Dissertation (Ph.D.)--University of South Florida, 2007. / Title from PDF of title page. Document formatted into pages; contains 187 pages. Includes vita. Includes bibliographical references.

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Allogeneic hematopoietic chimerism leading to central tolerance has significant therapeutic potential. Establishment of hematopoietic chimerism created by stem cell transplantation has been shown to prevent and cure a number of autoimmune diseases and induce the most robust and long-lasting form of transplantation tolerance known. However, the realization of the vast clinical potential of hematopoietic chimerism for induction of transplantation tolerance has been impeded by the toxicity of the host conditioning regimen and the development of graft-versus-host disease (GVHD). This thesis describes the development of stem cell transplantation protocols that 1) reduce the host conditioning regimen; and 2) abrogate the development of GVHD. When applied to the treatment of autoimmune diabetic NOD mice, a model of type 1 diabetes, stem cell transplantation was able to 3) prevent autoimmune recurrence; and 4) permit curative pancreatic islet transplantation. I first describe a tolerance-based stem cell transplantation protocol that combines sub-lethal irradiation with transient blockade of the CD40-CD154 costimulatory pathway using an anti-CD154 antibody. With this protocol, I established hematopoietic chimerism in BALB/c mice transplanted with fully allogeneic C57BL/6 bone marrow. All chimeric mice treated with anti-CD154 antibody remained free of graft vs.host disease (GVHD) and accepted donor-origin but not third party skin allografts. It was similarly possible to create allogeneic hematopoietic chimerism in NOD/Lt mice with spontaneous autoimmune diabetes. Pancreatic islet allografts transplanted into chimeric NOD/Lt mice were resistant not only to allorejection but also to recurrence of autoimmunity. I conclude that it is possible to establish robust allogeneic hematopoietic chimerism in sub-lethally irradiated mice without subsequent GVHD by blocking the CD40-CD154 costimulatory pathway using as few as two injections of anti-CD154 antibody. I also conclude that chimerism created in this way generates donor-specific allograft tolerance and reverses the predisposition to recurrent autoimmune diabetes in NOD/Lt mice, enabling them to accept curative islet allografts. In order to further reduce the impediments associated with the implementation of allogeneic hematopoietic chimerism as a therapeutic modality, I adapted a costimulation blockade-based protocol developed for solid organ transplantation for use in stem cell transplantation. The protocol combines a donor-specific transfusion (DST) with anti-CD154 antibody to induce peripheral transplantation tolerance. When applied to stem cell transplantation, administration of DST, anti-CD154 antibody, and allogeneic bone marrow led to hematopoietic chimerism and central tolerance with no myeloablation (i.e. no radiation) and no GVHD in 3 different strains of mice. The development of donor-specific tolerance in this system was shown to involve deletion of both peripheral host alloreactive CD8+ T cells and nascent intrathymic alloreactive CD8+ T cells. In the absence of large numbers of host alloreactive CD8+ T cells, the cell transfusion that precedes transplantation need not be of donor-origin, suggesting that both allo-specific and non-allo-specific mechanisms regulate engraftment. Agents that interfere with peripheral transplantation tolerance partially impair establishment of chimerism. I conclude that robust allogeneic hematopoietic chimerism and central tolerance can be established in the absence of host myeloablative conditioning using a peripheral transplantation tolerance protocol.

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O transplante de células-tronco hematopoiéticas tem sido a melhor opção terapêutica para muitas doenças. Seu sucesso, no entanto, depende de alguns fatores que influenciam a taxa de mortalidade. A doença do enxerto-contra-hospedeiro é uma causa de mortalidade. Apresenta duas formas, a aguda e a crônica, e ambas têm linfócitos T na patofisiologia. Outra causa são as infecções, cujos patógenos variam conforme o tempo de recuperação do sistema imune. O presente estudo avaliou a recuperação linfoide T com base no timo e distinção das subpopulações e citocinas nos pacientes que desenvolveram doença do enxerto-contra-hospedeiro crônica no primeiro ano de transplante. Os pacientes foram alocados no Hospital de Transplante Amaral Carvalho (Jaú/SP) e tinham entre 18 e 60 anos de idade. No pré-transplante, foram comparados com indivíduos saudáveis, pareados em idade. Após o transplante, todos os pacientes foram acompanhados por um ano e seis meses, para observação de possíveis eventos de doença do enxerto-contra-hospedeiro e/ou infecções. A análise laboratorial foi feita com o sangue do paciente, sendo a primeira antes do transplante, seguidas por mais quatro, com intervalos de três meses. Tais avaliações laboratoriais tinham por objetivos caracterizar a função tímica por quantificação de sjTREC; as subpopulações de linfócitos T, por citometria de fluxo e a análise de citocinas, por Luminex. Foram estudados 172 indivíduos, sendo 75 do transplante alogênico, 43 do transplante autólogo, além de 54 pessoas saudáveis. Nossos resultados mostraram que os pacientes apresentaram função tímica diminuída antes mesmo da realização do transplante. A função tímica enfraquecida foi um fator de risco para doença do enxerto-contrahospedeiro crônica e a recuperação do sistema imune foi melhor nos pacientes que não apresentaram doença do enxerto-contra-hospedeiro crônica após um ano do transplante. No entanto, a função tímica não foi diferente entre os pacientes que faleceram e os que estão vivos. No geral, não houve distinção quanto à apresentação das subpopulações de linfócitos T e à produção de citocinas entre os pacientes submetidos ao transplante alogênico que desenvolveram doença do enxerto-contra-hospedeiro crônica, relativamente aos demais pacientes. Com o tempo, foi observada a recuperação gradual do compartimento linfoide T e diminuição na incidência de infecções. A taxa de infecções não influenciou a apresentação das subpopulações de linfócitos T e a produção de citocinas nos pacientes que desenvolveram doença do enxerto-contrahospedeiro crônica em relação aos demais pacientes. Como conclusão, a função tímica apresentou-se deteriorada antes da realização do transplante, porém não foi determinante para que houvesse piora na evolução clínica após o transplante. Os pacientes que desenvolveram doença do enxerto-contra-hospedeiro crônica, independentemente da incidência de infecções, apresentaram semelhança no perfil das subpopulações de linfócitos T e das citocinas, quando comparados aos demais / Hematopoietic stem cell transplantation has been the best therapeutic option for many diseases. Its success depends on some factors that influence the mortality rate. Graftversus- host disease is one cause of mortality. It has two forms, acute and chronic, and both have T lymphocytes in their pathophysiology. Other causes are infections, whose pathogens vary according to immune system recovery time. The present study evaluated the lymphoid T recuperation through the thymus and the differentiation of subpopulations and cytokines in patients who developed chronic graft-versus-host disease at the first year of transplantation. The patients were allocated at Hospital de Transplantes Amaral Carvalho (Jaú/SP). They were between 18 and 60 years old. At pre-transplant phase, patients were compared to healthy individuals, age-matched. After transplantation, they were all assisted for one year and six months, so that graft-versushost disease\'s and infections\' events could be observed. The laboratory analysis was done by blood sample; the first occurred before the transplant, followed by four more, every three months. Laboratory examinations were performed to characterize thymic function by quantification of sjTREC; T lymphocyte subpopulations, by flow cytometry, and cytokine analysis, by Luminex. A total of 172 individuals were studied: 75 allogeneic transplant patients, 43 autologous transplant patients and 54 healthy persons. Our results showed that patients presented thymic function impaired even before the transplant. The weakening of the thymic function was a risk factor for chronic graft-versus-host disease and immune system recovery was better in patients who did not develop chronic graft-versus-host disease after one year of transplantation. However, the thymic function was not different between patients who died and those who remained alive. In general, there was no distinction of the presentation of T lymphocyte subpopulations and cytokines production among patients who underwent allogeneic transplant and developed chronic graft-versus-host disease, in comparison to the other patients. Over time, a gradual recovery of the T lymphoid compartment and a decrease in the infections incidence were observed. The infection rate did not influence the presentation of the T lymphocyte subpopulations and the production of cytokines in patients who developed chronic graft-versus-host disease in comparison to the other patients. In conclusion, the thymic function was impaired before transplantation, but it was not relevant for clinical evolution worsening after transplantation. Patients who developed chronic graft-versus-host disease, regardless of the incidence of infections, showed similar profile of T lymphocytes subpopulations and cytokines, relatively to other patients

O diabetes mellitus tipo 1 (DM-1) e a esclerose múltipla (EM) são doenças auto-imunes órgão-específicas, inflamatórias, mediadas por células T e B auto-reativas e caracterizadas pela destruição seletiva de células b pancreáticas produtoras de insulina e do sistema nervoso central, respectivamente. Acredita-se que a desregulação da expressão de genes reguladores da maquinaria apoptótica possa contribuir para o desenvolvimento da auto-imunidade, visto que algumas dessas moléculas participam nos processos de tolerância central e periférica de linfócitos auto-reativos. O objetivo deste projeto foi analisar a expressão de moléculas reguladoras das vias intrínseca, extrínseca e da Família de proteínas inibidoras da apoptose (IAP) em 33 indivíduos saudáveis, 15 pacientes com DM-1 e 18 com EM submetidos à terapia de imunossupressão em altas doses seguida do transplante autólogo de células-tronco hematopoéticas (IAD/TACTH). As células mononucleares (CMN) foram isoladas do sangue periférico dos controles e de pacientes nos períodos pré-mobilização (pré-mob), pré-condicionamento (pré-cond), D+180, D+360, D+540 e D+720 pós-transplante. As CMN foram utilizadas para extração de RNA, síntese de cDNA, quantificação da expressão por PCR em tempo real dos genes a1, bcl-2, bcl-w, bcl-xL, mcl-1, bad, bak, bax, bid, bik, bim, bok, noxa, fas, fasL, c-FLIPL, cIAP-1 e cIAP-2 e protéica de Bcl-2, Bcl-xL, Bak, Bim e c-FLIPL por western-blotting. Os resultados de expressão gênica foram representados por unidades relativas de expressão em medianas nas diferentes amostras. Os pacientes com DM-1 apresentaram diminuição da expressão dos genes anti-apoptóticos bcl-2 (mediana: 0,98; p=0,04), bcl-w (0,08; p=0,04), mcl-1 (1254; p=0,03) e cIAP-1 (1,24; p=0,003) nas CMN dos pacientes no período pré-mob em relação aos indivíduos saudáveis (medianas: bcl-2: 7,58; bcl-w: 0,52; mcl-1: 1659; cIAP-1: 14,5), enquanto a expressão de cIAP-2 (60,8; p=0,0005) estava aumentada em relação aos controles (23,3). Foi observada redução significativa na expressão dos genes pró-apoptóticos bad (0,002; p<0,0001), bax (0,01; p=0,002) e fasL (1,66; p=0,001) no período pré-mob comparada aos controles sadios (bad: 0,23; bax: 2,79; fasL: 3,56). Os níveis de RNAm de bid (0,10; p=0,001) e bok (0,72; p=0,006) estavam elevados no pré-mob em relação ao grupo controle (bid: 0,004; bok: 0,31). As moléculas bcl-2, bcl-w, bcl-xL, mcl-1, bad, bax, bok, fasL e cIAP-1 atingiram níveis de RNAm similares aos controles após o TACTH. Foi verificado que a expressão de bcl-w, cIAP-1 e noxa estava maior nos pacientes com DM-1 em remissão quando comparados àqueles em recaída. A diminuição da expressão de a1, bcl-2 e bcl-w e o aumento de fas e noxa correlacionaram-se às porcentagens de hemoglobina glicosilada, concentração de auto-anticorpos GAD65, e aos níveis séricos de peptídeo-C após o transplante. Os pacientes com EM mostraram uma expressão reduzida dos genes anti-apoptóticos bcl-w (0,11; p=0,02) e cIAP-1 (1,87; p=0,04) no pré-mob comparada aos valores dos controles (bcl-w: 0,27; cIAP-1: 7,75) e maior expressão dos genes a1 (90,8; p=0,001) e cIAP-2 (58,8; p=0,009) em relação aos controles (a1: 12,7; cIAP-2: 22,3). As moléculas pró-apoptóticas bad (0,007; p=0,01) e bax (0,0007; p=0,004) mostraram menor expressão nas CMN no período pré-mob do que nos controles (bad: 0,27; bax: 1,24). Os genes bid (20,7; p=0,004), bik (0,84; p=0,02) e bok (1,77; p=0,0001) possuíam maior expressão no período pré-mob em relação aos indivíduos sadios (bid: 2,64; bik: 0,33; bok: 0,26). Não foram observadas diferenças significativas na expressão das moléculas da via extrínseca da apoptose nos pacientes com EM (p>0,05) nos períodos avaliados. Os valores de expressão de bcl-w, bak, bax, bik, bok e cIAP-1 atingiram níveis semelhantes aos controles após o transplante. A expressão dos genes bcl-2, cIAP-1, bad e bax estava maior nos pacientes em remissão da EM quando comparados àqueles em progressão neurológica. O aumento da expressão dos genes pró-apoptóticos bax, bak e bimEL correlacionou-se inversamente aos valores de EDSS dos pacientes com EM após o TACTH. Os resultados de expressão protéica foram equivalentes aos de expressão gênica nas duas doenças, com exceção dos dados das proteínas Bcl-2 e Bim. Em conjunto, os resultados demonstraram a desregulação da expressão de várias moléculas anti- e pró-apoptóticas nas CMN dos pacientes com DM-1 e EM. Esses achados sugerem a associação de alterações nos processos de apoptose celular com o surgimento e persistência de células auto-reativas no DM-1 e EM. Os dados indicam que essas alterações, principalmente a diminuição da expressão de moléculas pró-apoptóticas, como bak e bax, possam contribuir para a patogênese do DM-1 e EM. Além disso, a terapia de IAD/TACTH foi capaz de modular a expressão da maioria dos genes anormalmente expressos nas CMN dos pacientes com DM-1 e EM, já que esses atingiram níveis de expressão similares ao grupo controle após o transplante. Esta normalização da expressão de vários genes analisados correlacionou-se com a remissão clínica da doença na maioria dos pacientes / Type 1 diabetes mellitus (T1DM) and multiple sclerosis (MS) are inflammatory, organ-specific autoimmune diseases characterized by selective destruction of insulin-producing pancreatic -cells and central nervous system, respectively, by autoreactive B and T cells. Deregulation of apoptotic machinery is supposed to contribute to self-tolerance breakdown and autoimmune diseases pathogenesis, since apoptotic molecules have an important role in B and T lymphocytes central and peripheral tolerance mechanisms. The aim of this study was to evaluate the expression of pro and anti-apoptotic molecules from intrinsic and extrinsic apoptotic pathways and IAP Family members in 33 healthy individuals, 15 T1DM and 18 MS patients submitted to high-dose immunossupression therapy followed by autologous hematopoietic stem cell transplantation (HDI/AHSCT). Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were isolated from controls and patients at pre-mobilization (pre-mob), pre-conditioning (pre-cond), D+180, D+360, D+540 and D+720 post-transplantation. PBMC were used for RNA extraction, cDNA synthesis, gene quantification of a1, bcl-2, bcl-w, bcl-xL, bad, bak, bax, bid, bik, bimEL, bok, noxa, fas, fasL, c-FLIPL, cIAP-1 and cIAP-2 by Real Time PCR and Bcl-2, Bcl-xL, Bak, BimEL and c-FLIPL proteins detection by western-blotting. Results are expressed as median of relative expression units. Results from T1DM patients indicated that antiapoptotic molecules bcl-2 (median: 0,98; p=0,04), bcl-w (0,08; p=0,04), mcl-1 (1254; p=0,03) and cIAP-1 (1,24; p=0,003) were downregulated at pre-mob compared with healthy controls (medians bcl-2: 7,58; bcl-w: 0,52; mcl-1: 1659; cIAP-1: 14,5), while cIAP-2 (60,8; p=0,0005) gene expression was upregulated compared to healthy controls (23,3). We observed a significant decrease in proapoptotic bad (0,002; p<0,0001), bax (0,01; p=0,002) and fasL (1,66; p=0,001) genes expression in patients PBMC at pre-mob period compared to healthy subjects (bad: 0,23; bax: 2,79; fasL: 3,56). mRNA levels of bid (0.10; p=0.001) and bok (0.72; p=0.006) were elevated at pre-mob period when compared to control group (bid: 0.004; bok: 0.31). The bcl-2, bcl-w, bcl-xL, mcl-1, bad, bak, bax, bok, fasL and cIAP-1 mRNA levels reached controls levels after HDI/AHSCT. We observed that bcl-w, cIAP-1 and noxa gene expression were increased in T1DM patients in remission when compared to relapsed patients. The decreased antiapoptotic gene expression and increased in proapoptotic molecules correlated with decreased glicosilated hemoglobin percentages (Hb A1C) and anti-GAD65 antibodies and increased peptide-C levels. Results from MS patients showed decreased bcl-w (0,11; p=0,02) and cIAP-1 gene expression (1,87; p=0,04) in patients PBMC at pre-mob period compared to healthy controls (bcl-w: 0,27; cIAP-1: 7,75) and increased expression of a1 (90,8; p=0,001) and cIAP-2 (58,8; p=0,009) compared to controls (a1: 12,7; cIAP-2: 22,3). Proapoptotic molecules bad (0.007; p=0.01) and bax (0.0007; p=0.004) showed decreased gene expression at pre-mob compared to control group (bad: 0.27; bax: 1.24). bid (20.7; p=0.004), bik (0.84; p=0.01) and bok genes (1.77; p=0.0001) showed increased expression at pre-mob compared to healthy controls (bid: 2.64; bik: 0.33; bok: 0.26). Significant differences were not observed in the expression of the extrinsic pathway genes in pre-mob and healthy controls samples (p>0.05). bcl-w, bak, bax, bik, bok and cIAP-1 expression values reached healthy control values after transplantation. We observed that bcl-2, cIAP-1, bad and bax gene expression was increased in MS patients in disease remission when compared to patients with neurologic progression. Significant correlation of increased proapoptotic genes expression with decreased EDSS values in MS patients after HDI/AHSCT was observed. Results of protein quantification of apoptotic molecules in PBMC of T1DM and MS patients were similar to the gene expression results of these molecules, except for Bcl-2 and Bim proteins. Taken together, these data indicate a deregulated expression of anti- and proapoptotic genes in T1DM and MS patients PBMC. These data suggest an association of deregulated apoptosis with emergence and maintenance of autoreactive lymphocytes in analyzed patients. Based on these results, we suggest that this altered gene expression profile, mainly the decreased proapoptotic genes expression, as bak and bax, may contribute to T1DM and MS pathogenesis. Furthermore, we showed that the HDI/AHSCT therapy was able to modulate and normalize the expression of most genes abnormally expressed in T1DM and MS patients at pre-transplant period. Many analyzed genes achieved expression levels similar to healthy controls. The normalization of the expression of many evaluated genes correlated to disease remission in the majority of the patients.

INTRODUÇÃO: Os enxertos de gordura tem se mostrado como uma poderosa técnica cirúrgica em reconstrução mamaria secundária e os enxertos enriquecidos com células-tronco, além de suas ações parácrinas, vem apresentando resultados encorajadores no que tange a persistência volumétrica. OBJETIVO: Este estudo clínico teve como objetivo analisar comparativamente quantitativa e qualitativamente enxertos de gordura enriquecidos com células da fração vásculoestromal em reconstrução mamária secundária e a incidência de complicações. MÉTODO: Nós desenvolvemos um método que produz enxertos de gordura, na sala de cirurgia, em uma taxa de enriquecimento maior que os já publicados (2:1). Este estudo clínico prospectivo e controlado analisou qualitativa e quantitativamente enxertos de gordura com (GT - grupo tronco) e sem (GC - grupo controle) adição das células da fração vásculo-estromal fresca em reconstrução mamária secundária; através de volumetria mamária por RNM de mamas, imunofenotipagem e contagem celular. Também foram estudados os resultados estéticos, a satisfação das pacientes e as complicações. RESULTADOS: A persistência volumétrica no GT foi 78,9% e 51,4% no GC, entretanto não houve diferença estatisticamente significativa entre os grupos. CD90 foi o marcador mais expresso e que alcançou diferença significante e ao mesmo tempo apresentou correlação positiva entre a sua expressão e a persistência volumétrica (r=0.651, p=0.03). Necrose gordurosa ocorreu, isoladamente em 4 pacientes do GT submetidas à radioterapia e nenhuma paciente do GC apresentou este evento. Desta forma, pacientes do GC mostraram tendência de estar mais satisfeitas com o enxerto de gordura. Nos dois grupos, os resultados estéticos foram iguais e não foram observadas recidivas loco-regionais. CONCLUSÃO: Os resultados do enriquecimento em uma taxa maior que as já publicadas são encorajadores, apesar de a persistência volumétrica não ter alcançado diferença estatisticamente significante entre os grupos. Enxertos de gordura enriquecidos na proporção 2:1 podem não ser indicados para pacientes submetidas à radioterapia apesar de terem se mostrados seguros num tempo de seguimento de 3 anos / BACKGROUND: Fat grafting is a tremendous tool in secondary breast reconstruction. Stromal vascular fraction (SVF) enriched fat grafts have been presenting promising results regarding volume maintenance. OBJECTIVE: The main purpose of this study was to analyze comparatively SVF-enriched fat grafts in secondary breast reconstruction: volumetric persistence, expression of surface markers and complications. METHODS: We developed a method that produces a superior SVF enrichment rate (2:1) in the operating theatre. This prospective and controlled trial analyzed quantitatively and qualitatively fat grafts with (stem cells group - SG) and without (control group - CG) SVF enrichment in secondary breast reconstruction, through MRI-based volumetry, immunophenotyping and cell counting. Also, patient satisfaction, aesthetic outcomes and complications were analyzed. RESULTS: Volumetric persistence in the SG was 78,9% and 51,4% in the CG, however it did not reach statistical significant difference. CD90 was the only marker highly expressed in the SG and showed a positive correlation with volumetric persistence (r=0.651, p=0.03). Fat necrosis occurred in 4 patients in the SG and in none in the CG. Patients in the CG showed a trend to be more satisfied. Considering aesthetics, both groups presented improvements. No locoregional recurrences were observed. CONCLUSIONS: Results are encouraging despite the fact that SVF enrichment in a higher supplementation rate did not improve, with statistical significance, fat graft volumetric persistence. Enriched fat grafts have proven to be safe in a 3-years follow up, however they do not seem suitable for patients that received radiotherapy

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Targeting mycophenolate mofetil for graft-versus-host disease prophylaxis after allogenic blood stem cell transplantation:II Deckblatt III Gutachterblatt IV Widmung V Inhaltsverzeichnis VI.1 Publikation VI.2 Original-Artikel VII Abkürzungsverzeichnis VII.1 Selbständigkeitserklärung VII.2 Erklärung über den Eigenanteil bei Erstellung des Manuskriptes VII.3 Lebenslauf VII.4 Danksagung VII.5 Thesen

Purpose: We determined the indication, outcome and risk factors of single and multiple hematopoietic stem cell transplantation(s) (HSCT) in children and adolescents mostly with advanced disease. Methods: Forty-one out of 483 patients (8.5%; median age 9 years) diagnosed at the University of Leipzig with haematological and oncological diseases required HSCT from 1999 to 2011. Results: Patients had overall survival (OS) of 63±10% and 63±16%, event-free survival (EFS) of 57±10% and 42±16%, relapse incidence (RI) of 39±10% and 44±18% and non-relapse mor-tality (NRM) of 4±4% and 13±9% at 10-years after one or more HSCT for allogeneic and autologous HSCT, respectively. One patient in complete remission (CR)1 and five with advanced disease received two HSCT. Four of the six patients maintained/achieved CR for a median of 13 months. Three died of progression and one of NRM. Two patients had a third HSCT and one survived in CR +231 days after HSCT. Risk factors for OS and EFS were disease stage at HSCT and EBMT risk-score. Center (paediatric or JACIE accredited paediatric/adult) was not a determinant for survival. Conclusion: Paediatric single and multiple HSCT are important curative approaches for high-risk malignant diseases with low NRM. Efforts to reduce high RI remain the major aim.:Bibliographic description 3 Introduction: 4 Infections 6 Veno-occlusive disease (VOD) 7 Graft rejection 7 Graft-versus Host Disease (GvHD) 8 Non-relapse mortality (NRM) 9 Relapse of the underling disease 9 Indications for HSCT 10 HSCT in Children. 10 Research questions: 12 Publication 13 Discussion 22 Future developments 25 References 26 Abbreviations 28 Summary 29 Zusammenfassung 33 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 38 Curriculum vitae 39 Acknowledgement 42