A number of studies have demonstrated the pivotal role of collagen in modulating cell growth and differentiation. In bone, where the extracellular matrix is composed of approximately 85% type I collagen, cellular interaction with matrix components has been shown to be important in the regulation of the osteoblast phenotype. Preservation or enhancement of normal osteoblast function and appositional bone formation after implant placement represents a strategy that can be useful for the purpose of improving osseointegration. In order to further improve biocompatibility, we combined two known favorable compounds, namely the titanium alloy, Ti6A14V, with type I collagen. We assessed the in vitro behavior of primary osteoblasts grown on both fibrillar collagen-coated and tropocollagen-coated Ti6A14V in comparison with uncoated titanium alloy, using an improved adsorption procedure. As parameters of biocompatibility, a variety of processes, including cell attachment, spreading, cytoskeletal organization, focal contact formation, proliferation and expression of a differentiated phenotype, were investigated. Our results demonstrated for the first time that in comparison to uncoated titanium alloy, collagen-coated alloy enhanced spreading and resulted in a more rapid formation of focal adhesions and their associated stress fibers. Growing on collagen-coated Ti6A14V, osteoblasts had a higher proliferative capacity and the intracellular expression of osteopontin was upregulated compared to uncoated titanium alloy. Type I collagen-coated titanium alloy exhibits favorable effects on the initial adhesion and growth activities of osteoblasts, which is encouraging for its potential use as bone graft material. Moreover, collagen type I may serve as an excellent biocompatible carrier for osteotropic factors such as cell adhesion molecules (e.g. fibronectin) or bone-specific growth factors. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

A number of studies have demonstrated the pivotal role of collagen in modulating cell growth and differentiation. In bone, where the extracellular matrix is composed of approximately 85% type I collagen, cellular interaction with matrix components has been shown to be important in the regulation of the osteoblast phenotype. Preservation or enhancement of normal osteoblast function and appositional bone formation after implant placement represents a strategy that can be useful for the purpose of improving osseointegration. In order to further improve biocompatibility, we combined two known favorable compounds, namely the titanium alloy, Ti6A14V, with type I collagen. We assessed the in vitro behavior of primary osteoblasts grown on both fibrillar collagen-coated and tropocollagen-coated Ti6A14V in comparison with uncoated titanium alloy, using an improved adsorption procedure. As parameters of biocompatibility, a variety of processes, including cell attachment, spreading, cytoskeletal organization, focal contact formation, proliferation and expression of a differentiated phenotype, were investigated. Our results demonstrated for the first time that in comparison to uncoated titanium alloy, collagen-coated alloy enhanced spreading and resulted in a more rapid formation of focal adhesions and their associated stress fibers. Growing on collagen-coated Ti6A14V, osteoblasts had a higher proliferative capacity and the intracellular expression of osteopontin was upregulated compared to uncoated titanium alloy. Type I collagen-coated titanium alloy exhibits favorable effects on the initial adhesion and growth activities of osteoblasts, which is encouraging for its potential use as bone graft material. Moreover, collagen type I may serve as an excellent biocompatible carrier for osteotropic factors such as cell adhesion molecules (e.g. fibronectin) or bone-specific growth factors. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Spectral karyotyping (SKY) is a widely used methodology to identify genetic aberrations. Multicolor fluorescence in situ hybridization using chromosome painting probes in individual colors for all metaphase chromosomes at once is combined with a unique spectral measurement and analysis system to automatically classify normal and aberrant chromosomes. Based on countless studies and investigations in many laboratories worldwide, numerous new chromosome translocations and other aberrations have been identified in clinical and tumor cytogenetics. Thus, gene identification studies have been facilitated resulting in the dissection of tumor development and progression. For example, different translocation partners of the TEL/ETV6 transcription factor that is specially required for hematopoiesis within the bone marrow were identified. Also, the correct classification of complex karyotypes of solid tumors supports the prognostication of cancer patients. Important accomplishments for patients with genetic diseases, leukemias and lymphomas, mesenchymal tumors and solid cancers are summarized and exemplified. Furthermore, studies of disease mechanisms such as centromeric DNA breakage, DNA double strand break repair, telomere shortening and radiation-induced neoplastic transformation have been accompanied by SKY analyses. Besides the hybridization of human chromosomes, mouse karyotyping has also contributed to the comprehensive characterization of mouse models of human disease and for gene therapy studies. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF) is a complex syndrome associated with a high morbidity and mortality rate. Leucine supplementation has been demonstrated to attenuate cardiac dysfunction in animal models of cachexia and heart failure with reduced ejection fraction (HFrEF). So far, no data exist on leucine supplementation on cardiac function in HFpEF. Thus, the current study aimed to investigate the effect of leucine supplementation on myocardial function and key signaling pathways in an established HFpEF rat model. Female ZSF1 rats were randomized into three groups: Control (untreated lean rats), HFpEF (untreated obese rats), and HFpEF_Leu (obese rats receiving standard chow enriched with 3% leucine). Leucine supplementation started at 20 weeks of age after an established HFpEF was confirmed in obese rats. In all animals, cardiac function was assessed by echocardiography at baseline and throughout the experiment. At the age of 32 weeks, hemodynamics were measured invasively, and myocardial tissue was collected for assessment of mitochondrial function and for histological and molecular analyses. Leucine had already improved diastolic function after 4 weeks of treatment. This was accompanied by improved hemodynamics and reduced stiffness, as well as by reduced left ventricular fibrosis and hypertrophy. Cardiac mitochondrial respiratory function was improved by leucine without alteration of the cardiac mitochondrial content. Lastly, leucine supplementation suppressed the expression and nuclear localization of HDAC4 and was associated with Protein kinase A activation. Our data show that leucine supplementation improves diastolic function and decreases remodeling processes in a rat model of HFpEF. Beneficial effects were associated with HDAC4/TGF-β1/Collagenase downregulation and indicate a potential use in the treatment of HFpEF.

Das dopaminerge und das serotonerge Transmissionssystem sind zwei wichtige Transmissionssysteme, die in eine Vielzahl von Krankheiten des ZNS involviert sind. Es ist gut bekannt, daß eine enge Interaktion zwischen beiden Systemen stattfindet. Krankheiten des ZNS, die sich auf umschriebene Veränderungen zurückführen lassen, haben durch die Interaktionen von Transmissionssystemem weitreichende Folgen auf verschiedene Bereiche des Gehirns. Neuere Therapien machen sich diese Interaktionen zunutze, um in das Krankheitsgeschehen einzugreifen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Reaktion des dopaminergen Systems auf eine genetische Veränderung im serotonergen System untersucht. Die untersuchten transgenen Tiere besaßen ein Gensequenz, die für eine Antisense-m-RNA gegen die m-RNA der TPH kodierte. Die TPH katalysiert den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Serotoninbiosynthese. Zur Charakterisierung des dopaminergen Systems wurden die Freisetzung und die hochaffine Wiederaufnahme durch den DAT als Parameter ausgewählt. Die Freisetzung aus Synaptosomenpräparationen war bei den transgenen Tieren signifikant gegenüber den nicht-transgenen Tieren erniedrigt. Bei der hochaffinen Wiederaufnahme ließen sich keine Unterschiede zwischen transgenen und nicht-transgenen Tieren feststellen. Die beobachtete Erniedrigung der Freisetzung bestätigt die Erkenntnisse einer Vielzahl von Studien, die einen stimulatorischen Einfluss von Serotonin auf das dopaminerge System beschreiben. / The dopaminergic and the serotonergic transmission systems are two important systems that are involved in a great number of central nervous system (CNS) diseases. It has long been known that a close interaction exists between them. Due to the interactions of transmission systems diseases of the CNS located on a identifiable spot have far-reaching consequences on other systems. Newer therapies take advantage of these interactions in order to interfere with the pathologic process. This study was performed to investigate how the dopaminergic system reacts to a alteration in the serotonergic system. The observed transgenic animals carried the gene for an antisense-construct against the m-RNA of tryptophahydroxylase (TPH). TPH catalyzes the rate limiting step in serotonin biosynthesis. In order to characterize the dopaminergic system 2 parameters were chosen: dopamine release and dopamine high affinity reuptake. The following results were obtained: Release of dopamine from synaptosomal preparations was decreased significantly in comparison to non-transgenic control animals. No difference concerning high affinity dopamine reuptake measured by continuous potential amperometry was noted. The findings concerning release of dopamine are in line with studies describing a facilitatory effect of serotonin on the dopaminergic system.

Funktionelle bildgebende Verfahren des Gehirns messen Veränderungen des lokalen cerebralen Blutflusses bzw. der Oxygenierung, die an neuronale Aktivität gekoppelt sind, und nicht die neuronale Aktivität selbst. Diese Veränderungen breiten sich über ein größeres Areal aus als die neuronale Aktivität, das räumliche Auflösungsvermögen der bildgebenden Verfahren bleibt daher begrenzt. Es ist vorgeschlagen worden, dass der Sauerstoffverbrauch unter neuronaler Aktivierung vor dem Blutfluss ansteige. Ein initial steigender Sauerstoffverbrauch würde dann eine Deoxygenierung des Gewebes bewirken, diese bliebe exakt auf das Aeral neuronaler Aktivität beschränkt und liesse sich mit bildgebenden Verfahren darstellen, die die lokale Oxygenierung messen. Um die Hypothese der initialen Deoxygenierung zu überprüfen führten wir Messungen der intravaskulären Sauerstoffkonzentration mittels Phosphorescence Quenching im somatosensorischen Kortex von Ratten unter physiologischer Stimulation (mechanische Auslenkung der Barthaare) durch. Die Tiere wurden mit Chloralose/Urethan anästhesiert und ein kranielles Fenster über dem somatosensorischen Kortex präpariert. Der Zeitverlauf der intravaskulären Sauerstoffkonzentration unter 4s-Stimulation eines einzelnen bzw. aller Barthaare zeigte eine nach ca. 1-1,5s beginnende Hyperoxygenierung, die ihr Maximum etwa 1-1,5s nach Ende der Stimulation erreichte. Es folgte ein gering ausgeprägter post-stimulus-undershoot. Eine reproduzierbare initiale Deoxygenierung liess sich nicht nachweisen. Diese Ergebnisse sind vereinbar mit einer engen Kopplung des lokalen cerebralen Blutflusses an die neuronale Aktivität während der gesamten Stimulationsdauer. / Functional brain imaging techniques such as fMRI or PET measure regional changes in cerebral blood flow and oxygenation related to neuronal activity rather than neuronal activity itself. These changes are believed to spread over a larger area than the neuronal activity thus limiting spatial resolution of imaging techniques. It has been suggested that oxygen consumption increases before blood flow in the region of increased activity. An increased oxygen consumption would lead to an initial deoxygenation limited exactly to the aera of neuronal activity thus providing a signal detectable with techniques measuring blood oxygenation (e.g. BOLD-fMRI). To test the hypothesis of an initial deoxygenation we performed measurements of intravascular oxygen concentration in the somatosensory cortex of rats in response to a physiological stimulus (whisker deflection) using oxygen dependent phosphorescence quenching. Animals were anesthetized with chloralose/urethane and a closed cranial window was implanted over the somatosensory cortex. Timecourses of intravascular oxygen concentration during 4s single-whisker as well as whole pad deflection showed a hyperoxygenation beginning 1-1,5s second after stimulatin onset and peaking one second after the end of the stimulation. A small post-stimulus undershoot was observed. We did not reproducibly detect an initial deoxygenation. These results indicate tight coupling between neuronal activity and cerebral blood flow throughout the stimulation period.

Ratten verwenden Schnurrhaare (Vibrissen) zur Berührungswahrnehmung, und die Leitungsbahn von den Vibrissen zum primären somatosensorischen Areal (Barrel Cortex, BC) ist gut untersucht. Ratten zeigen auch vielfältiges Sozialverhalten, u.a. Berührung von Artgenossen mit ihren Vibrissen. Es ist jedoch unbekannt, wie diese sozialen Berührungssignale im Gehirn repräsentiert sind. Deshalb hatte die vorliegende Studie zum Ziel, die neuronale Repräsentation von sozialen Berührungen im BC zu untersuchen und mit anderer somatosensorischer Stimulation zu vergleichen. Mit extrazellulären Einzelzellableitungen in sich frei bewegenden Ratten habe ich gezeigt, dass die Aktivität eines Großteils von Neuronen im BC durch soziale Berührungen moduliert wird. Antworten waren meist erregend und Feuerraten während sozialer Interaktionen unterschieden sich zwischen kortikalen Schichten. Ratten bevorzugten Interaktionen mit Artgenossen gegenüber unbelebten Stimuli. Auch die Berührungsstrategien unterschieden sich, dabei wurden Objekte mit regelmäßigeren Bewegungen abgetastet, und die Vibrissen weiter vorgestreckt. Neuronale Antworten unterschieden sich ebenso, mit leicht aber konsistent schwächeren Antworten auf Objekte. Interessanterweise habe ich geschlechtsspezifische Unterschiede in neuronalen Antworten beobachtet. Der ausgeprägteste war die stärkere Modulation regulär-feuernder (RF) Zellen in Männchen während sozialer Berührungen. Dieser Unterschied konnte nicht mit sozialem Berührungsverhalten erklärt werden, was eventuell auf eine neurale Grundlage dieser Differenz hindeutet. Zudem feuerten RF-Zellen von Weibchen deutlich seltener, wenn das Weibchen im Östrus war. Zusammenfassend ist dies die erste Studie, die soziale Signale in einem primären sensorischen Areal bei sich frei bewegenden Tieren auf zellulärer Ebene untersuchte. Sie legt nahe, dass die Repräsentationen sensorischer Hirnrinde weniger stimulusabhängig und stärker top-down-moduliert sein könnten, als zuvor angenommen. / Rats use their stiff facial hairs (whiskers) for somatosensation, and the pathway from the whiskers to the primary somatosensory cortex (barrel cortex, BC) is well known. Rats also show diverse social behaviors, including touch of conspecifics with their whiskers. The representation of these social touch signals in the brain is however unknown. Thus, the present study aimed at characterizing the neuronal representation of social touch signals in BC and comparing them with non-social somatosensory stimulation. Using extracellular single-cell recordings in freely-moving rats, I could show that the activity of a large fraction of BC neurons is modulated by social touch. Responses were typically excitatory and the pattern of firing rates during interactions differed between cortical layers. Rats preferred interactions with alive conspecifics over inanimate stimuli. Whisking strategies also differed in that inanimate stimuli were whisked at with more regular movements from more protracted set angles. Neuronal responses were also different, such that objects elicited slightly but consistently weaker responses than alive rats. Interestingly, I observed sex-specific differences in neuronal responses. Prominently, there was stronger modulation by social touch in regular-spikers (RS) recorded from males. This could not be explained by behavioral measures, possibly indicating a neural origin of this difference. Further, RS from females fired much more weakly when females were in estrus. In summary, this is the first study that investigated social signals in a primary sensory area of freely-moving animals at the cellular level. It suggests that representations in sensory cortices might be less stimulus-driven and more top-down modulated than previously thought.

Die neonatale Hypoxie, als Schwangerschafts- und Geburtskomplikation, ist der wichtigste prädisponierende Umweltfaktor in der Pathophysiologie der Schizophrenie. Sie führt zu einer Schädigung des Gehirns und einer Störung der Hirnentwicklung. Insgesamt sind die neurobiologischen Auswirkungen, insbesondere auf die Zellproliferation, unklar. Im Tiermodell konnten bereits Verhaltensauffälligkeiten ähnlich der Schizophrenie, infolge chronischer neonataler Hypoxie, festgestellt werden. Störungen in der Zellentwicklung könnten hierfür die Ursache sein. Die Hypothese, dass der Beginn der abnormalen Hirnentwicklung perinatal liegt, während erste klinische Symptome im frühen Erwachsenenalter manifest werden, unterstützt diese Ergebnisse. Die Hirnentwicklung der Ratte ist in der frühen postnatalen Periode vergleichbar mit der eines menschlichen Fötus im dritten Trimenon der Schwangerschaft und eignet sich daher pathologische Prozesse im zentralen Nervensystem des Menschen zu reflektieren. In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe postnataler Hypoxie die neuronale Zellproliferation in 20 männlichen Wistar-Ratten zu unterschiedlichen Zeitpunkten (postnataler Tag 13 und 39) untersucht. Die Hypoxietiere wurden vom postnatalen Tag vier bis acht einer Hypoxie, bestehend aus 11% O2 und 89% N2, ausgesetzt. Mit Hilfe der Bromodeoxyuridin-Peroxidasefärbung wurde die Zellproliferation in Hypoxie-vulnerablen Hirnregionen untersucht. Hierzu gehören der Gyrus cinguli, das Striatum, der Gyrus dentatus und die subventrikuläre Zone. Als Vergleich diente eine unbehandelte Kontrollgruppe. Durch ein Mikroskop mit Schrittmotorsystem und Stereo Investigator Software (MicroBrightField, UK) und der Optical Fractionator-Methode konnte erstmals festgestellt werden, dass Hypoxie-behandelte Tiere eine um 20% erhöhte Zellproliferation im Gyrus cinguli am postnatalen Tag 13 aufwiesen. Des Weiteren zeigte sich bei den Hypoxie-behandelten Tieren ein um 16% reduziertes Volumen im Striatum am postnatalen Tag 13. Am postnatalen Tag 39 zeigten sich keine signifikanten Unterschiede mehr. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein vorübergehender Einfluss chronischer Hypoxie auf die Zellproliferation und das Volumen angenommen werden kann und das das Gehirn innerhalb gewisser Grenzen während der neuronalen Entwicklung tolerant gegenüber exogenen Noxen wie Hypoxie zu sein scheint. Die Ergebnisse bestätigen auch, dass nur ein kleiner Teil der Hypoxie-assoziierten Geburtskomplikationen zu einer Schizophrenie führt und der Erkrankung eine multifaktorielle Gen-Umwelt-Interaktion zugrunde liegt. Zukünftig könnte es, mit der besseren Kenntnis neurobiologischer Auswirkungen von Umweltfaktoren und genetischen Faktoren im Gehirn, möglich werden die Schizophrenie frühzeitiger zu erkennen und zu behandeln sowie behindernde Symptome zu reduzieren.

No description available.

No description available.