Dielectrophoresis of Cells

Dielectrophoresis, the motion produced by the action of nonuniform electric field upon a neutral object, is shown to be a simple and useful technique for the study of cellular organisms. In the present study of yeast (Saccharomyces cerevisiae) using a simple pin-pin electrode system of platinum and high-frequency alternating fields, one observes that the collectability of cells at the electrode tip, i.e. at the region of highest field strength, depends upon physical parameters such as field strength, field uniformity, frequency, cell concentration, suspension conductivity, and time of collection. The yield of cells collected is also observed to depend upon biological factors such as colony age, thermal treatment of the cells, and chemical poisons, but not upon irradiation with ultraviolet light. Several interesting side effect phenomena coincident with nonuniform electric field conditions were observed, including stirring (related to “jet” effects at localized electrode sites), discontinuous repulsions, and cellular rotation which was found to be frequency dependent.     

ANATOMICAL AND CHROMOSOMAL OBSERVATIONS ON ORTHOCLADA LAXA (CENTOTHECEAE; GRAMINEAE)

Orthoclada laxa and O. africana have uncinate microhairs, which are compared to similar micro-hairs of the unrelated genus Neoslapfia, previously thought to be a unique grass in this respect. The bicellular and marginal microhairs, as well as general leaf anatomy, are also described. The root hair pattern is of the “panicoid” type. The chromosome number from root tip preparations is 2ra = 24.     

Zur Wirkung des Lichtes auf die circadiane Periodik des Stoffwechsels und der Aktivität beim Buchfinken (Fringilla coelebs L.)

Zusammenfassung Bei 8 Buchfinken (4, 4) wurden Sauerstoffverbrauch und Hüpfaktivitätsowohl unter Bedingungen eines künstlichen Licht-Dunkel-Wechsels (LD 1212 Std; ohne Dämmerung) als auch im Dauerlicht (LL) bei konstanter Umgebungstemperatur (18–20° C) kontinuierlich gemessen. Im 1. Teil des Versuchs wurde die Beleuchtungsstärke während der Dunkelzeit (D) zwischen 0,01 und 1,0 Lux bei gleichbleibender Beleuchtungsstärke während der Lichtzeit (10 Lux) geändert. Im 2. Teil des Versuchs wurden die Vögel im Dauerlicht von 1 und 10 Lux untersucht. Vier Vögel wurden zusätzlich bei 100 Lux gemessen.Das mittlere Niveau des Sauerstoffverbrauchs (pro Std) und die mittlere Aktivitätsmenge (pro Stunde) während einer Periode sind bei der Mehrzahl der untersuchten Vögel linear und positiv miteinander korreliert (Abb. 2 und 3; Tabelle 1).Änderungen des mittleren Aktivitätsumsatzes (Differenz von mittlerem Niveau des Gesamtumsatzes und des Ruheumsatzes) sind ebenfalls positiv mit Änderungen der Aktivitätsmenge korreliert. Diese Aussage beruht auf der Voraussetzung, daß sich die circadiane Periodik des Gesamtstoffwechsels aus mindestens zwei Periodizitäten zusammensetzt: der Periodik des Grundstoffwechsels (vegetative Periodik) und der Periodik von Ruhe und Aktivität (Aktivitätsperiodik).Bei Änderungen des Zeitgebers (Erniedrigung der Zeitgeberamplitude und gleichzeitige Erhöhung der mittleren Beleuchtungsstärke) werden folgende Parameter signifikant verändert: die positive Phasenwinkel-Differenz zwischen Stoffwechselperiodik und Zeitgeber wird vergrößert, die Dauer der Aktivität (Aktivitätsumsatz ₃ ) wird verlängert, die Schwingungsbreite der Stoffwechselperiodik wird erniedrigt (Abb. 4; Tabelle 2).Unter Dauerlicht-Bedingungen werden durch eine Erhöhung der Beleuchtungsstärke von 1 auf 10 Lux folgende circadianen Parameter erhöht: die Frequenz, das mittlere Niveau der Stoffwechselperiodik (Gleichwert), der Ruheumsatz, das -Verhältnis (Verhältnis Aktivitätszeit/Ruhezeit) und die Aktivitätsmenge pro Zeiteinheit. Die Schwingungsbreite der Stoffwechselperiodik bleibt unverändert (Abb. 5). Außerdem besteht eine regelhafte Beziehung zwischen dem Formfaktor der Stoffwechselschwingung und der Beleuchtungsstärke, beziehungsweise der Spontanfrequenz. Erhöhung der Beleuchtungsstärke von 10 auf 100 Lux hat unterschiedliche Wirkungen auf die circadianen Parameter der 4 gemessenen Vögel.Die unter Dauerlicht-Bedingungen gewonnenen Ergebnisse folgen der modifizierten circadianen Regel, die eine positive Korrelation zwischen Frequenz und Gleichwert der autonomen circadianen Schwingung fordert (Abb. 7).Die unter Zeitgeber-Bedingungen (Licht-Dunkel-Wechsel) gewonnenen Ergebnisse werden auf der Grundlage einer vorwiegenden Beeinflussung des circadianen Schwingers durch die Amplitude der Zeitgeber-Periodik (Zeitgeberstärke) gedeutet. Änderungen der Beleuchtungsstärke während der Dunkelzeit (im Bereich der gebotenen Lichtintensitäten) haben keinen regelhaften Einfluß auf die Stoffwechselparameter der Periodik.

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On the effect of light upon the crcadian rhythms of metabolism and activity in the chaffinch (Fringilla coelebs L.)

Summary Oxygen consumption and hopping activity of 8 chaffinches (4 males, 4 females) were measured simultaneously (I) in an artificial 1212 hr light-dark-cycle (LD; without twilight) and (II) in continuous illumination, both at constant temperature (18–20°C). During the first part of the experiment illumination during darktime (D) was varied in both directions between 0.01 and 1.0 lux. Light intensity in L (lighttime) remained constant (10 lux). In the second part of the experiment the birds were exposed to a continuous illumination of 1 and 10 lux. Four birds were also measured at 100 lux.For the majority of the birds, the mean level of oxygen consumption per hour and the average amount of activity (contacts per hour) during one circadian period are positively and linearly correlated to each other (Fig. 2 and 3; Table 1).Changes in the level of the activity metabolism — i.e. the difference between mean level of total metabolism and resting metabolism — are also positively correlated to changes in the amount of activity. This statement is based on the assumption that there exist at least 2 rhythms as basic components of the circadian rhythm of total metabolism: the rhythm of basal metabolic rate (BMR) or vegetative rhythm and the rhythm of activity and rest (activity rhythm).By variation of the Zeitgeber — simultaneous decrease in amplitude and increase in mean level of light intensity — the following parameters are significantly changed: the phase-angle difference between the circadian rhythm of metabolism and the Zeitgeber is increased (positive phase-angle differences are changed in positive direction), the activity time is lengthened, and the amplitude of the rhythm (range of oscillation) is diminished (Fig. 4; Table 2).With an increase in light intensity from 1 to 10 lux (continuous illumination), the following parameters are increased: the frequency of the rhythm, the mean level of metabolism per period, the resting metabolic rate, the -ratio (i.e. ratio activity time/rest time), and the total amount of activity per unit time. The range of oscillation remains unchanged (Fig. 5). There is also a regular change of the form-factor characterizing the shape of the metabolic oscillation, which depends upon light intensity as well as upon frequency (Fig. 8). Increasing light intensity from 10 to 100 lux affected differently the circadian parameters of the four birds tested.The results obtained in continuous illumination follow the modified circadian rule which postulates the positive correlation between frequency and mean level of the autonomous circadian oscillation (Fig. 7).The results obtained under the influence of a Zeitgeber (light-dark-cycle) are interpreted on the basis of the primary influence of the Zeitgeber amplitude (strength of the Zeitgeber) upon the circadian oscillation. The given changes in light intensity during darktime have no significant effect on the metabolic parameters of the rhythm.

     

Augmentation of host antitumor immunity by low doses of cyclophosphamide and mafosfamide in two animal tumor models

Summary By cloning in vitro we have obtained two sublines of the L5222 rat leukemia, one with high (L5222-S) and the other with low (L5222-R) in vivo sensitivities to non-toxic doses of mafosfamide, a stabilized derivative of 4-hydroxy-cyclophosphamide. This sensitivity in vivo was not related to the cytotoxic activity of the drug in vitro. Treatment of rats bearing the L5222-S and of mice transplanted with the MOPC-315 plasmocytoma with low doses of mafosfamide or cyclophosphamide resulted in a high percentage of surviving animals, which were resistant to a subsequent tumor challenge. Viable leukemic cells were needed to establish antitumor immunity, since it was not possible to induce resistance by injection of mitomycin-C-treated, non-viable L5222 cells. The adoptive transfer of spleen cells from animals immune against the L5222-S and the MOPC-315 resulted in resistance of the syngeneic recipients against a rechallenge with tumor cells, provided that the animals were treated with an immunosuppressive dose (100 mg/kg) of cyclophosphamide prior to the spleen cell implantation. In nude mice treatment of the L5222 with low doses of mafosfamide also resulted in surviving animals, however resistance to a second tumor challenge occurred only sporadically.The data presented confirm that therapy with cyclophosphamide or mafosfamide enhances host antitumor immunity but, contrary to previous reports, it could be demonstrated that successful tumor rejection was independent of T cells.Supported by the Federal Ministry of Research and Technology (BMFT), Bonn-Bad Godesberg, FRG     

CAP 37, a 37 kD human neutrophil granule cationic protein shares homology with inflammatory proteinases

We have previously shown that a major granule-associated cationic protein CAP 37 (Mr = 37 kD) derived from human PMN is a monocyte-specific chemoattractant. The N-terminal amino acid sequence of this novel chemotactic protein shares significant homology with a number of inflammatory molecules with protease activity including elastase and cathepsin G. However, a critical substitution of a serine for a histidine at position 41, results in its lack of serine protease activity.     

Meteorological factors and the time of onset of chest pain in acute myocardial infarction

Analysis of the time of onset of chest pain in 2254 patients with a myocardial infarction admitted to a coronary care unit in Leicester during a 10-year period shows an association with temperature and humidity. During both the most cold and humid times of the year, the relationship is a strong one. A generalized linear model with a log link was used to fit the data and the backward elimination selection procedure suggested a humid, cold day might help to trigger the occurrence of myocardial infarction. In addition, cold weather was found to have a stronger effect on the male population while those men aged between 50 and 70 years were more sensitive to the effect of high humidity.     

Vergleichende anatomisch-histologische Untersuchungen anLepisma saccharina Linné und der MyrmecophilenAtelura formicaria Heyden (Beitrag zur Myrmecophilie,erster Abschnitt)

Zusammenfassung Der Darm von L. s. und A. f. zeigt auf Grund der voneinander abweichenden Ernährungsweise beider Objekte grundsätzliche Verschiedenheiten. Die großenteils aufbereitete bzw. flüssige Nahrung der myrmecophilen Atelura läßt zum Unterschied von L. s. einen stark chitinösen Kaumagen, eine der Nahrungsregulation dienende Kropftaille und ein sophagales Mesenterium zur Fixierung des Darmes bei der Kaumagenmotorik überflüssig erscheinen. Hingegen besitzt A. f. eine besonders funktionstüchtigeValvula cardiaca, die im Zusammenwirken mit kräftigen Pharynxdilatatoren und Ringmuskeln eine wirksame Saugeinrichtung zur Aufnahme flüssiger Nahrung vom Labium der Ameisen darstellt. Im Zusammenhang mit der Konsistenz der Nahrung fehlen A. f. Mitteldarmdivertikel mit merokrin sezernierendem Endothel und die Darmschlinge am Ende des Mittel- und Beginn des Enddarms, wie sie sie L. s. als Einrichtung zur Oberflächenvergrößerung des sezernierenden und resorbierenden Endothels besitzt. Das nach dem holo-, mero- und apokrinen Typ in zonaler Erstreckung sezernierende Mitteldarmendothel produziert bei L. s. zwei verschiedene Sekrete (klarer Vakuoleninhalt bei apokriner, granulierter Inhalt bei merokriner Sekretion). Eine fast ausschließlich holokrine Sekretion bei A. f. hat eine dichte, lückenlose Anordnung von Regenerationscrypten im Mitteldarmendothel zur Folge. Das nur bei L. s. in beiden Geschlechtern vorhandene komplizierte anale Drüsensystem, welches mit dem Enddarm durch eine perforierte Intimalamelle in Verbindung steht, wird wahrscheinlich im Dienste der Defäkation Schmiermittel erzeugen. Einwandige Rectaldrüsen, die, wie als erwiesen gilt, der Wasserresorption dienen, sind bei A. f. kleiner, niedriger und damit weniger leistungsfähig, was angesichts der Tatsache, daß in Ameisennestern für eine nahezu konstante Luftfeuchtigkeit gesorgt ist, nicht überrascht.In den Fettkörper von A. f. sind Uratzellen viel zahlreicher eingestreut als bei L. s. Eine Beziehung zu den bei A. f. leistungsschwächeren Malpighischen Gefäßen, etwa in Form einer Funktionskompensation, wäre denkbar.Phagocytäre Zellen und Organe von A. f. stehen an Zahl und Ausgestaltung hinter denen von L. s. zurück. Es läßt sich vermuten, daß sie zur Fixierung eingedrungener Fremdstoffe im Zusammenhang mit der spezialisierten Ernährungsweise und im Schutz von Ameisennestern bei A. f. nicht so nötig sind wie bei den weit mehr gefährdeten freilebenden Lepismen.Ein kräftigeres Rückengefäß bei A. f. hängt wahrscheinlich mit erhöhten Leistungsanforderungen der Tiere in Synoekie mit Ameisen zusammen.Nur bei A. f. wurde eine Spermatophorenbildung in den Samenleitern beobachtet. Sie stellt eine Spezialisierung zur Sicherung gegen Spermienverluste dar, die mit dem Gefahrenkomplex einer Ameisensynoekie zusammenhängen dürfte.In dem bei A. f. im Imaginalzustand durch verkürzte Ovidukte scheinbar büschelförmigen Bau der Ovarien darf man einen Hinweis auf eine progressive Veränderung gegenüber dem bei L. s. streng kammförmigen Typ der Ovarien erblicken.Die Legeröhre von A. f. hat in Abhängigkeit von der Eibreite den mehr als doppelten Durchmesser als die von L. s. Diese Unterschiede dürften insofern in Beziehung zur Lebensweise stehen, als sich für myrmecophile Tiere eine gewisse Körpergröße und wahrscheinlich damit verbundene Selbständigkeit nach dem Schlüpfen für ihre Lebensbedürfnisse als notwendig erweist.

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Summary The digestive system ofLepisma saccharina andAtelura formicaria widely diverge from each other, which is due to the different nutrition of the two objects.L. s. takes solid food whereasA. f. takes partly digested or liquid food. This fact has rendered superfluous the masticating stomach, the narrow passage of the maw, supensory ligament of the sophagus, the widening of the mesenteron in order to enlarge its surface, and various secretions in the middle part of the gut, such asL. s. still possesses. For the purpose of taking liquid food the lips of the antA. f. has a suctorial organ formed by a strong valvula cardiaca, pharynx dilatators, and anular muscles. Both sexes of theL. s. only have in the rectal part of the gut a complicated system of glands connected with the gut and which probably produces liniments when excreting. The rectal papillae ofA. f. are small on account of the equal moisture of air existing in ant-hills.There are more cells containing urates in the fat-body ofA. f. than in that ofL. s. They probably aid the function of the thin and narrow Malpighian tubes ofA. f. Cells and organs ofL. s. serving the phagocytose are less numerous and less developed. It is to be supposed thatA. f. being sheltered by ant-hills stands not so much in need of them asL. s. living in the open.The dorsal vessel ofA. f. is strongly developed owing to the increased efforts that life together with ants brings with it.It is onlyA. f. that possesses spermatophores which are to protect it from losses of sperm. The oviducts ofA. f. are shorter and thus the ovaries appear fascicular whereas those ofL. s. are exactly comblike. The much larger laying tube and size of the eggs ofA. f. are in so far connected with the way of living as a certain size and autonomy are necessary for myrmecophil animals after leaving the egg.

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Résumé Les systèmes digestifs desLepismæ saccharinæ et desAteluræ formicariæ montrent de grandes différences en rapport avec leur alimentation différente. La nourriture desL. s. est consistante, tandis que celle desA. f. est prédigérée et liquide. Aussi certaines dispositions sont-elles devenues inutiles chez lesA. f. (disposition de mastication, tenant lieu d'estomac, passage rétréci dans le jabot, suspensoir de l'intestin pour agrandir la surface, diverses sécrétions au même endroit), telles qu'elles existent encore chez lesL. s. Par ailleurs, lesA. f. possèdent un dispositif d'aspiration, formé par une forteValvula cardiaca, les muscles du pharynx et des sphincters, servant à absorber la nourriture liquide depuis les lèvres des fourmis. Ce ne sont que lesL. s. qui présentent pour les deux sexes, dans la dernière portion de l'intestin, un système de glandes compliqué, communiquant avec l'intestin et produisant probablement des lubrifiants dans l'élimination des excréments. Les glandes rectales desA. f. sont petites parce que l'état hygrométrique de l'atmosphère des fourmilières est constant.Chez lesA. f., on trouve un plus grand nombre de cellules d'urate insérées dans le corps gras que chez lesL. s. Il est probable qu'elles facilitent le travail des tubes de Malpighi, étroits et fins.Les phagocytes desA. f. sont moins nombreux et plus petits que ceux desL. s. Il est à supposer qu'ils ne sont pas aussi nécessaires chez lesA. f. vivant sous la protection des fourmilières que chez lesL. s. vivant en liberté.Le vaisseau dorsal desA. f. est développé d'une façon robuste à cause des efforts exigés par leur vie en commun avec les fourmis.LesA. f. seuls possèdent de petites enveloppes contenant des spermatozoïdes, destinés à protéger contre une perte spermatique. Les ovaires tels qu'ils se présentent chez lesA. f. sont disposés en forme de touffe, tandis qu'ils sont en forme de peigne chezL. s. La taille plus grande de l'uf et de l'oviscapte s'explique par le genre de vie desA. f., puisque, pour les animaux vivant en compagnie des fourmis, une certaine taille et indépendance à la sortie de l'uf sont indispensables.

     

Electric field-mediated cell fusion

The use of electrical fields to guide, hold and fuse cells is described. The electrical fusion process consists of two steps: the cells are collected to form pearl-chains between Pt electrodes by the action of dielectrophoresis, then a brief DC pulse is applied, such that the breakdown voltage of the membranes is briefly exceeded and cell-to-cell juncture of the membranes occurs around the pore formed by the pulse. Giant fused cells (diameter up to 100 m) can be formed by the electrically mediated fusion of mouse 3T3 fibroblast cells, provided that pronase is added just before field application.