Nanocelluloses are natural materials with at least one dimension in the nano-scale. They combine important cellulose properties with the features of nanomaterials and open new horizons for materials science and its applications. The field of nanocellulose materials is subdivided into three domains: biotechnologically produced bacterial nanocellulose hydrogels, mechanically delaminated cellulose nanofibers, and hydrolytically extracted cellulose nanocrystals. This review article describes today’s state regarding the production, structural details, physicochemical properties, and innovative applications of these nanocelluloses. Promising technical applications including gels/foams, thickeners/stabilizers as well as reinforcing agents have been proposed and research from last five years indicates new potential for groundbreaking innovations in the areas of cosmetic products, wound dressings, drug carriers, medical implants, tissue engineering, food and composites. The current state of worldwide commercialization and the challenge of reducing nanocellulose production costs are also discussed.

Aspergillus fumigatus is the most important airborne fungal pathogen causing life-threatening infections in immunocompromised patients. Macrophages and neutrophils are known to kill conidia, whereas hyphae are killed mainly by neutrophils. Since hyphae are too large to be engulfed, neutrophils possess an array of extracellular killing mechanisms including the formation of neutrophil extracellular traps (NETs) consisting of nuclear DNA decorated with fungicidal proteins. However, until now NET formation in response to A. fumigatus has only been demonstrated in vitro, the importance of neutrophils for their production in vivo is unclear and the molecular mechanisms of the fungus to defend against NET formation are unknown. Here, we show that human neutrophils produce NETs in vitro when encountering A. fumigatus. In time-lapse movies NET production was a highly dynamic process which, however, was only exhibited by a sub-population of cells. NETosis was maximal against hyphae, but reduced against resting and swollen conidia. In a newly developed mouse model we could then demonstrate the existence and measure the kinetics of NET formation in vivo by 2-photon microscopy of Aspergillus-infected lungs. We also observed the enormous dynamics of neutrophils within the lung and their ability to interact with and phagocytose fungal elements in situ. Furthermore, systemic neutrophil depletion in mice almost completely inhibited NET formation in lungs, thus directly linking the immigration of neutrophils with NET formation in vivo. By using fungal mutants and purified proteins we demonstrate that hydrophobin RodA, a surface protein making conidia immunologically inert, led to reduced NET formation of neutrophils encountering Aspergillus fungal elements. NET-dependent killing of Aspergillus-hyphae could be demonstrated at later time-points, but was only moderate. Thus, these data establish that NET formation occurs in vivo during host defence against A. fumigatus, but suggest that it does not play a major role in killing this fungus. Instead, NETs may have a fungistatic effect and may prevent further spreading.

Abstract Clinical observations indicate that COVID-19 is a systemic disease. An investigation of the viral distribution within the human body in correlation to tissue damage can help understanding the pathophysiology of SARS-CoV-2 infection. We present a detailed mapping of viral RNA in 61 tissues and organs of 11 deceased patients with the diagnosis COVID-19. The autopsies were performed within the (very) early postmortem interval (mean: 5.6 hours) to avoid bias due to viral RNA and tissue degradation. Viral loads, blood levels of cytokines, prothrombotic factors as well as macro- and micro-morphology were correlated. Very high (> 10 4 copies/ml) viral loads were detected in the lungs of most patients and then correlated to severe tissue damage. Intact viral particles could be verified in the lung tissue by transmission electron microscopy. Viral loads in the lymph nodes were associated with a loss of follicular architecture. Viral RNA was detected throughout further extra-pulmonary tissues and organs without visible tissue damage. Inflammatory cytokines as well as the prothrombotic factors were elevated in all patients. In conclusion, the dissemination of SARS-CoV-2-RNA throughout the body supports the hypothesis of a maladaptive host response with viremia and multi-organ dysfunction.

ABSTRACT Infections with SARS-CoV-2 lead to mild to severe coronavirus disease-19 (COVID-19) with systemic symptoms. Although the viral infection originates in the respiratory system, it is unclear how the virus can overcome the alveolar barrier, which is observed in severe COVID-19 disease courses. To elucidate the viral effects on the barrier integrity and immune reactions, we used mono-cell culture systems and a complex human alveolus-on-a-chip model composed of epithelial, endothelial, and mononuclear cells. Our data show that SARS-CoV-2 efficiently infected epithelial cells with high viral loads and inflammatory response, including the interferon expression. By contrast, the adjacent endothelial layer was no infected and did neither show productive virus replication or interferon release. With prolonged infection, both cell types are damaged, and the barrier function is deteriorated, allowing the viral particles to overbear. In our study, we demonstrate that although SARS-CoV-2 is dependent on the epithelium for efficient replication, the neighboring endothelial cells are affected, e.g., by the epithelial cytokine release, which results in the damage of the alveolar barrier function and viral dissemination.

Abstract Ageing is a major risk factor that contributes to increased mortality and morbidity rates during influenza A virus (IAV) infections. Macrophages are crucial players in the defense against viral infections and display impaired function during ageing. However, the impact of ageing on macrophage function in response to an IAV infection remains unclear and offers potential insight for underlying mechanisms. In this study, we investigated the immune response of young and aged human monocyte-derived macrophages to two different H1N1 IAV strains. Interestingly, macrophages of aged individuals showed a lower interferon response to IAV infection, resulting in increased viral load. Transcriptomic data revealed a reduced expression of stimulator of interferon genes (STING) in aged macrophages albeit the cGAS-STING pathway was upregulated. Our data clearly indicate the importance of STING signaling for interferon production by applying a THP-1 STING knockout model. Evaluation of mitochondrial function during IAV infection revealed the release of mitochondrial DNA to be the activator of cGAS-STING pathway. The subsequent induction of apoptosis was attenuated in aged macrophages due to decreased STING signaling. Our study provides new insights into molecular mechanisms underlying age-related immune impairment. To our best knowledge, we are the first to discover an age-dependent difference in gene expression of STING on a transcriptional level in human monocyte-derived macrophages possibly leading to a diminished interferon production.

Abstract Polymorphonuclear granulocytes (PMNs) are indispensable for controlling life-threatening fungal infections. In addition to various effector mechanisms, PMNs also produce extracellular vesicles (EVs). Their contribution to antifungal defense has remained unexplored. We reveal that the clinically important human pathogenic fungus Aspergillus fumigatus triggers PMNs to release a distinct set of antifungal EVs (afEVs). Proteome analyses indicated that afEVs are enriched in antimicrobial proteins. The cargo and release kinetics of EVs are modulated by the fungal strain confronted. Tracking of afEVs indicated that they associated with fungal cells and even entered fungal hyphae, resulting in alterations in the morphology of the fungal cell wall and dose-dependent antifungal effects. Two human proteins enriched in afEVs, cathepsin G and azurocidin, were heterologously expressed in fungal hyphae, which led to reduced fungal growth relative to a control retinol binding protein 7 producing strain. In conclusion, the production of afEVs by PMNs offers an intriguing, previously overlooked mechanism of antifungal defense against A. fumigatus . Importance Invasive fungal infections caused by the mold Aspergillus fumigatus are a growing concern in the clinic due to the increasing use of immunosuppressive therapies and increasing antifungal drug resistance. These infections result in high mortality as treatment and diagnostic options remain limited. In healthy individuals, neutrophilic granulocytes are critical for elimination of A. fumigatus from the host; however, the exact extracellular mechanism of neutrophil-mediated antifungal activity remains unresolved. Here, we present a mode of antifungal defense employed by human neutrophils against A. fumigatus not previously described. We find that extracellular vesicles produced by neutrophils in response to A. fumigatus infection are able to associate with the fungus, limit growth, and elicit cell damage by delivering antifungal cargo. In the end, antifungal extracellular vesicle biology provides a significant step forward in our understanding of A. fumigatus host pathogenesis and opens up novel diagnostic and therapeutic possibilities.