In Vivo Diagnostic Imaging Using Micro-CT: Sequential and Comparative Evaluation of Rodent Models for Hepatic/Brain Ischemia and Stroke

BACKGROUND: There is an increasing need for animal disease models for pathophysiological research and efficient drug screening. However, one of the technical barriers to the effective use of the models is the difficulty of non-invasive and sequential monitoring of the same animals. Micro-CT is a powerful tool for serial diagnostic imaging of animal models. However, soft tissue contrast resolution, particularly in the brain, is insufficient for detailed analysis, unlike the current applications of CT in the clinical arena. We address the soft tissue contrast resolution issue in this report. METHODOLOGY: We performed contrast-enhanced CT (CECT) on mouse models of experimental cerebral infarction and hepatic ischemia. Pathological changes in each lesion were quantified for two weeks by measuring the lesion volume or the ratio of high attenuation area (%HAA), indicative of increased vascular permeability. We also compared brain images of stroke rats and ischemic mice acquired with micro-CT to those acquired with 11.7-T micro-MRI. Histopathological analysis was performed to confirm the diagnosis by CECT. PRINCIPAL FINDINGS: In the models of cerebral infarction, vascular permeability was increased from three days through one week after surgical initiation, which was also confirmed by Evans blue dye leakage. Measurement of volume and %HAA of the liver lesions demonstrated differences in the recovery process between mice with distinct genetic backgrounds. Comparison of CT and MR images acquired from the same stroke rats or ischemic mice indicated that accuracy of volumetric measurement, as well as spatial and contrast resolutions of CT images, was comparable to that obtained with MRI. The imaging results were also consistent with the histological data. CONCLUSIONS: This study demonstrates that the CECT scanning method is useful in rodents for both quantitative and qualitative evaluations of pathologic lesions in tissues/organs including the brain, and is also suitable for longitudinal observation of the same animals

Proteinase-activated receptor 4 stimulation-induced epithelial-mesenchymal transition in alveolar epithelial cells

BACKGROUND: Proteinase-activated receptors (PARs; PAR(1–4)) that can be activated by serine proteinases such as thrombin and neutrophil catepsin G are known to contribute to the pathogenesis of various pulmonary diseases including fibrosis. Among these PARs, especially PAR(4), a newly identified subtype, is highly expressed in the lung. Here, we examined whether PAR(4 )stimulation plays a role in the formation of fibrotic response in the lung, through alveolar epithelial-mesenchymal transition (EMT) which contributes to the increase in myofibroblast population. METHODS: EMT was assessed by measuring the changes in each specific cell markers, E-cadherin for epithelial cell, α-smooth muscle actin (α-SMA) for myofibroblast, using primary cultured mouse alveolar epithelial cells and human lung carcinoma-derived alveolar epithelial cell line (A549 cells). RESULTS: Stimulation of PAR with thrombin (1 U/ml) or a synthetic PAR(4 )agonist peptide (AYPGKF-NH(2), 100 μM) for 72 h induced morphological changes from cobblestone-like structure to elongated shape in primary cultured alveolar epithelial cells and A549 cells. In immunocytochemical analyses of these cells, such PAR(4 )stimulation decreased E-cadherin-like immunoreactivity and increased α-SMA-like immunoreactivity, as observed with a typical EMT-inducer, tumor growth factor-β (TGF-β). Western blot analyses of PAR(4)-stimulated A549 cells also showed similar changes in expression of these EMT-related marker proteins. Such PAR(4)-mediated changes were attenuated by inhibitors of epidermal growth factor receptor (EGFR) kinase and Src. PAR(4)-mediated morphological changes in primary cultured alveolar epithelial cells were reduced in the presence of these inhibitors. PAR(4 )stimulation increased tyrosine phosphorylated EGFR or tyrosine phosphorylated Src level in A549 cells, and the former response being inhibited by Src inhibitor. CONCLUSION: PAR(4 )stimulation of alveolar epithelial cells induced epithelial-mesenchymal transition (EMT) as monitored by cell shapes, and epithelial or myofibroblast marker at least partly through EGFR transactivation via receptor-linked Src activation

The vestibular system is critical for the changes in muscle and bone induced by hypergravity in mice

Gravity changes concurrently affect muscle and bone as well as induce alterations in vestibular signals. However, the role of vestibular signals in the changes in muscle and bone induced by gravity changes remains unknown. We therefore investigated the effects of vestibular lesions (VL) on the changes in muscle and bone induced by 3 g hypergravity for 4 weeks in C57BL/6J mice. Quantitative computed tomography analysis revealed that hypergravity increased muscle mass surrounding the tibia and trabecular bone mineral content, adjusting for body weight in mice. Hypergravity did not affect cortical bone and fat masses surrounding the tibia. Vestibular lesions blunted the increases in muscle and bone masses induced by hypergravity. Histological analysis showed that hypergravity elevated the cross‐sectional area of myofiber in the soleus muscle. The mRNA levels of myogenic genes such as MyoD, Myf6, and myogenin in the soleus muscle were elevated in mice exposed to hypergravity. Vestibular lesions attenuated myofiber size and the mRNA levels of myogenic differentiation markers enhanced by hypergravity in the soleus muscle. Propranolol, a β‐blocker, antagonized the changes in muscle induced by hypergravity. In conclusion, this study is the first to demonstrate that gravity changes affect muscle and bone through vestibular signals and subsequent sympathetic outflow in mice

Roles of leptin in the recovery of muscle and bone by reloading after mechanical unloading in high fat diet-fed obese mice.

Muscle and bone masses are elevated by the increased mechanical stress associated with body weight gain in obesity. However, the mechanisms by which obesity affects muscle and bone remain unclear. We herein investigated the roles of obesity and humoral factors from adipose tissue in the recovery phase after reloading from disuse-induced muscle wasting and bone loss using normal diet (ND)- or high fat diet (HFD)-fed mice with hindlimb unloading (HU) and subsequent reloading. Obesity did not affect decreases in trabecular bone mineral density (BMD), muscle mass in the lower leg, or grip strength in HU mice. Obesity significantly increased trabecular BMD, muscle mass in the lower leg, and grip strength in reloading mice over those in reloading mice fed ND. Among the humoral factors in epididymal and subcutaneous adipose tissue, leptin mRNA levels were significantly higher in reloading mice fed HFD than in mice fed ND. Moreover, circulating leptin levels were significantly higher in reloading mice fed HFD than in mice fed ND. Leptin mRNA levels in epididymal adipose tissue or serum leptin levels positively correlated with the increases in trabecular BMD, total muscle mass, and grip strength in reloading mice fed ND and HFD. The present study is the first to demonstrate that obesity enhances the recovery of bone and muscle masses as well as strength decreased by disuse after reloading in mice. Leptin may contribute to the recovery of muscle and bone enhanced by obesity in mice

Synthesis and Self-organization of The Giant Porphyrin Wires

研究の背景　ナノテクノロジーの発展により、新たな素子や物質などが発見され、それらの情報、素材、医療など様々な分野への技術的応用が期待されている。ナノテクノロジーは、その手法からリソグラフィーなどのトップダウンアプローチと分子などの自己組織化を利用したボトムアップアプローチに分類されている。トップダウンアプローチは、大面積のものの作成は容易であるが、原子レベルの精度を実現することは困難である。一方、ボトムアップアプローチは、原子レベルの精度でものを作れるが、大面積のものを意図通りに作ることは困難である。この二つの手法の欠点を克服できれば、原子レベルの精度で任意の大きさのものを作成することが可能になり、人類は究極の物質合成手法を手に入れることになる。研究目的　著者は、分子の自己組織化で規則性の高い構造体をできるだけ大面積で作成する手法の開発と、そのようにしてできたものの電気や光物性を研究することでボトムアップアプローチの欠点を克服することを目指し研究を行った。小さな分子の自己組織化の研究は多いが、小さな分子では組織化体の構造がほとんどの場合自然に決定されて制御困難である。そこで、ある程度の大きさ（10～100nm）までは合成的手法で分子を作成し、その比較的大きな分子を表面上で自己組織化することを考えた。その研究の手始めとして、１次元の巨大分子＝ポルフィリンワイヤの自己組織化の研究を行った。ポルフィリンワイヤを対象に選んだ理由は次の通りである。（１）&pi;共役した長鎖分子としては、安定で取り扱いやすい、（２）置換基の変換が容易である、（３）中心金属として様々な原子が導入可能であり、機能化がしやすい。また、中心に様々な金属原子を導入できるポルフィリンは、その金属原子を使ってさらに複雑な構造体を作成することができる。さらに、金属の違いによりポルフィリンの性質も変化させることができる。側鎖を変えることでポルフィリンの性質も変化する。これにより、自己組織化構造も変化する。側鎖に機能性部位を付加することもできる。このような性質から、ポルフィリンは分子ナノ構造体の良い材料であるといえる。実験結果　今回の研究で著者は、メソ位にジアセチレンを導入したポルフィリンを酸化カップリングさせることで最大約400量体程度のポルフィリンワイヤを合成した。合成したポルフィリンワイヤを分子量ごとに分取し、基板表面への自己組織化を行った。用いた基板は、マイカ、ガラス、酸化シリコン、HOPGで、ポルフィリンワイヤのTHF/H2O混合溶液を格基板に滴下し自然乾燥した。その結果、HOPG基板上でのみ規則正しい集合体を形成することに成功した。ポルフィリンワイヤの長さ、濃度の違いにより、3種類の集合体がAFMにより観察された。しかし、この集合体は、基板表面のごく一部でしか確認されずさらなる応用、測定が困難であった。　そこで、広範囲にわたり規則正しい構造体を作製する方法として、基板をポルフィリンワイヤ溶液に浸すという方法を用いた。ポルフィリンワイヤのTHF/H2O混合溶液にHOPG基板を2日浸すことにより、規則正しい集合体を基板表面ほぼ全体に作製することに成功した。集合体の厚さは約2 nmであり、ポルフィリンワイヤが数層かさなっていると考えられる。集合体は直線状の構造をしており、絶縁性基板へ転写することにより電気伝導度測定などが容易であると考えられる。　そこで次に、他の絶縁性基板へ転写を行った。HOPG上の集合体の電気伝導特性、光特性の測定には絶縁性かつ透明な基板上への転写が必要である。ガラス基板、マイカ基板にHOPGサンプルを押し付け転写を試みたが密着性が悪いことなどにより転写は成功しなかった。そこで、エポキシ樹脂を用いて転写を行った。まず、ガラス基板上に硬化前のエポキシ樹脂を薄く延ばしその上にHOPGサンプルを乗せ押し付けた。エポキシ樹脂硬化前なのでHOPG基板と密着が可能である。エポキシ樹脂の硬化後、HOPG基板を取り除きHOPG上の集合体を転写した。AFMによりエポキシ表面を観察した結果、一部で直線状のワイヤが観察された。まとめ　著者は、分子の自己組織化で規則性の高い構造体をできるだけ大面積で作成する手法の開発と、そのようにしてできたものの電気や光物性を研究することでボトムアップアプローチの欠点を克服することを目指し研究を行った。本研究では、合成的手法により１次元の巨大分子であるポルフィリンワイヤの作製し、この分子を用い基板上に自己組織化集合体を作製することに成功した。合成的手法と自己組織化を融合しサブマイクロメーターオーダーの規則正しい集合体を作製するという手法の開発に成功したといえる。さらに、この集合体を他の絶縁性基板への転写を試みた。これによりHOPG基板上の様々な集合体の電気伝導度特性、光特性の測定が可能になると考えられる。<br /