In-vitro Tissue Engineering von zellbesiedelten Polyurethan-Scaffolds: Bildung von extrazellulärer Matrix unter Einfluss von endothelialer Beschichtung und pulsatilem Fluss

Der Ersatz erkrankter Organ- und Gewebestrukturen des Herz-Kreislauf-Systems erlangt aufgrund der steigenden Anzahl an kardiovaskulären Erkrankungen zunehmende Bedeutung. Eine Möglichkeit, welche erkrankte Strukturen in ihrer Gesamtheit unter Erhalt der Funktionalität und Bewahrung der morphologischen Eigenschaften ersetzen könnte, ist Bestand des Forschungsgebiets des kardiovaskulären Tissue Engineerings (TE). Entscheidendes Merkmal der tissue-engineerten Konstrukte ist deren Vitalität: Dabei sind es vitale Zellen, welche ein funktionelles und morphologisch ähnliches Ersatzgewebe auf Trägermaterialien bilden. Dieses Ersatzgewebe ermöglicht im Idealfall Wachstum, Regeneration und Entwicklung des Konstruktes zu gesundem, kardiovaskulärem Gewebe. Diese Arbeit analysiert die Bildung extrazellulärer Matrix (EZM) auf einem Polyurethan (PU)-Trägermaterial unter Vergleich unterschiedlicher Besiedelungs- und Konditionierungsregime. Humane Endothelzellen (EC) und Fibroblasten (FB) konnten aus Vena saphena magna-Segmenten enzymatisch isoliert werden. Vorab wurden vier Gruppen (G1 - G4) à fünf tubulären PU-Scaffolds (Durchmesser = 3,3 cm) bestimmt. Zunächst wurden die PU-Scaffolds aller Gruppen für 24 Stunden mit FB (750.000 Zellen/cm2) dynamisch besiedelt und folgend für drei Tage statisch kultiviert. Anschließend konnten die PU-Scaffolds zweier Gruppen zusätzlich mit EC (750.000/cm2) für 24 Stunden dynamisch besiedelt und für drei Tage statisch kultiviert werden. Im Anschluss an die Besiedelungsprozesse wurden die PU-Scaffolds für sieben Tage entweder statisch kultiviert oder dynamisch konditioniert. Die dynamische Konditionierung erfolgte in einem Bioreaktor unter Anwendung eines pulsatilen Flusses mit einer initialen Flussrate von 690 ml/min, welche nach drei Tagen auf 2.100 ml/min erhöht wurde. Entnommene Proben konnten mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), Live/Dead®- (LD), Immunfluoreszenz- (IF) und histologischen Färbungen sowie quantitativer Real-Time Polymerase-Kettenreaktion (rt-PCR) analysiert werden. Nach statischer Kultivierung und dynamischer Konditionierung wurden pH-Wert-Messungen des Mediums durchgeführt. Die REM-Analyse bestätigte das Vorhandensein einer Zellschicht auf dem PU-Material. In den LD-Färbungen aller Proben war die Mehrheit der Zellen vital. Die Anwesenheit von FB und EC bestätigte der Nachweis von TE-7 (FB-spezifisch) und von-Willebrand-Faktor (vWF; EC-spezifisch) in IF-Färbungen. Weitere IF- und histologische Färbungen ergaben die Anwesenheit von EZM-Bestandteilen: Elastin, Fibronectin sowie Kollagene. Eine EC-Besiedlung mit dynamischer Konditionierung förderte die Bildung von EZM-Bestandteilen. PU als synthetisches Trägermaterial sowie humane FB und EC eigneten sich für den vorliegenden Versuchsansatz. Die Exposition der Zellen gegenüber dem pulsatilen Fluss im Bioreaktor provozierte die Entstehung von EZM-Bestandteilen. Insgesamt führten sowohl dynamische Besiedelungs- als auch dynamische Konditionierungsprozesse zu einer verbesserten Zellmorphologie und damit zu einer gesteigerten EZM-Bildung. Im Vergleich waren weniger EZM-Bestandteile in den statisch kultivierten Proben nachzuweisen. Die zusätzliche Beschichtung mit EC wirkte sich positiv auf die Bildung der EZM aus. Die FB-Schicht stellte eine optimale Grundlage für die EC-Adhäsion dar. Die alleinige Besiedelung der PU-Scaffolds mit FB führte zu einem Ablösen der Zellen und damit zu einer reduzierten EZM-Bildung. In Hinblick auf die weltweit hohe Mortalität kardiovaskulärer Erkrankungen ist die Regeneration von Gefäßen und Myokard sowie die Herstellung von tissue-engineerten Herzklappen (TEHV = engl. tissue-engineered heart valve) von besonderem klinischen Interesse. Fortschritte auf dem Gebiet des kardiovaskulären TE können zum zukünftigen Ersatz von dysfunktionalem Gewebe einen entscheidenden Beitrag leisten

In-vitro Tissue Engineering von zellbesiedelten Polyurethan-Scaffolds: Bildung von extrazellulärer Matrix unter Einfluss von endothelialer Beschichtung und pulsatilem Fluss

Der Ersatz erkrankter Organ- und Gewebestrukturen des Herz-Kreislauf-Systems erlangt aufgrund der steigenden Anzahl an kardiovaskulären Erkrankungen zunehmende Bedeutung. Eine Möglichkeit, welche erkrankte Strukturen in ihrer Gesamtheit unter Erhalt der Funktionalität und Bewahrung der morphologischen Eigenschaften ersetzen könnte, ist Bestand des Forschungsgebiets des kardiovaskulären Tissue Engineerings (TE). Entscheidendes Merkmal der tissue-engineerten Konstrukte ist deren Vitalität: Dabei sind es vitale Zellen, welche ein funktionelles und morphologisch ähnliches Ersatzgewebe auf Trägermaterialien bilden. Dieses Ersatzgewebe ermöglicht im Idealfall Wachstum, Regeneration und Entwicklung des Konstruktes zu gesundem, kardiovaskulärem Gewebe. Diese Arbeit analysiert die Bildung extrazellulärer Matrix (EZM) auf einem Polyurethan (PU)-Trägermaterial unter Vergleich unterschiedlicher Besiedelungs- und Konditionierungsregime. Humane Endothelzellen (EC) und Fibroblasten (FB) konnten aus Vena saphena magna-Segmenten enzymatisch isoliert werden. Vorab wurden vier Gruppen (G1 - G4) à fünf tubulären PU-Scaffolds (Durchmesser = 3,3 cm) bestimmt. Zunächst wurden die PU-Scaffolds aller Gruppen für 24 Stunden mit FB (750.000 Zellen/cm2) dynamisch besiedelt und folgend für drei Tage statisch kultiviert. Anschließend konnten die PU-Scaffolds zweier Gruppen zusätzlich mit EC (750.000/cm2) für 24 Stunden dynamisch besiedelt und für drei Tage statisch kultiviert werden. Im Anschluss an die Besiedelungsprozesse wurden die PU-Scaffolds für sieben Tage entweder statisch kultiviert oder dynamisch konditioniert. Die dynamische Konditionierung erfolgte in einem Bioreaktor unter Anwendung eines pulsatilen Flusses mit einer initialen Flussrate von 690 ml/min, welche nach drei Tagen auf 2.100 ml/min erhöht wurde. Entnommene Proben konnten mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), Live/Dead®- (LD), Immunfluoreszenz- (IF) und histologischen Färbungen sowie quantitativer Real-Time Polymerase-Kettenreaktion (rt-PCR) analysiert werden. Nach statischer Kultivierung und dynamischer Konditionierung wurden pH-Wert-Messungen des Mediums durchgeführt. Die REM-Analyse bestätigte das Vorhandensein einer Zellschicht auf dem PU-Material. In den LD-Färbungen aller Proben war die Mehrheit der Zellen vital. Die Anwesenheit von FB und EC bestätigte der Nachweis von TE-7 (FB-spezifisch) und von-Willebrand-Faktor (vWF; EC-spezifisch) in IF-Färbungen. Weitere IF- und histologische Färbungen ergaben die Anwesenheit von EZM-Bestandteilen: Elastin, Fibronectin sowie Kollagene. Eine EC-Besiedlung mit dynamischer Konditionierung förderte die Bildung von EZM-Bestandteilen. PU als synthetisches Trägermaterial sowie humane FB und EC eigneten sich für den vorliegenden Versuchsansatz. Die Exposition der Zellen gegenüber dem pulsatilen Fluss im Bioreaktor provozierte die Entstehung von EZM-Bestandteilen. Insgesamt führten sowohl dynamische Besiedelungs- als auch dynamische Konditionierungsprozesse zu einer verbesserten Zellmorphologie und damit zu einer gesteigerten EZM-Bildung. Im Vergleich waren weniger EZM-Bestandteile in den statisch kultivierten Proben nachzuweisen. Die zusätzliche Beschichtung mit EC wirkte sich positiv auf die Bildung der EZM aus. Die FB-Schicht stellte eine optimale Grundlage für die EC-Adhäsion dar. Die alleinige Besiedelung der PU-Scaffolds mit FB führte zu einem Ablösen der Zellen und damit zu einer reduzierten EZM-Bildung. In Hinblick auf die weltweit hohe Mortalität kardiovaskulärer Erkrankungen ist die Regeneration von Gefäßen und Myokard sowie die Herstellung von tissue-engineerten Herzklappen (TEHV = engl. tissue-engineered heart valve) von besonderem klinischen Interesse. Fortschritte auf dem Gebiet des kardiovaskulären TE können zum zukünftigen Ersatz von dysfunktionalem Gewebe einen entscheidenden Beitrag leisten

Comparative evaluation of extraction methods for apoplastic proteins from maize leaves

Proteins in the plant apoplast are essential for many physiological processes. We have analysed and compared six different infiltration solutions for proteins contained in the apoplast to recognize the most suitable method for leaves and to establish proteome maps for each extraction. The efficiency of protocols was evaluated by comparing the protein patterns resolved by 1-DE and 2-DE, and revealed distinct characteristics for each infiltration solution. Nano-LC-ESI-Q-TOF MS analysis of all fractions was applied to cover all proteins differentially extracted by infiltration solutions and led to the identification of 328 proteins in total in apoplast preparations. The predicted subcellular protein localisation distinguished the examined infiltration solutions in those with high or low amounts of intracellular protein contaminations, and with high or low quantities of secreted proteins. All tested infiltration solution extracted different subsets of proteins, and those implications on apoplast-specific studies are discussed

Interactive effects of genotype and N/S-supply on glucosinolates and glucosinolate breakdown products in Chinese cabbage (<i>Brassica rapa</i> L. ssp. <i>pekinensis</i>)

Chinese cabbage is rich in glucosinolates (GLS) and their breakdown products, mainly isothiocyanates (ITC), which are assumed to be human health-promoting compounds. Sulphur and nitrogen have been shown to influence concentrations and patterns of both. Little is known as to whether the effect of varying sulphur and nitrogen nutrition on glucosinolate and isothiocyanate content is influenced by the genotype. Therefore, two cultivars of Brassica rapa L. ssp. pekinensis were grown with increasing S (0.0, 0.3, and 0.6 g pot-1) and N (1 and 2 g pot-1) supply. Results show that total GLS concentration increased with higher N and S application, but ratios between individual GLS compounds remained unchanged. High N supply reduced the concentration of GLS, especially of the aliphatic ones, while the indole and aromatic GLS exhibited statistically insignificant responses to increasing N and S application. The profile of breakdown products was dominated by epithionitriles, followed by ITCs and nitriles. The ITCs were substantially reduced in response to increasing N and decreasing S supply. This was not observed for nitriles. Overall, GLS pattern were primarily influenced by the genetic background of the cultivar and less influenced by differential nutrition. Results show that selection of the cultivar is of utmost importance when glucosinolates and their breakdown products shall be increased by fertilization.   The online version of this article (doi: 10.5073/JABFQ.2016.089.036) contains supplementary files

Locking electron spins into magnetic resonance by electron-nuclear feedback

The main obstacle to coherent control of two-level quantum systems is their coupling to an uncontrolled environment. For electron spins in III-V quantum dots, the random environment is mostly given by the nuclear spins in the quantum dot host material; they collectively act on the electron spin through the hyperfine interaction, much like a random magnetic field. Here we show that the same hyperfine interaction can be harnessed such that partial control of the normally uncontrolled environment becomes possible. In particular, we observe that the electron spin resonance frequency remains locked to the frequency of an applied microwave magnetic field, even when the external magnetic field or the excitation frequency are changed. The nuclear field thereby adjusts itself such that the electron spin resonance condition remains satisfied. General theoretical arguments indicate that this spin resonance locking is accompanied by a significant reduction of the randomness in the nuclear field.Comment: 6 pages, 5 figures, 4 pages supplementary materia