A nanoelectrode array based on vertically aligned multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) embedded in SiO2 is used for ultrasensitive DNA detection. Characteristic electrochemical behaviors are observed for measuring bulk and surface-immobilized redox species. Sensitivity is dramatically improved by lowering the nanotube density. Oligonucleotide probes are selectively functionalized to the open ends of nanotubes. The hybridization of subattomole DNA targets can be detected by combining such electrodes with Ru(bpy)32+ mediated guanine oxidation.

We report a bottom-up approach to integrate multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) into multilevel interconnects in silicon integrated-circuit manufacturing. MWNTs are grown vertically from patterned catalyst spots using plasma-enhanced chemical vapor deposition. We demonstrate the capability to grow aligned structures ranging from a single tube to forest-like arrays at desired locations. SiO2 is deposited to encapsulate each nanotube and the substrate, followed by a mechanical polishing process for planarization. MWNTs retain their integrity and demonstrate electrical properties consistent with their original structure.

Abstract Astrocytes play vital roles in blood-brain barrier (BBB) maintenance, yet how they support BBB integrity under normal or pathological conditions remains poorly defined. Recent evidence suggests pH homeostasis is a new cellular mechanism important for BBB integrity. In the current study, we investigated the function of an astrocyte-specific pH regulator, Slc4a4, in BBB maintenance and repair. We show that astrocytic Slc4a4 is required for normal astrocyte morphological complexity and BBB function. Multi-omics analyses identified increased astrocytic secretion of CCL2 coupled with dysregulated arginine-NO metabolism after Slc4a4 deletion. Using a model of ischemic stroke, we found that loss of Slc4a4 exacerbates BBB disruption and reactive gliosis, which were both rescued by pharmacological or genetic inhibition of the NO-CCL2 pathway in vivo. Together, our study identifies the astrocytic Slc4a4-NO-CCL2 axis as a pivotal mechanism controlling BBB integrity and repair, while providing insights for a novel therapeutic approach against BBB-related CNS disorders.

Abstract Ischemic stroke and glioma are two deadly neurological disorders worldwide. Recent epidemiological studies reveal an increased risk of brain tumors, notably glioma, in patients with a history of stroke, resulting in a 10% co-occurrence. Comparative transcriptome analyses of brain samples collected from patients with common neurological disorders show that glioma is particularly enriched with stroke-associated gene signatures, especially in pathways related to their shared pathological features. These findings suggest a stroke-glioma interrelationship; however, it remains unknown how stroke alters the brain microenvironment to drive tumor progression. Here, we induced photothrombotic stroke in three mouse glioma models recapitulating multiple aspects of human glioma. Across all glioma models, we consistently observed that stroke increases tumor proliferation and infiltration towards stroke-affected regions, accompanied by reduced survival compared to sham control groups. Further analyses using single-cell RNA sequencing and spatial transcriptomic profiling in our stroke-glioma models reveal pronounced stroke-induced glioma microenvironment changes, among which tumor-associated astrocytes (TAAs) are most dramatically remodeled. Remarkably, we identified a unique stroke-induced astrocyte (SAA) at the tumor leading edge of the stroke-glioma group, characterized by diminished physiological astrocyte signatures and increased chromosomal and metabolic reprogramming. Among the top differentially expressed genes in SAA compared with TAA, the sodium-bicarbonate cotransporter Slc4a4 is interesting due to its enriched expression in TAA in both human and mouse gliomas, and it is significantly down-regulated at the infiltrating tumor edge. Consequently, we examine whether restoring astrocytic Slc4a4 expression rescues stroke-induced glioma progression. We found that astrocytic Slc4a4 overexpression reduces glioma growth and infiltration, accompanied by extended astroglial scar formation. Collectively, our study demonstrates that a subset of TAAs induced by stroke exacerbates glioma pathology, highlighting an indispensable astrocytic contribution to the stroke-glioma interaction.

Abstract Glioblastoma (GBM) is an aggressive primary brain tumor associated with dismal survival rates. GBM is difficult to treat due to its ability to invade neighboring brain regions, rendering complete surgical resection nearly impossible. Throughout tumor progression, several pathological changes occur in the tumor microenvironment (TME) including increased neuronal hyperactivity. Interestingly, these pathological features also occur in stroke, a leading global cause of death and disease burden. Clinical evidence from large cohort studies reveals a 10% risk of brain tumor development in stroke patients, suggesting a link between these two diseases. However, the intricacies of their association and whether stroke poses a long-term risk for GBM is unclear. To investigate this, we have developed innovative stroke-glioma mouse models to recapitulate and delineate the interrelationship between these two diseases. Our data using these models indicate a substantial increase in tumor growth and infiltration towards the infarct using both human GBM-patient derived glioma cells in immunodeficient mice as well as in immunocompetent de novo mouse GBM. Further, spatial manipulation of stroke and glioma induction revealed that glioma cells preferentially invade the contralateral hemisphere towards the stroke lesion compared to control. This suggests stroke-induced changes may trigger glioma cell infiltration. Histological analysis of the TME shows increased neuronal activity specifically excitatory neuron synaptic marker expression in the leading edge of glioma post-stroke compared to control. Overall, stroke induction may promote tumor growth and infiltration by modulating the TME through increasing excitatory neuronal activation. Together, this study aims to deepen our understanding of the influence of stroke on gliomas, paving the way for invaluable insights essential for identifying at-risk patients and the development of potential treatments for affected patients.