Mitigating Scarring and Inflammation during Corneal Wound Healing using Nanofiber-Hydrogel Scaffolds

Due to the universal lack of donor tissue, there has been emerging interest in engineering materials to stimulate living cells to restore the features and functions of injured organs. We are particularly interested in developing materials for corneal use, where the necessity to maintain the tissue’s transparency presents an additional challenge. Every year, there are 1.5 – 2 million new cases of monocular blindness due to irregular healing of corneal injuries, dwarfing the approximately 150,000 corneal transplants performed. The large gap between the need and availability of cornea transplantation motivates us to develop a wound-healing scaffold that can prevent corneal blindness.

To develop such a scaffold, it is necessary to regulate the cells responsible for repairing the damaged cornea, namely myofibroblasts, which are responsible for the disordered and non-refractive index matched scar that leads to corneal blindness. Using in vitro assays, we identified that protein nanofibers of certain orientation can promote cell migration and modulate the myofibroblast phenotype. The nanofibers are also transparent, easy to handle and non-cytotoxic. To adhere the nanofibers to a wound bed, we examined the use of two different in situ forming hydrogels: an artificial extracellular matrix protein (aECM)-based gel and a photo-crosslinkable heparin-based gel. Both hydrogels can be formed within minutes, are transparent upon gelation and are easily tunable.

Using an in vivo mouse model for epithelial defects, we show that our corneal scaffolds (nanofibers together with hydrogel) are well-tolerated (no inflammatory response or turbidity) and support epithelium regrowth. We developed an ex vivo corneal tissue culture model where corneas that are wounded and treated with our scaffold can be cultured while retaining their ability to repair wounds for up to 21 days. Using this technique, we found that the aECM-based treatment induced a more favorable wound response than the heparin-based treatment, prompting us to further examine the efficacy of the aECM-based treatment in vivo using a rabbit model for stromal wounds. Results show that treated corneas have fewer myofibroblasts and immune cells than untreated ones, indicating that our corneal scaffold shows promise in promoting a calmer wound response and preventing corneal haze formation.

Analysing the contribution of ATM/ATR pathway activation in establishing the premature senescence of E2F1/E2F2-/- bone-marrow-derived macrophages

E2F1 and E2F2 transcription factors have an important role during the regulation of cell cycle. In experiments done with E2F1/E2F2 knockout mice, it has been described that bone-marrow-derived macrophages (BMDM) undergo an early rapid proliferation event related to DNA hyper-replication. As a consequence, DNA damage response (DDR) pathway is triggered and E2F1/E2F2 knockout macrophages enter premature senescence related to G2/M phase arrest. The exact mechanism trough which DNA hyper-replication leads to DDR in absence of E2F1 and E2F2 remains undiscovered. To determine whether the ATR/ATM pathway, the master regulator of G2/M checkpoint, might be the surveillance mechanism in order to regulate uncontrolled proliferation in the DKO model, we monitored and analysis biochemical properties of BMDM cultures in the presence of caffeine, a potent inhibitor of ATM/ATR activity. Our results show that the addition of caffeine abolishes premature senescence in DKO BMDM, stimulates γ-H2AX accumulation and decreases Mcm2 expression.

Modulação da expressão dos componentes da matriz extracelular e a modulação celular na regeneração da fratura óssea padronizada em tíbia de ratos

O propósito do presente trabalho foi investigar a participação da proliferação celular e da expressão dos componentes da matriz extracelular na cascata de eventos do processo de reparo da fratura óssea, empregando as técnicas histológica, imunohistoquímica e morfométrica, em um modelo experimental padronizado para a indução da lesão na tíbia de ratos a partir do método empregado por Yuehuei e Friedman7. É importante padronizar um modelo de indução da fratura, para posterior investigação da participação das células e dos componentes da matriz extracelular no processo de reparo da fratura, considerando que o tempo de consolidação depende significantemente da natureza e do tipo da lesão produzida. Quarenta (n = 40) ratos Wistar foram submetidos a fratura . Os animais foram avaliados em oito (n = 8) grupos de cinco (n = 5) animais, cada grupo emperimental com 12, 24, 48, 72, 96, 144, 192 e 240 horas após a fratura (12h até 10 dias). As fraturas foram classificadas de acordo com o sistema de classificação internacional de fratura de Muller100, AO (Associação para Osteosíntese). Foram encontradas fraturas simples em 86% do total, sendo 68% de fraturas transversas e 18% de fraturas obliquas, 14% do total de fraturas foram complexas, sendo 8% de fraturas irregulares e 6% de fraturas segmentares. Esses resultados demonstram que o aparelho permite padronizar radiológicamente o tipo de fratura, caracterizado pela linha que separa os fragmentos ósseos. Os resultados qualitativos dos componentes da matriz extracelular para TGF-β, VEGF, colágeno I e II, osteopontina, proteoglicanos, fibras do sistema elástico com a coloração de resorcina funcsina de Weigert, e para proliferação celular pelo PCNA, assim como os resultados morfométricos, sugerem que a modulação da expressão dos componentes da matriz extracelular e a proliferação celular durante o processo de reparo da fratura não é homogênea para todos os componentes teciduais, dependendo significantemente das tensões locais geradas pelo tipo da linha de fratura que pode ser determinante no tempo de regeneração do osso e na qualidade da restauração das propriedades biomecânica. Nossos achados podem contribuir para melhor compreensão da reparo de fratura óssea e para novas abordagens terapêuticas que considerem as propriedades biomecânicas do tecido ósseo em reparo nas suas diferentes etapas