An approach involving the preparation of biodegradable microparticles with a cationic surface was developed to improve the delivery of adsorbed DNA into antigen-presenting cells after i.m. injection. The microparticles released intact and functional DNA over 2 weeks in vitro . In addition, the microparticles induced higher levels of marker gene expression in vivo . After i.m. immunization, the microparticles induced significantly enhanced serum antibody responses in comparison to naked DNA. Moreover, the level of antibodies induced by the microparticles was significantly enhanced by the addition of a vaccine adjuvant, aluminum phosphate. In addition, in contrast to naked DNA, the cationic microparticles induced potent cytotoxic T lymphocyte responses at a low dose.

Abstract Fibrous proteins that comprise the extracellular matrix (ECM) guide cellular growth and tissue organization. A lack of synthetic strategies able to generate aligned, ECM-mimetic biomaterials has hampered bottom-up tissue engineering of anisotropic tissues and led to a limited understanding of cell-matrix interactions. Here, we present a facile extrusion-based fabrication method to produce anisotropic, nanofibrous hydrogels using self-assembling peptides. The application of shear force coinciding with ion-triggered gelation is used to kinetically trap supramolecular nanofibers into aligned, hierarchical structures. We establish how modest changes in phosphate buffer concentration during peptide self-assembly can be used to tune their alignment and packing. In addition, increases in the nanostructural anisotropy of fabricated hydrogels are found to enhance their strength and stiffness under hydrated conditions. To demonstrate their utility as an ECM-mimetic biomaterial, aligned nanofibrous hydrogels are used to guide directional spreading of multiple cell types, but strikingly, increased matrix alignment is not always correlated with increased cellular alignment. Nanoscale observations reveal differences in cell-matrix interactions between variably aligned scaffolds and implicate the need for mechanical coupling for cells to understand nanofibrous alignment cues. In total, innovations in the supramolecular engineering of self-assembling peptides allow us to generate a gradient of anisotropic nanofibrous hydrogels, which are used to better understand directed cell growth.

Abstract Neurulation is a highly synchronized biomechanical process leading to the formation of the brain and spinal cord, and its failure leads to neural tube defects (NTDs). Although we are rapidly learning the genetic mechanisms underlying NTDs, the biomechanical aspects are largely unknown. To understand the correlation between NTDs and tissue stiffness during neural tube closure (NTC), we imaged an NTD murine model using optical coherence tomography (OCT), Brillouin microscopy, and confocal fluorescence microscopy. Here, we associate structural information from OCT with local stiffness from the Brillouin signal of embryos undergoing neurulation. The stiffness of neuroepithelial tissues in Mthfd1l null embryos was significantly lower compared to that of wild-type embryos, while exogenous formate supplementation improved tissue stiffness and gross embryonic morphology in both nullizygous and heterozygous embryos. Our results demonstrate the significance of proper tissue stiffness for normal NTC and pave the way for future studies on the mechanobiology of normal and abnormal embryonic development.

ABSTRACT The formation of the brain and spinal cord is initiated in the earliest stages of mammalian pregnancy in a highly organized process known as neurulation. Convergent and extension movements transforms a flat sheet of ectodermal cells into a narrow and elongated line of neuroepithelia, while a major source of Sonic Hedgehog signaling from the notochord induces the overlying neuroepithelial cells to form two apposed neural folds. Afterward, neural tube closure occurs by synchronized coordination of the surface ectoderm and adjacent neuroepithelial walls at specific axial regions known as neuropores. Environmental or genetic interferences can impair neurulation resulting in neural tube defects. The Fuz gene encodes a subunit of the CPLANE complex, which is a macromolecular planar polarity effector required for ciliogenesis. Ablation of Fuz in mouse embryos results in exencephaly and spina bifida, including dysmorphic craniofacial structures due to defective cilia formation and impaired Sonic Hedgehog signaling. In this work, we demonstrate that knocking Fuz out during embryonic mouse development results in a hypoplastic hindbrain phenotype, displaying abnormal rhombomeres with reduced length and width. This phenotype is associated with persistent loss of ventral neuroepithelial stiffness, in a notochord adjacent area at the level of the rhombomere 5, preceding the development of exencephaly in Fuz ablated mutants. The formation of cranial and paravertebral ganglia is also impaired in these embryos, indicating that Fuz has a critical function sustaining normal neural tube development and neuronal differentiation. SIGNIFICANCE STATEMENT Neural tube defects (NTDs) are a common cause of disability in children, representing the second most common congenital structural malformation in humans following only congenital cardiovascular malformations. NTDs affect approximately 1 to 2 pregnancies per 1000 births every year worldwide, when the mechanical forces folding the neural plate fails to close at specific neuropores located anteriorly (cranial) or posteriorly (caudal) along the neural tube, in a process known as neurulation, which happens throughout the third and fourth weeks of human pregnancy.

Prenatal alcohol exposure diminishes cerebrovascular blood flow, impairing development. We analyze the acute and persistent effects of different alcohol dosages (1.5g/kg, 3g/kg, and 4.5g/kg) on fetal brain vasculature by utilizing correlation mapping optical coherence angiography.