unabhängig von einwandernden Leukozyten, bestätigt werden. Die erarbeiteten Daten zeigen, dass lösliches TNF nach Aktivierung des NFĸB-Signalwegs die renale Expression von proinflammatorischen Zytokinen und Chemokinen induziert und damit ein bedeutender Faktor für die Vermittlung der renalen Leukozyteninfiltration darstellt. Andererseits ist membranständig exprimiertes TNF ein wichtiger Mediator für die Schädigung von Nierengewebe in der murinen Glomerulonephritis. Seine übermäßige Expression führt zur Verschlechterung der Nierenfunktion mit größerem renalen Gewebeschaden durch die verstärkte Induktion von Zelltod in Form von Nekroptose und dem vermehrten Untergang von glomerulären Endothelzellen. Diese Ergebnisse unterstreichen den Stellenwert von membranständigem TNF als ein mögliches therapeutisches Zielmolekül in entzündlichen Nierenerkrankungen

Novel immersed boundary method for fluid-structure interaction of compressible flow

A 3D fluid-structure interaction (FSI) code is under development. The fluid domain (Navier-Stokes) solver will employ a sharp interface ghost node immersed boundary method (IBM) to apply the boundary conditions at fluid-solid interfaces. The Navier-Stokes (N-S) solver has been verified using a classic Poiseuille channel flow. The current version of the immersed boundary method is being tested by solving a heat conduction problem. The order of accuracy of the IBM was shown to be just above second order

Cell-crossing functional network driven by microRNA-125a regulates endothelial permeability and monocyte trafficking in acute inflammation

Opening of the endothelial barrier and targeted infiltration of leukocytes into the affected tissue are hallmarks of the inflammatory response. The molecular mechanisms regulating these processes are still widely elusive. In this study, we elucidate a novel regulatory network, in which miR-125a acts as a central hub that regulates and synchronizes both endothelial barrier permeability and monocyte migration. We found that inflammatory stimulation of endothelial cells induces miR-125a expression, which consecutively inhibits a regulatory network consisting of the two adhesion molecules VE-Cadherin (CDH5) and Claudin-5 (CLDN5), two regulatory tyrosine phosphatases (PTPN1, PPP1CA) and the transcription factor ETS1 eventually leading to the opening of the endothelial barrier. Moreover, under the influence of miR-125a, endothelial expression of the chemokine CCL2, the most predominant ligand for the monocytic chemokine receptor CCR2, was strongly enhanced. In monocytes, on the other hand, we detected markedly repressed expression levels of miR-125a upon inflammatory stimulation. This induced a forced expression of its direct target gene CCR2, entailing a strongly enhanced monocyte chemotaxis. Collectively, cell-type-specific differential expression of miR-125a forms a synergistic functional network controlling monocyte trafficking across the endothelial barrier towards the site of inflammation. In addition to the known mechanism of miRNAs being shuttled between cells via extracellular vesicles, our study uncovers a novel dimension of miRNA function: One miRNA, although disparately regulated in the cells involved, directs a biologic process in a synergistic and mutually reinforcing manner. These findings provide important new insights into the regulation of the inflammatory cascade and may be of great use for future clinical applications

Proteomic profiling in cerebral amyloid angiopathy reveals an overlap with CADASIL highlighting accumulation of HTRA1 and its substrates

Cerebral amyloid angiopathy (CAA) is an age-related condition and a major cause of intracerebral hemorrhage and cognitive decline that shows close links with Alzheimer's disease (AD). CAA is characterized by the aggregation of amyloid-β (Aβ) peptides and formation of Aβ deposits in the brain vasculature resulting in a disruption of the angioarchitecture. Capillaries are a critical site of Aβ pathology in CAA type 1 and become dysfunctional during disease progression. Here, applying an advanced protocol for the isolation of parenchymal microvessels from post-mortem brain tissue combined with liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), we determined the proteomes of CAA type 1 cases (n = 12) including a patient with hereditary cerebral hemorrhage with amyloidosis-Dutch type (HCHWA-D), and of AD cases without microvascular amyloid pathology (n = 13) in comparison to neurologically healthy controls (n = 12). ELISA measurements revealed microvascular Aβ1-40 levels to be exclusively enriched in CAA samples (mean: > 3000-fold compared to controls). The proteomic profile of CAA type 1 was characterized by massive enrichment of multiple predominantly secreted proteins and showed significant overlap with the recently reported brain microvascular proteome of patients with cerebral autosomal-dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy (CADASIL), a hereditary cerebral small vessel disease (SVD) characterized by the aggregation of the Notch3 extracellular domain. We found this overlap to be largely attributable to the accumulation of high-temperature requirement protein A1 (HTRA1), a serine protease with an established role in the brain vasculature, and several of its substrates. Notably, this signature was not present in AD cases. We further show that HTRA1 co-localizes with Aβ deposits in brain capillaries from CAA type 1 patients indicating a pathologic recruitment process. Together, these findings suggest a central role of HTRA1-dependent protein homeostasis in the CAA microvasculature and a molecular connection between multiple types of brain microvascular disease