The rostral ventrolateral medulla (RVLM) is the origin of a ¡§life-and-death¡¨ signal identifies from systemic arterial blood pressure spectrum that reflects failure of central cardiovascular regulation during brain stem death. It is also a target site where endogenous angiotensin II acts on angiotensin II type 1 receptors (AT1R) to increase blood pressure (BP); or on type 2 receptors (AT2R) to inhibit baroreceptor reflex (BRR) response. This study investigated the roles of AT1R and AT2R and their signaling pathways in RVLM for ¡§life-and-death¡¨ signal response during experimental brain stem death, using organophosphate mevinphos (Mev) as the experimental insult. In Sprague-Dawley rats, Mev (640 £gg/kg, i.v.) elicited an increase (pro-life phase) followed by a decrease (pro-death phase). Real-time PCR analysis revealed that whereas AT1R level underwent a 10% increase at pro-life phase, AT2R exhibited a significance increase of up to 40% at pro-death phase. Western blot analysis revealed that whereas AT1R level underwent a 20% increase at pro-life phase, AT2R exhibited a significant increase of up to 50% at pro-death phase. Pretreatment with microinjection of an AT1R antagonist losartan (2 nmol) into RVLM elicited abrupt death because of drastic hypotension through inhibiting NADPH oxidase and its downstream superoxide anion. Pretreatment with NADPH oxidase inhibitor DPI (1.5 nmol) inhibited NADPH oxidase avtiviting and superoxide anion production and decreased ¡§life-and-death¡¨ signal at pro-life phase; using superoxide anion inhibitor tempol (5 nmol) potentiated blood pressure and ¡§life-and-death¡¨ signal at pro-death phase. However, pretreatment with an AT2R antagonist PD123319 (2 nmol) potentiated the ¡§life-and-death¡¨ signal and antagonized hypotension during pro-death phase through inhibiting protein phosphotase 2A (PP2A) then activating extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2). Similar to AT2R antagonist PD123319, pretreatment with PP2A inhibitor okadaic acid (0.5 fmol) inhibit PP2A, leading to activation of ERK1/2, potentiate ¡§life-and-death¡¨ signal and antagonized hypotension during pro-death phase. These results suggest that AT1R in RVLM plays a ¡§pro-life¡¨ role through NADPH oxidase/superoxide anion during experimental brain stem death by maintaining BP and ¡§life-and-death¡¨ signal; AT2R plays a ¡§pro-death¡¨ role through PP2A/ERK1/2 by inhibiting BP and ¡§life-and-death¡¨ signal, and superoxide may also plays a ¡§pro-life and pro-death¡¨ role at pro-death phase.

Stem cell synthesized extracellular matrix (ECM) may serve as a replacement for current bone grafting techniques. The overall goal of this thesis is to quantify the osteoinductivity of the ECM produced by human amniotic fluid stem cells (AFS cells), compare it to that of human mesenchymal stem cells (MSC), and assess its potential for use in bone tissue engineering therapies. Each stem cell type was cultured in osteogenic media to produce the ECM, which was then decellularized via freeze/thaw cycling and DNase treatment. The success of the decellularization was confirmed with live/dead staining and DNA quantification. A series of in vitro studies were performed to evaluate the characteristics of the ECM relevant to a bone tissue engineering therapy. Reseeded MSCs were able to attach to and proliferate on both ECM types in both 2D and 3D culture. In 2D, cells cultured on both ECM types showed increased levels of calcium deposition. Additionally, cells cultured on the MSC ECM showed increased alkaline phosphatase activity. A synergistic effect on osteogenic differentiation was observed when the osteoinductive factor dexamethasone was added to the culture. In 3D, both ECM types increased the mineralized matrix production of reseeded MSCs. The AFS ECM had a greater effect than the MSC ECM. When ECM was used to treat a rat femoral segmental defect in vivo, it was found that each ECM type increased the rate of bridging of the defect when compared to collagen coated scaffolds. However the ECM did not have a significant effect on the volume of mineralized matrix within the defect site in this study.

In Form einer Zusammenfassung aus zwei Publikationen und bisher unveröffentlichtem Material stellt die vorliegende Arbeit die Frage, welche der Zellfraktionen (HUCB-MNC, CD45+/CD34+ und CD45+/CD133+) innerhalb des heterogenen HUCB die am effektivsten wirksame in Hinblick auf die Neuroprotektion nach einem experimentellen Schlaganfall ist und welche Mechanismen dabei zum Tragen kommen. Für die Untersuchung der molekularen Mechanismen des Zusammenwirkens zwischen den genannten HUCB Fraktionen und neuronalen Zellen bzw. Gewebe, kamen ein selbst etabliertes Zellkulturmodel neuronaler Hypoxie bzw. OGD geschädigte hippocampale Schnittkulturen zur Anwendung. Die zu untersuchenden HUCB Zellfraktionen wurden direkt oder indirekt appliziert und ihr Effekt wurde über drei aufeinanderfolgende Tage hinweg untersucht. Das molekulare Mikromilieu, welches durch die hypoxisch geschädigten neuronalen Zellen produziert wurde, stimulierte alle untersuchten HUCB Fraktionen zur Sekretion neurotrophischer Faktoren und/oder immunologisch aktiver Mediatoren, die die neuronale Apoptose günstig beeinflussten. HUCB-MNC zeigten, sowohl in der direkten als auch in der indirekten Kokultur mit geschädigten neuronalen Zellen eine sehr überzeugende Fähigkeit zur Neuroproduktion. In den direkten Kokulturen reduzierten sie die Apoptose der neuronalen Zellen sogar bis auf das Niveau der Kontrollen. Dies kann auf den deutlichen Anstieg der von den HUCB-MNC produzierten Chemokine CCL5; CCL3 und CXCL10 zurückgeführt werden. Weiterhin war zu beobachten, dass HUCB-MNC aktiv zu geschädigten neuronalen Zellen migrierten und sich, vorzugsweise unter Ausbildung von direkten Zell-Zellkontakten, an Axonen und Somata anlagerten. Überraschenderweise zeigte die CD45+/CD133- Zellfraktion ein ähnliches Potential wie HUCB-MNC. Für diese nahezu stammzellfreie Fraktion konnten in den indirekten Kokulturen hohe Konzentrationen an CCL3 und neuroprotektiven G-CSF nachgewiesen werden, wobei letzteres für die Aufrechterhaltung des neuronalen Phänotyps verantwortlich gemacht werden kann. CD45+/CD133+ Stammzellen, die aus der HUCB-MNC Fraktion isoliert wurden, konnten die neuronale Apoptose in direkten Kokulturen signifikant reduzieren. Die Konzentration an löslichen Faktoren, die von den Stammzellen produziert wurde, lag dabei unterhalb der Nachweisbarkeitsgrenze. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen der hippocampalen Schnittkulturen zeigen, dass HUCB-MNC direkt neuroprotektiv wirken. Dies gilt insbesondere, wenn sie direkt und in ausreichender Konzentration (12.5x104 Zellen pro Schnitt) appliziert werden. In Kokulturen mit der CD45+/CD34+ Stammzellfraktion fand sich eine verringerte Sekretion an Nervenwachstumsfaktor und damit verbunden eine geringere Anzahl degenerierter Pyramidenzellen. In Kokulturen in welchen die stammzellfreie CD45+/CD34- Fraktion verwendet wurde, trat dieser Effekt nicht auf. Die Resultate, die in den beiden hier verwendeten in vitro Modellen gefunden wurden, legen nahe, dass der Einsatz von HUCB-MNC eine stabile Neuroprotektion hervorruft. Im Vergleich der verwendeten Modelle lieferten die Applikationen von verschiedenen Stammzellfraktion keine einheitlichen Ergebnisse. Damit wird eine starke Systemabhängigkeit induziert. Speziell im Hinblick auf den klinischen Einsatz scheint es keinen deutlich überlegenen Vorteil durch die Verwendung reiner, aus der HUCB-MNC Fraktion gewonnener Stammzellfraktionen zu geben, der den Aufwand rechtfertigt eine zahlenmäßig so geringe Zellfraktion aus der HUCB-MNC Fraktion zu separieren.

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2010. / Includes bibliographical references (leaves 117-191). Also available in print.

Thesis (M.S.)--Worcester Polytechnic Institute. / Keywords: stem cells, cytokines. Includes bibliographical references (p. 79-83).

Thesis (M.S.)--Rutgers University, 2009. / "Graduate Program in Cell and Developmental Biology." Includes bibliographical references (p. 37-40).

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2009. / Includes bibliographical references (leaves 228-261). Also available in print.

Thesis (Ph. D.)--Virginia Commonwealth University, 2009. / Prepared for: Dept. of Public Policy and Administration. Title from title-page of electronic thesis. Includes bibliographical references (leaves 230-249).

Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 2010. / Includes bibliographical references (leaves 136-153). Also available in print.

Thesis (Ph. D.)--Rutgers University, 2009. / "Graduate Program in Chemical and Biochemical Engineering." Includes bibliographical references (p. 74-78).