Three-dimensional porous scaffolds prepared from regenerated silk fibroin using either an all-aqueous process or a process involving an organic solvent, hexafluoroisopropanol (HFIP), have shown promise in cell culture and tissue engineering applications. However, their biocompatibility and in vivo degradation have not been fully established. The present study was conducted to systematically investigate how processing method (aqueous vs. organic solvent) and processing variables (silk fibroin concentration and pore size) affect the short-term (up to 2 months) and long-term (up to 1 year) in vivo behavior of the protein scaffolds in both nude and Lewis rats. The samples were analyzed by histology for scaffold morphological changes and tissue ingrowth, and by real-time RT-PCR and immunohistochemistry for immune responses. Throughout the period of implantation, all scaffolds were well tolerated by the host animals and immune responses to the implants were mild. Most scaffolds prepared from the all-aqueous process degraded to completion between 2 and 6 months, while those prepared from organic solvent (hexafluoroisopropanol (HFIP)) process persisted beyond 1 year. Due to widespread cellular invasion throughout the scaffold, the degradation of aqueous-derived scaffolds appears to be more homogeneous than that of HFIP-derived scaffolds. In general and especially for the HFIP-derived scaffolds, a higher original silk fibroin concentration (e.g. 17%) and smaller pore size (e.g. 100-200microm) resulted in lower levels of tissue ingrowth and slower degradation. These results demonstrate that the in vivo behavior of the three-dimensional silk fibroin scaffolds is related to the morphological and structural features that resulted from different scaffold preparation processes. The insights gained in this study can serve as a guide for processing scenarios to match desired morphological and structural features and degradation time with tissue-specific applications.

A significant need exists for long-term degradable biomaterials which can slowly and predictably transfer a load-bearing burden to developing biological tissue. In this study Bombyx mori silk fibroin yarns were incubated in 1 mg/ml Protease XIV at 37 °C to create an in vitro model system of proteolytic degradation. Samples were harvested at designated time points up to 12 weeks and (1) prepared for scanning electron microscopy (SEM), (2) lyophilized and weighed, (3) mechanical properties determined using a servohydraulic Instron 8511, (4) dissolved and run on a SDS–PAGE gel, and (5) characterized with Fourier transform infrared spectroscopy. Control samples were incubated in phosphate-buffered saline. Fibroin was shown to proteolytically degrade with predictable rates of change in fibroin diameter, failure strength, cycles to failure, and mass. SEM indicated increasing fragmentation of individual fibroin filaments from protease-digested samples with time of exposure to the enzyme; particulate debris was present within 7 days of incubation. Gel electrophoresis indicated a decreasing amount of the silk 25 kDa light chain and a shift in the molecular weight of the heavy chain with increasing incubation time in protease. Results support that silk is a mechanically robust biomaterial with predictable long-term degradation characteristics.

Adult cartilage tissue has limited self-repair capacity, especially in the case of severe damages caused by developmental abnormalities, trauma, or aging-related degeneration like osteoarthritis. Adult mesenchymal stem cells (MSCs) have the potential to differentiate into cells of different lineages including bone, cartilage, and fat. In vitro cartilage tissue engineering using autologous MSCs and three-dimensional (3-D) porous scaffolds has the potential for the successful repair of severe cartilage damage. Ideally, scaffolds designed for cartilage tissue engineering should have optimal structural and mechanical properties, excellent biocompatibility, controlled degradation rate, and good handling characteristics. In the present work, a novel, highly porous silk scaffold was developed by an aqueous process according to these criteria and subsequently combined with MSCs for in vitro cartilage tissue engineering. Chondrogenesis of MSCs in the silk scaffold was evident by real-time RT-PCR analysis for cartilage-specific ECM gene markers, histological and immunohistochemical evaluations of cartilage-specific ECM components. Dexamethasone and TGF-β3 were essential for the survival, proliferation and chondrogenesis of MSCs in the silk scaffolds. The attachment, proliferation, and differentiation of MSCs in the silk scaffold showed unique characteristics. After 3 weeks of cultivation, the spatial cell arrangement and the collagen type-II distribution in the MSCs-silk scaffold constructs resembles those in native articular cartilage tissue, suggesting promise for these novel 3-D degradable silk-based scaffolds in MSC-based cartilage repair. Further in vivo evaluation is necessary to fully recognize the clinical relevance of these observations.

Phase 1 clinical trials of granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) treatment after myocardial infarction have indicated that G-CSF treatment is safe and may improve left ventricular function. This randomized, double-blind, placebo-controlled trial aimed to assess the efficacy of subcutaneous G-CSF injections on left ventricular function in patients with ST-elevation myocardial infarction.Seventy-eight patients (62 men; average age, 56 years) with ST-elevation myocardial infarction were included after successful primary percutaneous coronary stent intervention <12 hours after symptom onset. Patients were randomized to double-blind treatment with G-CSF (10 microg/kg of body weight) or placebo for 6 days. The primary end point was change in systolic wall thickening from baseline to 6 months determined by cardiac magnetic resonance imaging (MRI). An independent core laboratory analyzed all MRI examinations. Systolic wall thickening improved 17% in the infarct area in the G-CSF group and 17% in the placebo group (P=1.0). Comparable results were found in infarct border and noninfarcted myocardium. Left ventricular ejection fraction improved similarly in the 2 groups measured by both MRI (8.5 versus 8.0; P=0.9) and echocardiography (5.7 versus 3.7; P=0.7). The risk of severe clinical adverse events was not increased by G-CSF. In addition, in-stent late lumen loss and target vessel revascularization rate in the follow-up period were similar in the 2 groups.Bone marrow stem cell mobilization with subcutaneous G-CSF is safe but did not lead to further improvement in ventricular function after acute myocardial infarction compared with the recovery observed in the placebo group.

The objective of this study was to investigate the control effect of organophosphorus nematicide fosthiazate on cucumber plant parasitic nematode and to explore the impact of fosthiazate treatment on the bacterial and fungal communities within the rhizosphere. The results of a cucumber pot experiment indicated that fosthiazate treatment significantly reduced the root-knot index to 7.1, which is much lower than the control group's index of 85.7. The microbial community analysis revealed that the fosthiazate treatment altered the composition of the rhizosphere soil microbial community and reduced microbial diversity. The predominant species in the rhizosphere soil from different treatment groups were determined, and the results indicated that the fosthiazate treatment decreased the abundance of Pseudomonas and Flavobacterium among bacteria, while increasing the abundance of Sphingomonadales and Novosphingobium. In the fungal community, there was a reduction in the abundance of Hypocreales and Nectriaceae, accompanied by an increase in Olpidium. Predictive analyses using PICRUSt2 demonstrated that bacterial metabolic pathways were generally upregulated in the fosthiazate treatment group. Additionally, FUNGuild predictions indicated a significant decrease in the abundance of Animal Pathogen pathways. These findings provide a scientific basis for the development of more environmentally friendly nematode management strategies based on the rhizosphere microbiome. The findings provide a novel understanding of the control mechanism of an organophosphorus nematicide for plant parasitic nematodes that leverage the rhizosphere microbiome. This understanding offers a scientific foundation for the development of more environmentally sustainable nematode management strategies.

Microbial cell factories provide a nontoxic, economical way for the synthesis of various chemicals and drugs, garnering significant attention from researchers. However, excessive dispersion of enzymes and accumulation of intermediate metabolites in the production process will weaken the reaction efficiency of the pathway enzyme. In this study, a cellular compartment was constructed to isolate the enzyme reaction space and optimize the modular metabolic synthesis. First, a special spider silk protein was designed and constructed to form protein condensates in microbial cells, and its synthetic microcompartment effects were investigated. Second, the interaction of short peptide pairs or direct fusion based on the silk protein was used to recruit a variety of enzymes to improve the efficiency of enzyme catalysis. Third, the 2'-fucosyllactose (2'-FL) de novo synthesis pathway and its modular optimization were carried out to verify the mode. Finally, a synthetic compartment was introduced into the pathway to directly aggregate the 2'-FL synthesis pathway, thus obtaining synthetic-compartment-mediated multienzyme aggregates. The experimental results showed that the titer of 2'-FL was significantly improved compared with those of wild-type and modular-optimized free enzymes. The utilization of this cell microcompartment offers a novel avenue for the aggregation of diverse enzymes, thereby offering an innovative approach for enhancing the efficiency of the microbial modular metabolic pathway.

The objective of this study is to comprehensively to identify the core pharmacological components and their respective targets of three medicinal fungi Sanghuangs including Sanghuangporus vaninii (SV), Sanghuangporus lonicericola (SL), and Inonotus hispidus (IH). Metabolomics analysis indicated that a total of 495 and 660 differential metabolites were obtained in mycelium and fermentation broth samples among three Sanghuangs, respectively. The network pharmacology analysis showed that 6-[1]-ladderane hexanol, R-nostrenol, candidone, ellagic acid, and quercetin were the overlapping active ingredients of three Sanghuang species for diabetes mellitus, immune system disease, and neoplasm. Certonardosterol A, dalamid, and ethylene brassylate are unique active ingredients in SV, and certonardosterol K, kaempferide, and esculetin are unique active ingredients in SL. Asbestinine, neoandrographolide, isosakuranetin, and daucosterin are unique active ingredients in IH. Accordingly, the common core targets of active ingredients of the three Sanghuangs were ESR1, PIK3CA, and LYN. PRKCA, EGFR, and STAT3 were the unique targets of SV, SL, and IH, respectively. The primary active components and their respective targets, in addition to the component-target interaction of Sanghuangs that have been identified in the present study, provide a foundation for future research on the prevention and treatment of disease using Sanghuangs.

Methotrexate (MTX), a widely administered medication for treating an array of tumors and autoimmune disorders, necessitated stringent monitoring due to the potential for severe adverse effects associated with its high...