O lúdico no ensino de biologia celular: possibilidades no ensino superior

peer reviewedConsidering the difficulties that some new students at the University present to understand abstract concepts, this work describes an extension course, in the area of Cell Biology, which was carried out with the objective of contributing to the effective learning of a group of undergraduate students at the University Federal University of Viçosa (MG). The work also reports the importance of the experience lived for the graduate students who taught the Course. In the Course, diversified recreational activities were used, chosen according to the theme that would be approached. The results showed that the process was very well accepted by the students, helping them to understand the contents, through a pleasant and accessible process, which enabled the construction of knowledge. For graduate students, the experience was unique and contributed to their professional training. Therefore, the results were significant for everyone involved.Considerando as dificuldades que alguns alunos recém-ingressos na Universidade apresentam para compreender conceitos abstratos, este trabalho descreve um curso de extensão, na área de Biologia Celular, que foi realizado com o objetivo de contribuir para a aprendizagem efetiva de um grupo de graduandos da Universidade Federal de Viçosa (MG). O trabalho relata também a importância da experiência vivenciada para os pós-graduandos que ministraram o mesmo. No Curso foram utilizadas atividades lúdicas diversificadas, escolhidas de acordo com o tema que seria abordado. Os resultados mostraram que as atividades desenvolvidas foram muito bem aceitas pelos graduandos, ajudando na compreensão dos conteúdos, através de um processo agradável e acessível, que viabilizou a construção dos saberes. Para os discentes da pós-graduação, a experiência foi única e contribuiu para a formação profissional dos mesmos. Portanto, os resultados obtidos foram significativos para todos os envolvidos.Considerando las dificultades que presentan algunos estudiantes nuevos de la Universidad para comprender conceptos abstractos, este trabajo describe un curso de extensión, en el área de Biología Celular, el cual se llevó a cabo con el objetivo de contribuir al aprendizaje efectivo de un grupo de estudiantes de pregrado. estudiantes de la Universidad Federal de Viçosa (MG). El trabajo también reporta la importancia de la experiencia vivida por los estudiantes graduados que impartieron el Curso. En el mismo se utilizaron actividades recreativas diversificadas, elegidas según la temática que se abordaría. Los resultados mostraron que el proceso fue muy bien acogido por los estudiantes, ayudándoles a comprender los contenidos, a través de un proceso ameno y accesible, que permitió la construcción de conocimientos. Para los estudiantes de posgrado, la experiencia fue única y contribuyó a su formación profesional. Por lo tanto, los resultados fueron significativos para todos los involucrados. Palabra

Physiological map to study kidney toxicity in the ONTOX project

editorial reviewedBackground and Objectives: Continuous improvements of computational approaches also increase the predictive performances of toxicological in silico models [1]. However, being mainly based on animal test data, these computational models lack a good correlation with human toxicity, and, being often based uniquely on chemical structures, they are unable to explain toxicological processes. To overcome these limitations, we have developed a new semi-automated strategy to build a Physiological Map (PM), a framework to study human toxicological mechanisms. Materials and Methods: Our method is useful to build a PM or to validate an existing PM. To retrieve information, a manual literature review was accompanied by computational interrogation of ontologies (e.g. Gene Ontology), thus creating a network of genes, proteins, molecules and phenotypes [2]. The network was converted manually into a PM using the CellDesigner software and visualized on the web using the MINERVA platform. The entire procedure was supported and revised by field experts. Results: We present here the human kidney PM, developed in the framework of ONTOX, a European project aimed at improving risk assessment avoiding the use of animal tests [3]. With the purpose to better understand tubular necrosis and nephrolithiasis, the PM represents the normal physiology in proximal tubule, the loop of Henle, distal tubule, and collecting duct cells, displaying the vitamin D metabolism and the urine production processes: filtration, reabsorption and secretion. Discussion and Conclusions: Our method assists the user to build a PM even starting from limited data. The PM is initially a static representation of physiological processes, also useful to study and develop new adverse outcome pathways. Subsequently, we could add kinetic parameters, transforming the PM into a dynamic model able to represent cellular perturbations. This approach presents an opportunity to investigate human toxicities, improving the toxicological predictions from a qualitative and quantitative perspective. References: [1] Manganelli S, Gamba A, Colombo E, Benfenati E (2022) 'Using VEGAHUB Within a Weight-of-Evidence Strategy'. In: Benfenati E. (eds) In Silico Methods for Predicting Drug Toxicity. Methods in Molecular Biology, vol 2425. Humana, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1960-5_18 [2] Gamba A, Salmona M, Bazzoni G (2020) 'Quantitative analysis of proteins which are members of the same protein complex but cause locus heterogeneity in disease', Sci Rep 10, 10423. https://doi.org/10.1038/s41598-020-66836-7 [3] Vinken M., et al. (2021) 'Safer chemicals using less animals: kick-off of the European ONTOX project', Toxicology 458, 152846. https://doi.org/10.1016/j.tox.2021.15284

Could biological tissue preservation methods change chemical elements proportion measured by energy dispersive X-ray spectroscopy?

peer reviewedEnergy Dispersive X-ray spectroscopy (EDS) is a powerful technical tool used in biomedical field to investigate the proportion of chemical elements of interest in research, such as heavy metal bioaccumulation and the enzymatic cofactors and nanoparticle therapy in various pathologies. However, the correct evaluation of the proportion of the elements is subject to some factors, including the method of sample preservation. In this study, we seek to investigate the effect of biological tissue preservation methods on the proportion of chemical elements obtained by the EDS methodology. For such, we used EDS to measure the proportion of chemical elements with biomedical interest in preserved livers, using three common methods for preserving biological tissues: a) Freezing, b) Paraformaldehyde fixative solution and c) Karnovsky solution. We found an increased level of sodium and reduced contents of potassium and copper in samples fixed in fixative solutions, when compared to frozen samples (p < 0.05). Our data indicate that preservation methods can change the proportion of chemical elements in biological samples, when measured by EDS. Frozen preservation should be preferred to retain the actual chemical content of samples and allow a correct assessment of the proportion of their elements

Chronic caffeine use does not influence behavior and brain oxidative status in mice: O uso crônico de cafeína não influencia o comportamento e o status oxidativo em camundongos

The present study investigated whether and to what extent caffeine chronic use can influence the brain oxidative status and the behavioral activity of the C57BL/6 female mice. For this, fifteen animals were randomized in the following groups: Control, Caf10: 10 mg/kg caffeine, and Caf50: 50 mg/kg caffeine. The animals received one daily caffeine dose by i.p route by 120 days. Twenty-four hours after the last administration, the animals were subjected to behavioral tests and euthanized. The blood was used by biochemical analysis and the brain to evaluate the oxidative status and micromineral levels. The caffeine does not influence the anthropometric parameters, lipid profile, and the C-reactive protein levels. In the same way, SOD and glutathione-s-transferase (GST) activities maintained the same response profile. On the other hand, catalase (CAT) activity was decreased in both groups receiving caffeine. Despite this, malondialdehyde and carbonyl protein levels did not change among the groups, as well as the distribution of the chemical elements. In the same way, none caffeine dose was caused increased anxiety degree in the animals. Considering the time of caffeine administration, we believe that there was the cellular adaptation triggered by its use, tending to a protective effect on the brain.Amplamente consumida nos alimentos e como suplemento alimentar, a cafeína tem sido estudada devido aos seus efeitos farmacológicos, principalmente no sistema nervoso central (SNC). O presente estudo investigou se o uso crônico da cafeína pode influenciar o estado oxidativo do cérebro e a atividade comportamental de camundongos fêmeas C57BL/6. Para isso, quinze animais foram randomizados nos seguintes grupos: Controle (solução salina à 0,9%), Caf10 (10 mg / kg de cafeína) e Caf50 (50 mg / kg de cafeína). Os animais receberam uma dose diária de cafeína por via i.p. durante 120 dias. Vinte e quatro horas após a última administração, os animais foram submetidos a testes comportamentais e foram eutanasiados. O sangue foi utilizado para análises bioquímicas. No cérebro, foi avaliado o estado oxidativo e os níveis de microminerais. A cafeína não influenciou os parâmetros antropométricos, perfil lipídico e níveis de proteína Creativa. Ademais, as atividades de superóxido dismutase (SOD) e glutationa-Stransferase (GST) mantiveram o mesmo perfil de resposta. Em contrapartida, a atividade da catalase (CAT) diminuiu em ambos os grupos que receberam cafeína. Já os níveis de malondialdeído e proteína carbonilada não se alteraram entre os grupos, assim como a distribuição dos microminerais. Nenhuma dose de cafeína desencadeou comportamento do tipo ansioso nos animais. Portanto, considerando o tempo de administração da cafeína, acreditamos que houve a adaptação celular desencadeada pelo seu uso, tendendo a um efeito protetor no  cérebro. Além disso, o espaço amostral reduzido foi uma limitação para entendimentos mais acurados sobre os efeitos da cafeína no SNC. Palavras-chave: Cafeína. Espécies reativas de oxigênio. Comportamento Animal

Physiological maps and chemical-induced disease ontologies: tools to support NAMs development for next-generation risk assessment

editorial reviewedPhysiological maps (PM) can be defined as a graphical representation of cellular and molecular processes associated to specific organ functions (Vinken et al. 2021). Within the ONTOX project, we designed a total of 6 PMs describing physiological processes in the liver, the kidney and the brain. These PMs are then used as a tool to assess relevant mechanistic coverage and linkage between a specific organ function and a toxicological endpoint. Based on the Disease Maps project (Mazein et al. 2018) pipeline, we developed the first version of 6 PMs describing the following physiological processes: bile secretion & lipid metabolism (liver), vitamin D metabolism & urine composition (kidney), neural tube closure (update of the work of Heusinkveld et al. 2021) & brain development (brain). Our workflow included: (i) data collection from expert curated literature (ii) identification of the relevant biological mechanisms, (iii) screening of online databases (e.g. Wikipathways, Reactome, and KEGG) for previously described pathways, (iv) manual curation and integration of the data into a PM using CellDesigner, and (v) visualization on the MINERVA platform (Hoksza et al. 2019). These qualitative PMs represent an important tool for exploring curated literature, analyzing networks and benchmarking the development of new adverse outcome pathways (AOPs). These PMs provide the basis for developing quantitative disease ontologies, integrating different layers of pathological and toxicological information, chemical information (drug-induced pathways) and kinetic data. The resulting chemical-induced disease ontologies will provide a multi-layered platform for integration and visualization of such information. The ontologies will contribute to improving understanding of organ/disease related pathways in response to chemicals, visualize omics datasets, develop quantitative methods for computational disease modeling and for predicting toxicity, set up an in vitro & in silico test battery to detect a specific type of toxicity, and develop new animal-free approaches for next generation risk assessment

Effects of Camellia sinensis infusion and different diets on weight loss, biochemical parameters and liver structure of C57BL/6 mice

Introdução: A obesidade é uma realidade em vários países, afetando todas as faixas etárias e distribuída por todos os tipos de populações. O tratamento farmacológico com enfase no gasto de energia e redução da fome tem aumentado nos últimos anos e a pesquisa acompanha a tendência, principalmente tratando-se dos fármacos fitoterápicos termogênicos. Dentre eles, detaca-se o chá verde por ser a bebida mais consumida no mundo depois da água. Objetivo: Avaliar o efeito da infusão de chá verde no peso corporal, perfil lipídico, estrutura e estresse oxidativo do fígado de camundongos previamente submetidos à dieta de cafeteria (DC). Metodologia: Após consumirem a DC por 90 dias, os animais foram divididos em quatro grupos onde foram combinados os tratamentos de dieta de cafeteria (G1 e G3) e dieta padrão para roedores (G2 e G4), mais a infusão de chá verde na dose de 100mg/Kg de peso corporal (G3 e G4) e o controle água (G1 e G2). A duração destes tratamentos foi de 35 dias. Resultados: A mudança na composição da dieta foi a principal causa da perda de peso, sendo o chá responsável por uma redução de aproximadamente 2% em ambos os grupos. O tratamento com a infusão de chá verde conseguiu reduzir em 50% a porcentagem de gotículas lipídicas, sendo o chá combinado com a dieta responsável por uma redução de 80% na porcentagem de inclusões lipídicas no fígado. As análises do estresse oxidativo do tecido hepático mostraram um aumento nos níveis do marcador de peroxidação lipídica malondialdeído (MDA) no grupo G2 e uma tendência ao aumento na quantidade deste marcador no G4 devido ao aumento do consumo da gordura acumulada. Conclusões: Não houve contribuição quanto a redução do peso corporal, porém o tratamento favoreceu a melhoria dos parâmetros morfométricos do fígado, principalmente quanto ao acúmulo de lipídios e ausência de indicativos de dano celular.Introduction: The obesity is a reality in several countries, affecting all age groups and distributed by all types of populations. Pharmacological treatment with emphasis on energy expenditure and appetite reduction has increased in recent years and research follows the trend, especially in the case of thermogenic phytotherapeutic drugs. Among them, green tea stands out as the most consumed drink in the world after water. Objective: Evaluate the effect of green tea infusion on body weight, lipid profile, structure and oxidative stress of the liver of mice previously submitted to the cafeteria diet (DC). Methods: After consuming the DC for 90 days, the animals were divided in four groups where combined the treatments of the diet of cafeteria (G1 and G3) and standard diet for rodents (G2 and G4), plus the infusion of green tea in the dose of 100mg / kg of body weight (G3 and G4) and the water control (G1 and G2). The duration of these treatments was 35 days. The treatment lasted 35 days. Results: The change in diet composition was the main cause of weight loss, with tea accounting for a reduction of approximately 2% in both groups. The treatment with green tea infusion was able to reduce the percentage of lipid droplets by 50%, with tea combined with the diet responsible for an 80% of reduction in the percentage of lipid inclusions in the liver. Analyzes of the oxidative stress of the liver tissue showed an increase in levels of the lipid peroxidation marker malondialdehyde (MDA) in the G2 group and a tendency to increase the amount of this marker in G4 due to the increase in accumulated fat consumption. Conclusions: Although the dose studied did not contribute greatly to the reduction of body weight, it favored the improvement of the morphometric parameters of the liver, mainly as regards the accumulation of lipids and absence of cell damage.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

Effects of Camellia sinensis (L.) Kuntze infusion on cardiac and renal morphophysiological parameters of Wistar rats with type 1 diabetes

Introdução: O diabetes tipo 1 é um grupo heterogêneo de distúrbios metabólicos que se desenvolve principalmente na infância e adolescência. A hiperglicemia decorrente do diabetes gera estresse metabólico sistêmico favorecendo o desenvolvimento de várias comorbidades, dentre elas a nefropatia diabética (ND) e a cardiomiopatia diabética (CD). Ambas as doenças são prevalentes em pacientes com diabetes e se não tratadas ou prevenidas podem evoluir para falências dos órgãos e morte do paciente. O chá verde é tradicionalmente utilizado como tratamento do diabetes e seus efeitos foram relacionados à capacidade hipoglicemiante, reduzindo a sobrecarga glicêmica e o dano oxidativo nos tecidos. Entretanto, estes resultados ainda são controversos e nem sempre o chá exerce uma ação hipoglicemiante, podendo levar a efeitos positivos por outras vias. Objetivo: Avaliar como os efeitos da infusão de chá verde (Camellia sinensis L. Kuntze) afetam parâmetros morfológicos, bioquímicos e funcionais dos rins e do coração frente a um estado hiperglicêmico grave gerado pelo diabetes tipo 1 experimental em animais jovens. Metodologia: Utilizamos neste trabalho um total de 18 ratos Wistar, machos e jovens. Tratamos seis ratos com diabetes tipo 1 induzido por estreptozotocina, com 100 mg/kg de chá verde, diariamente, por 42 dias. Além disso, um grupo controle saudável (n=6) e um diabético (n=6) também compuseram o experimento. A infusão foi preparada com o objetivo de reproduzir a forma consumida normalmente por humanos e os animais foram mantidos em condições controladas de temperatura (22 ± 2 oC) e luminosidade (12/12h), e receberam alimento e água ad libitum. Todos os procedimentos deste experimento foram aprovados pelo CEUA/UFV (protocolo no 53/2018). No Artigo 1 (Capítulo 2), foram avaliados marcadores sorológicos da função renal e marcadores teciduais de estresse oxidativo, homeostasia iônica e função de transportadores de íons, alterações morfológicas glomerulares e tubulares, bem como o dano ao DNA em células renais. Ainda, utilizamos a ferramenta de network pharmacology para explorar as vias de sinalização relacionadas aos resultados encontrados in vivo. No Artigo 2 (Capítulo 3) foram avaliados os marcadores séricos e teciduais para função cardíaca e estresse oxidativo. Além disso, analisamos por microscopia de campo claro, as alterações morfológicas e os danos ao DNA. Ainda, avaliamos também as alterações teciduais e ultraestruturais mitocondriais em fragmentos do ventrículo esquerdo por microscopia eletrônica de varredura. Resultados: Nossos resultados revelaram que uma dose diária de 100 mg/kg de tratamento com infusão de chá verde por 42 dias evitou danos renais cardíacos desencadeados pela hiperglicemia em ratos jovens com diabetes tipo 1 de início precoce, mesmo sem conseguir controlar a hiperglicemia grave nos animais. Os dados relativos às análises renais (Capítulo 2) revelaram que os componentes do chá verde interagem em vias de sinalização que regulam o metabolismo energético, incluindo a síntese e degradação da glicose e do glicogênio, além da reabsorção de glicose pelos rins, manejo da hipóxia e morte celular por apoptose. Tais interações levaram à redução do acúmulo de glicogênio no órgão e proteção do DNA ao dano oxidativo. Além disso, o chá verde foi capaz de prevenir danos morfológicos nos glomérulos, sugerindo um efeito protetor ao órgão e a preservação de sua função. No coração (Capítulo 3), apesar da falta de efeito direto sobre as atividades das enzimas antioxidantes, o chá verde preveniu a fibrose cardíaca e a hipertrofia dos cardiomiócitos, mantendo a distância de difusão dos vasos sanguíneos e a área de secção transversal das fibras em níveis semelhantes aos encontrados nos animais saudáveis. Além disso, a quantidade de células marcadas com iodeto de propídio foram mais baixas no grupo tratado com chá verde do que nos animais com diabetes não tratado, indicando um efeito protetor do chá verde contra danos ao DNA. Ainda, menores taxas de infiltração de mastócitos foram encontradas nos animais tratados com chá verde quando comparados ao controle diabético. Da mesma forma, menores taxas de mastócitos ativados também foram encontradas no grupo tratado com chá verde quando comparado ao controle diabético. Adicionalmente, foram encontradas alterações morfológicas nas mitocôndrias dos animais diabéticos, com maiores frequências de fusão mitocondrial que no grupo controle, e que foram prevenidas pelo tratamento com chá verde. Esses resultados positivos refletiram nos níveis mais baixos de creatina quinase (CK-MB) e lactato desidrogenase (LDH), sugerindo uma melhor função cardíaca no grupo tratado com chá verde, independentemente de quaisquer melhorias nos valores de glicose no sangue. Conclusões: A ingestão da infusão de chá verde é capaz de prevenir a remodelação dos tecidos do coração e dos rins, neutralizando as alterações induzidas pelo diabetes, prevenindo fibrose no miocárdio e pericárdio e a nefrose glicogênica nos rins, a remodelação vascular no miocárdio e infiltração e ativação de mastócitos no coração, e o desenvolvimento de alterações patológicas nos glomérulos. Além disso, o chá verde foi capaz de prevenir danos ao DNA dos cardiomiócitos e nas células renais, e controlar a dinâmica morfológica da mitocôndria, que ocorre como uma adaptação metabólica ao diabetes. Esses resultados benéficos, considerados em conjunto, refletem-se no potencial efeito protetor da infusão de chá verde frente às comorbidades decorrentes do diabetes envolvidas neste estudo. Palavras-chave: Cardiomiopatia diabética. Chá verde. Diabetes tipo 1. Fitoterapia. Nefropatia diabética.Introduction: Type 1 diabetes is a heterogeneous group of metabolic disorders that develop mainly in childhood and adolescence. Hyperglycemia resulting from diabetes generates systemic metabolic stress, favoring the development of several comorbidities, including diabetic nephropathy (DN) and diabetic cardiomyopathy (DC). Both diseases are prevalent in patients with diabetes and if left untreated or prevented they can progress to organ failure and patient death. Green tea is traditionally used as a treatment for diabetes and its effects were related to its hypoglycemic capacity, reducing glycemic overload and oxidative damage to tissues. However, these results are still controversial and tea does not always exert a hypoglycemic action, which can lead to positive effects in other ways. Objective: To evaluate how the effects of green tea infusion (Camellia sinensis L. Kuntze) affect morphological, biochemical and functional parameters of the kidneys and heart in a severe hyperglycemic state generated by experimental type 1 diabetes in young animals. Methodology: In this work we used a total of 18 male and young Wistar rats. We treated six streptozotocin-induced type 1 diabetes rats with 100 mg/kg of green tea daily for 42 days. In addition, a healthy control group (n=6) and a diabetic group (n=6) also composed the experiment. The infusion was prepared with the objective of reproducing the form normally consumed by humans and the animals were kept under controlled conditions of temperature (22 ± 2 oC) and light (12/12h), and received food and water ad libitum. All procedures of this experiment were approved by CEUA/UFV (protocol no. 53/2018). In the Article 1 (Chapter 2), serological markers of renal function and tissue markers of oxidative stress, ionic homeostasis and ion transporter function, glomerular and tubular morphological changes, as well as DNA damage in renal cells were evaluated. Furthermore, we used the network pharmacology tool to explore the signaling pathways related to the results found in vivo. In the Article 2 (Chapter 3), serum and tissue markers for cardiac function and oxidative stress were evaluated. In addition, we analyzed by brightfield microscopy, morphological changes and DNA damage. Furthermore, we also evaluated mitochondrial tissue and ultrastructural changes in left ventricular fragments by scanningelectron microscopy. Results: Our results revealed that a daily dose of 100 mg/kg of green tea infusion treatment for 42 days prevented cardiac renal damage triggered by hyperglycemia in young rats with early-onset type 1 diabetes, even without being able to control severe hyperglycemia in animals. The data related to kidney analysis (Chapter 2) revealed that the components of green tea interact in signaling pathways that regulate energy metabolism, including the synthesis and degradation of glucose and glycogen, in addition to glucose reabsorption by the kidneys, management of hypoxia and cell death by apoptosis. Such interactions led to a reduction in the accumulation of glycogen in the organ and protection of DNA from oxidative damage. Furthermore, green tea was able to prevent morphological damage to the glomeruli, suggesting a protective effect on the organ and the preservation of its function. In the heart (Chapter 3), despite the lack of direct effect on the activities of antioxidant enzymes, green tea prevented cardiac fibrosis and cardiomyocyte hypertrophy, maintaining the diffusion distance of blood vessels and the cross-sectional area of fibers in levels similar to those found in healthy animals. Furthermore, the amounts of cells labeled with propidium iodide were lower in the group treated with green tea than in animals with untreated diabetes, indicating a protective effect of green tea against DNA damage. Also, lower rates of mast cell infiltration were found in animals treated with green tea when compared to diabetic control. Likewise, lower rates of activated mast cells were also found in the group treated with green tea when compared to the diabetic control. Additionally, morphological alterations were found in the mitochondria of diabetic animals, with higher frequencies of mitochondrial fusion than in the control group, which were prevented by treatment with green tea. These positive results reflected lower creatine kinase (CK-MB) and lactate dehydrogenase (LDH) levels, suggesting better cardiac function in the green tea-treated group, regardless of any improvements in blood glucose values. Conclusions: The ingestion of green tea infusion is able to prevent the remodeling of heart and kidney tissues, neutralizing the changes induced by diabetes, preventing fibrosis in the myocardium and pericardium and glycogenic nephrosis in the kidney, vascular remodeling in the myocardium and infiltration and activation of mast cells in the heart, and the development of pathological changes in the glomeruli. Furthermore, green tea was able to prevent damage to the DNA of cardiomyocytes and renal cells, and to control the morphological dynamics of the mitochondria, which occur as a metabolic adaptation to diabetes. These beneficial results, taken together, are reflected in the potential protective effect of green tea infusion against comorbidities resulting from diabetes involved in this study.Keywords: Diabetic cardiomyopathy. Diabetic nephropathy. Green Tea. Phytotherapy. Type 1 diabetes.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

Computational modelling of neural tube closure defects

editorial reviewe

P04-06 New approaches for evaluating kidney toxicity using physiological maps

peer reviewe

Development of an adverse outcome pathway for kidney tubular necrosis

editorial reviewe