Die Kultivierung equiner Trachealepithelzellen stellt ein nützliches Modell dar, die (patho)-physiologischen Mechanismen der obstruktiven Atemwegserkrankungen des Pferdes auf zellulärer Ebene zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit war es, Methoden für die Isolation, Charakterisierung und weitergehende Kultivierung equiner Trachealepithelzellen (ETEZ) zu etablieren und validieren und die Expression und Funktionalität der beta-adrenergen Rezeptoren an frisch isolierten ETEZ und deren Primärkulturen mittels pharmakologischer und biochemischer Verfahrenstechniken zu analysieren. Epithelzellen wurden durch Trypsinverdau aus der Trachea gesunder Pferde gewonnen, indem zuerst die Mukosa der Trachea freigelegt und diese dann vom daruntergelegenen Bindegewebe stumpf getrennt wurde. Das gewonnene Gewebe wurde zerkleinert und enzymatisch mit 0,25% Trypsin-EDTA-Lösung für 2 h bei 37°C verdaut. Durch Siebung und Zentrifugation wurden die Zellen gereinigt, vereinzelt und gesammelt, wobei kontaminierende Fibroblasten später durch differentielle Adhäsion von den Epithelzellen getrennt wurden. Die isolierten Zellen wurden sowohl licht- bzw. elektronenmikroskopisch charakterisiert, als auch immunzytochemisch hinsichtlich Zytokeratin (für Epithelzellen) und Vimentin (für Fibroblasten) gefärbt. Die durchschnittliche Zellausbeute wurde mit der Neubauer-Zählkammer bestimmt und betrug 6,10 ± 0,63×106 Zellen pro 500 mg zerkleinertem Gewebe (n = 11). Die Zellvitalität wurde mittels Trypanblau-Färbung ermittelt und betrug 94,70 ± 1,17% (n = 11). Immunfluoreszensfärbungen zeigten, dass 93,57 ± 1,67% (n = 11) der frisch isolierten Zellen und ca. 100% (n = 5) der Primärkulturen auf Zytokeratin 5/6/18 positiv reagierten. Auf Anti-Vimentin reagierten dagegen nur 9,83 ± 0,94% (n = 11) der Zellen positiv. Die Zellen wurden in einer Dichte von 6,90 x 104 Zellen/cm2 in serumfreiem AECGM ausgesät und bildeten innerhalb einer Woche einen konfluenten Monolayer. Die konfluenten Zellen wurden mittels Dispase II abgelöst. Die erste (P1) und die zweite (P2) Passage konnte erfolgreich in serumfreien AECGM kultiviert und auf der Stufe P2 30 Tage lang gehalten werden. Weitethin wurden die Expression und Funktionalität der b-adrenergen Rezeptoren in frisch isolierten und kultivierten Epithelzellen untersucht. Mittels Radioligandenbindungsstudien, Westernblot, Immunfluoreszensfärbung und cAMP-Assays konnten erstmalig die Dichte, Affinität, Subtypen, Proteinexpression und zelluläre Lokalisation der beta-adrenergen Rezeptoren sowie die Rezeptorfunktion bestimmt werden. Messungen an frisch isolierten ETEZ ergaben für die mittlere Dissoziationskonstante (KD) von 31,78 ± 6,57 pM (n = 7) und eine maximale b-adrenerge Rezeptordichte (BMax) von 12727 ± 883,6 Bindungsstellen/Zelle (n = 7) ermittelt aus Sättigungsexperimenten mit dem b-adrenergen Rezeptorantagonisten [125I] Iodocyanopindolol (ICYP) in Anwesenheit des nicht selektiven beta-Rezeptorantagonisten (±)-CGP 12177. Für Primärkulturen ergaben sich Werte für KD von 15,26 ± 3,37 pM (n =6) und für BMax von 3730 ± 212 Bindungsstellen/Zelle (n = 6). Bei Verdrängungsexperimenten wurde die ICYP konzentrationsabhängig durch den beta2-selektiven Rezeptorantagonisten ICI 118.551 und den beta1-selektiven Rezeptorantagonisten CGP 20712A verdrängt, wobei für ICI 118.551 eine 10.000-fach höhere Affinität (Ki = 1,74 ± 0,15 nM in frisch-isolierten Zellen und 1,19 ± 0,41 nM in Primärkultur) gezeigt wurde als für CGP 20712A (Ki = 17 ± 7,90 μM in frisch isolierten Zellen). Die cAMP-Bildung wurde in frisch isolierten ETEZ konzentrationsabhängig durch die beta-adrenergen Rezeptoragonisten Isoproterenol, Epinephrin und Norepinephrin in der Reihenfolge ihrer Potenz mit einer EC50 von 58 nM (n = 6), 13,60 μM (n = 6) bzw. 0,43 mM (n = 6) stimuliert. Diese cAMP-Bildung konnte durch Behandlung der Zellen mit 100 nM der beta2-selektiven ICI 118.551, nicht aber durch 300 nM des beta1-selektiven CGP 20712A blockiert werden. Mit einem beta2-adrenergen Rezeptorantikörper konnte eine 72 kDa Proteinbande und mit demselben Antikörper in der Fluoreszenzfärbung Rezeptorantigene auf der Zelloberfläche nachgewiesen werden. Zusammenfassend konnten mit dem etablierten Protokoll große Mengen equiner Trachealepithelzellen isoliert und kultiviert werden. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen erstmalig, dass primäre equine Trachealepithelzellen funktionale beta2-adrenerge Rezeptoren exprimieren und das Protokoll zur Etablierung eines zellbasierten Modells geeignet ist, um in vitro verschiedene Funktionen und eine Pharmaka-induzierte Regulation der beta-adrenergen Signalkaskade hinsichtlich physiologischer und pathophysiologischer Zustände bei Atemwegserkrankungen des Pferdes und hierfür relevante pharmakologische und toxikologische Zielstrukturen untersuchen zu können.

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Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / As mass production of carbon nanoparticles (CNPs) continues to rise, the likelihood of occupational and environmental exposure raises the potential for exposure‐related health hazards. Although many groups have studied the effects of CNPs on biological systems, very few studies have examined the effects of exposure of cells, tissues or organisms to low, physiologically relevant concentrations of CNPs. Three of the most common types of CNPs are single wall nanotubes (SWNT), multi wall nanotubes (MWNT) and fullerenes (C60). We used electrophysiological techniques to test the effects of CNP exposure (40 μg/cm2 – 4 ng/cm2) on barrier function and hormonal responses of well characterized cell lines representing barrier epithelia from the kidney (mpkCCDcl4) and airways (Calu‐3). mpkCCDcl4 is a cell line representing principal cell type that lines the distal nephron in an electrically tight epithelia that aids in salt and water homeostasis and Calu‐3 is one of the few cell lines that produces features of a differentiated, functional human airway epithelium in vivo. These cell lines respond to hormones that regulate salt/water reabsorption (mpkCCDcl4) and chloride secretion (Calu‐3). In mpkCCDcl4 cells, after 48 hour exposure, the transepithelial electrical resistance (TEER) was unaffected by high concentrations (40 – 0.4 μg/cm2) of C60 or SWNT while lower, more relevant levels (< 0.04 μg/cm2) caused a decrease in TEER. MWNT decreased TEER at both high and low concentrations. CNT exposure for 48 hour did not change the transepithelial ion transport in response to anti‐diuretic hormone (ADH). In Calu‐3 cells, after 48 h of exposure to CNPs, fullerenes did not show any effect on TEER whereas the nanotubes significantly decreased TEER over a range of concentrations (4 μg/cm2‐0.004 ng/cm2). The ion transport response to epinephrine was also significantly decreased by the nanotubes but not by fullerenes. To look at the effect of exposure times, airway cells were exposed to same concentrations of CNPs for 24 and 1h. While the 48 h and 24 h exposures exhibited similar effects, there was no effect seen after 1h in terms of TEER or hormonal responses. In both the cell lines the magnitude of the transepithelial resistance change does not indicate a decrease in cellular viability but would be most consistent with more subtle changes (e.g., modifications of the cytoskeleton or changes in the composition of the cellular membrane). These changes in both the cell lines manifested as an inverse relationship with CNP concentration, were further corroborated by an inverse correlation between dose and changes in protein expression as indicated by proteomic analysis. These results indicate a functional impact of CNPs on epithelial cells at concentrations lower than have been previously studied and suggest caution with regard to increasing CNP levels due to increasing environmental pollution.

Oral health is a part of general health and the two are connected in many ways as well as impact each other. Oral diseases are some of the most common chronic diseases of mankind. Diseases such as caries and periodontitis are two of the most common ones affecting the oral cavity. Bacteria associated with these two diseases are Streptococcus mutans and Aggregatibacter actinomycetemcomitans respectively. Our hypothesis is that extracts from guava leaf or matcha tea affect adhesion of A. actinomycetecomitans or S. mutans to human epithelium. The aim of this study is to investigate a DNA-based method for studying attachment of bacteria to epithelial cells. Two different concentrations of the two bacterial species, high and low, were treated with matcha or guava leaf extract and adhesion on the human epithelial cell cultures was analyzed. The results were then analyzed using qPCR-based methods to test the amount of bacterial adhesion to the epithelial cells. Furthermore, the results showed that matcha was more effective for inhibition of bacterial adhesion than guava leaf.In conclusion, our results show that bacterial adhesion of A. actinomycetecomitans and S. mutans to human epithelial cells can be quantified by DNA-based methods, and the adhesion altered by plant extracts.

The apicomplexan Cryptosporidium parvum causes thousands of human deaths yearly. Since bovines represent the most important reservoir of C. parvum, the analysis of infected bovine small intestinal (BSI) explants cultured under physioxia offers a realistic model to study C. parvum–host cell–microbiome interactions. Here, C. parvum-infected BSI explants and primary bovine small intestinal epithelial cells were analysed for parasite development and metabolic reactions. Metabolic conversion rates in supernatants of BSI explants were measured after infection, documenting an immediate parasite-driven metabolic interference. Given that oxygen concentrations affect cellular metabolism, measurements were performed at both 5% O2 (physiological intestinal conditions) and 21% O2 (commonly used, hyperoxic lab conditions). Overall, analyses of C. parvum-infected BSI explants revealed a downregulation of conversion rates of key metabolites—such as glucose, lactate, pyruvate, alanine, and aspartate—at 3 hpi, followed by a rapid increase in the same conversion rates at 6 hpi. Moreover, PCA revealed physioxia as a driving factor of metabolic responses in C. parvum-infected BSI explants. Overall, the ex vivo model described here may allow scientists to address pending questions as to how host cell–microbiome alliances influence intestinal epithelial integrity and support the development of protective intestinal immune reactions against C. parvum infections in a realistic scenario under physioxic conditions.

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