Lung epithelial cells are subjected to large cyclic forces from breathing. However, their response to dynamic stresses is poorly defined. We measured the complex shear modulus (G(*)(omega)) of human alveolar (A549) and bronchial (BEAS-2B) epithelial cells over three frequency decades (0.1-100 Hz) and at different loading forces (0.1-0.9 nN) with atomic force microscopy. G(*)(omega) was computed by correcting force-indentation oscillatory data for the tip-cell contact geometry and for the hydrodynamic viscous drag. Both cell types displayed similar viscoelastic properties. The storage modulus G'(omega) increased with frequency following a power law with exponent approximately 0.2. The loss modulus G"(omega) was approximately 2/3 lower and increased similarly to G'(omega) up to approximately 10 Hz, but exhibited a steeper rise at higher frequencies. The cells showed a weak force dependence of G'(omega) and G"(omega). G(*)(omega) conformed to the power-law model with a structural damping coefficient of approximately 0.3, indicating a coupling of elastic and dissipative processes within the cell. Power-law behavior implies a continuum distribution of stress relaxation time constants. This complex dynamics is consistent with the rheology of soft glassy materials close to a glass transition, thereby suggesting that structural disorder and metastability may be fundamental features of cell architecture.

Oscillometry (also known as the forced oscillation technique) measures the mechanical properties of the respiratory system (upper and intrathoracic airways, lung tissue and chest wall) during quiet tidal breathing, by the application of an oscillating pressure signal (input or forcing signal), most commonly at the mouth. With increased clinical and research use, it is critical that all technical details of the hardware design, signal processing and analyses, and testing protocols are transparent and clearly reported to allow standardisation, comparison and replication of clinical and research studies. Because of this need, an update of the 2003 European Respiratory Society (ERS) technical standards document was produced by an ERS task force of experts who are active in clinical oscillometry research. The aim of the task force was to provide technical recommendations regarding oscillometry measurement including hardware, software, testing protocols and quality control. The main changes in this update, compared with the 2003 ERS task force document are 1) new quality control procedures which reflect use of “within-breath” analysis, and methods of handling artefacts; 2) recommendation to disclose signal processing, quality control, artefact handling and breathing protocols ( e.g. number and duration of acquisitions) in reports and publications to allow comparability and replication between devices and laboratories; 3) a summary review of new data to support threshold values for bronchodilator and bronchial challenge tests; and 4) updated list of predicted impedance values in adults and children.

Rationale: Sleep-disordered breathing (SDB) has been associated with total and cardiovascular mortality, but an association with cancer mortality has not been studied. Results from in vitro and animal studies suggest that intermittent hypoxia promotes cancer tumor growth.Objectives: The goal of the present study was to examine whether SDB is associated with cancer mortality in a community-based sample.Methods: We used 22-year mortality follow-up data from the Wisconsin Sleep Cohort sample (n = 1,522). SDB was assessed at baseline with full polysomnography. SDB was categorized using the apnea-hypopnea index (AHI) and the hypoxemia index (percent sleep time below 90% oxyhemoglobin saturation). The hazards of cancer mortality across levels of SDB severity were compared using crude and multivariate analyses.Measurements and Main Results: Adjusting for age, sex, body mass index, and smoking, SDB was associated with total and cancer mortality in a dose–response fashion. Compared with normal subjects, the adjusted relative hazards of cancer mortality were 1.1 (95% confidence interval [CI], 0.5–2.7) for mild SDB (AHI, 5–14.9), 2.0 (95% CI, 0.7–5.5) for moderate SDB (AHI, 15–29.9), and 4.8 (95% CI, 1.7–13.2) for severe SDB (AHI ≥ 30) (P-trend = 0.0052). For categories of increasing severity of the hypoxemia index, the corresponding relative hazards were 1.6 (95% CI, 0.6–4.4), 2.9 (95% CI, 0.9–9.8), and 8.6 (95% CI, 2.6–28.7).Conclusions: Our study suggests that baseline SDB is associated with increased cancer mortality in a community-based sample. Future studies that replicate our findings and look at the association between sleep apnea and survival after cancer diagnosis are needed.

Atomic force microscopy (AFM) allows the acquisition of high-resolution images and the measurement of mechanical properties of living cells under physiological conditions. AFM cantilevers with blunted pyramidal tips are commonly used to obtain images of living cells. Measurement of mechanical properties with these tips requires a contact model that takes into account their blunted geometry. The aim of this work was to develop a contact model of a blunted pyramidal tip and to assess the suitability of pyramidal tips for probing mechanical properties of soft gels and living cells. We developed a contact model of a blunted pyramidal tip indenting an elastic half-space. We measured Young's modulus (E) and the complex shear modulus (G*= G' +i G" ) of agarose gels and A549 alveolar epithelial cells with pyramidal tips and compared them with those obtained with spherical tips. The gels exhibited an elastic behavior with almost coincident loading and unloading force curves and negligible values of G". E fell sharply with indentation up to approximately 300 nm , showing a linear regime for deeper indentations. A similar indentation dependence of E with twofold lower values at the linear regime was obtained with the spherical tip fitted with Hertz's model. The dependence of E on indentation in cells paralleled that found in gels. Cells exhibited viscoelastic behavior with G"/G' approximately 1/4 . Pyramidal tips commonly used for AFM imaging are suitable for probing mechanical properties of soft gels and living cells.

ABSTRACT Heart failure (HF) is a common condition associated with a high rate of hospitalizations and adverse outcomes. HF is characterized by impairments of the cardiac ventricular filling and/or ejection of blood capacity. Sleep fragmentation (SF) involves a series of short sleep interruptions that lead to fatigue and contribute to cognitive impairments and dementia. Both conditions are known to be associated with increased inflammation and dysbiosis of the gut microbiota. In the present study, male mice were distributed into four groups, and subjected for four weeks to either HF, SF, both HF and SF, or left unperturbed as controls. We used 16S metabarcoding to assess fecal microbiome composition before and after the experiments. Evidence for distinct alterations in several bacterial groups and an overall decrease in alpha diversity emerged in HF and SF treatment groups. Combined HF and SF conditions, however, showed no synergism, and observed changes were not always additive, suggesting that some of the individual effects of either HF or SF cancel each other out when applied concomitantly. IMPORTANCE The study demonstrates the potential of the gut microbiome as a source of molecular markers for the diagnosis, prevention, and treatment of both heart failure and sleep fragmentation conditions in isolation. Our results provide the first evidence of an antagonistic effect of the presence of both conditions in the gut microbiome dysbiosis, showing an attenuation of the alterations that are observed when considering them separately.

Abstract Emerging evidence points to coordinated action of chemical and mechanical cues during brain development. At early stages of neocortical development, angiogenic factors and chemokines such as CXCL12, ephrins, and semaphorins assume crucial roles in orchestrating neuronal migration and axon elongation of postmitotic neurons. Here we explore the intrinsic mechanical properties of the developing marginal zone of the pallium in the migratory pathways and brain distribution of the pioneer Cajal-Retzius cells. These pioneer neurons are generated in several proliferative regions in the developing brain (e.g., the cortical hem and the pallial subpallial boundary) and migrate tangentially in the preplate/marginal zone covering the upper portion of the neocortex. These cells play crucial roles in correct neocortical layer formation by secreting several molecules such as Reelin. Our results indicate that the motogenic properties of Cajal-Retzius cells and their perinatal distribution in the marginal zone are also modulated by both chemical and mechanical factors, by the specific mechanical properties of Cajal-Retzius cells, and by the differential stiffness of the migratory routes. Indeed, cells originating in the cortical hem display higher migratory capacities than those generated in the pallial subpallial boundary which may be involved in the differential distribution of these cells in the dorsal-lateral axis in the developing marginal zone.

Abstract Cell response to force regulates essential processes in health and disease. However, the fundamental mechanical variables that cells sense and respond to remain unclear. Here we show that the rate of force application (loading rate) drives mechanosensing, as predicted by a molecular clutch model. By applying dynamic force regimes to cells through substrate stretching, optical tweezers, and atomic force microscopy, we find that increasing loading rates trigger talin-dependent mechanosensing, leading to adhesion growth and reinforcement, and YAP nuclear localization. However, above a given threshold the actin cytoskeleton undergoes fluidization and softens, decreasing loading rates and preventing reinforcement. By stretching rat lungs in vivo , we show that a similar phenomenon occurs at the organ level. Our results show that cell sensing of external forces and of passive mechanical parameters (like tissue stiffness) can be understood through the same mechanisms, driven by the properties under force of the mechanosensing molecules involved.

Loop-Mediated Isothermal Amplification (LAMP) is a useful technique for detecting infectious microorganisms in human fluids since it performs similarly to conventional PCR, the results are obtained faster and no thermocyclers or complex devices are required. Since only two isothermal blocks (95 °C to lyse cells and 65 °C for DNA amplification) are needed, LAMP is particularly suited for applications in Low- and Middle-Income Countries (LMICs). To validate such assumption, we first designed and tested Arduino-controlled LAMP thermoblocks to process a considerable number of samples simultaneously with a low-energy consumption to enable routine use under worst-case conditions (no main power source and low ambient temperatures). The thermoblocks were tested when battery-powered at temperature down to 5 °C, showing high stability in well temperatures (<0.8 °C). The charge required for both thermoblocks to simultaneously achieve the target temperatures after switching on and to keep their working temperatures were 4.1 A·h and 2.4 A·h/h, respectively. Second, we implemented a low-cost viewer with LEDs and filters to detect the fluorescent LAMP reaction. All the components required for the instrument are for general purpose and readily available by e-commerce. Thus, the LAMP device allows for considerable autonomy by using a typical car battery in rural and itinerant healthcare or field hospitals in LMICs, even under difficult environmental conditions.