Fabrication and Repair of Cartilage Defects with a Novel Acellular Cartilage Matrix Scaffold

The objectives of this study were to develop a three-dimensional acellular cartilage matrix (ACM) and investigate its possibility for use as a scaffold in cartilage tissue engineering. Bovine articular cartilage was decellularized sequentially with trypsin, nuclease solution, hypotonic buffer, and Triton x 100 solution; molded with freeze-drying process; and cross-linked by ultraviolet irradiation. Histological and biochemical analysis showed that the ACM was devoid of cells and still maintained the collagen and glycosaminoglycan components of cartilage. Scanning electronic microscopy and mercury intrusion porosimetry showed that the ACM had a sponge-like structure of high porosity. The ACM scaffold had good biocompatibility with cultured rabbit bone marrow mesenchymal stem cells with no indication of cytotoxicity both in contact and in extraction assays. The cartilage defects repair in rabbit knees with the mesenchymal stem cell-ACM constructs had a significant improvement of histological scores when compared to the control groups at 6 and 12 weeks. In summary, the ACM possessed the characteristics that afford it as a potential scaffold for cartilage tissue engineering.

The complex effects of the slow-releasing hydrogen sulfide donor GYY4137 in a model of acute joint inflammation and in human cartilage cells

The role of hydrogen sulfide (H2 S) in inflammation remains unclear with both pro- and anti-inflammatory actions of this gas described. We have now assessed the effect of GYY4137 (a slow-releasing H2 S donor) on lipopolysaccharide (LPS)-evoked release of inflammatory mediators from human synoviocytes (HFLS) and articular chondrocytes (HAC) in vitro. We have also examined the effect of GYY4137 in a complete Freund's adjuvant (CFA) model of acute joint inflammation in the mouse. GYY4137 (0.1-0.5 mM) decreased LPS-induced production of nitrite (NO2 (-) ), PGE2 , TNF-a and IL-6 from HFLS and HAC, reduced the levels and catalytic activity of inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 (COX-2) and reduced LPS-induced NF-?B activation in vitro. Using recombinant human enzymes, GYY4137 inhibited the activity of COX-2, iNOS and TNF-a converting enzyme (TACE). In the CFA-treated mouse, GYY4137 (50 mg/kg, i.p.) injected 1 hr prior to CFA increased knee joint swelling while an anti-inflammatory effect, as demonstrated by reduced synovial fluid myeloperoxidase (MPO) and N-acetyl-ß-D-glucosaminidase (NAG) activity and decreased TNF-a, IL-1ß, IL-6 and IL-8 concentration, was apparent when GYY4137 was injected 6 hrs after CFA. GYY4137 was also anti-inflammatory when given 18 hrs after CFA. Thus, although GYY4137 consistently reduced the generation of pro-inflammatory mediators from human joint cells in vitro, its effect on acute joint inflammation in vivo depended on the timing of administration.

Fundus autofluorescence in patients with retinal pigment epithelial (RPE) tears: an in-vivo evaluation of RPE resurfacing

Aim: Investigate RPE resurfacing by changes in fundus autofluorescence (AF) in patients with retinal pigment epithelial (RPE) tears secondary to age-related macular degeneration (AMD).

Methods: A retrospective case series of patients presenting with RPE tears from 1 March 2008 to 1 April 2011. The pattern and area of AF signal distribution in RPE tears were evaluated. The change in the size of the area of debrided RPE over the follow-up period was used as the main outcome measure. A reduction in this area was termed “RPE resurfacing”, and an enlargement termed “progression of RPE cell loss”.

Results; Thirteen patients (14 eyes) with RPE tears (mean age 82 years) were included in this study. The mean baseline area of reduced AF signal was 4.1 mm2 (range 0.33–14.9, median 0.29). “Resurfacing” of the RPE occurred in ten eyes and “progression of RPE cell loss” in four eyes after a median follow-up of 11.5 months (range, 1–39). The mean area of healing was 2.0 mm2, and progression was 1.78 mm2.

Conclusion: A consistent AF pattern was observed in patients with RPE tears. RPE resurfacing over the area of the RPE tear occurred, to a varying degree, in the majority of the cases.

Detection of mineralized structures in very early stages of development of Marine Teleostei using a modified Alcian blue-Alizarin red double staining technique for bone and cartilage

We have developed a procedure for staining cartilage and bone in fish larvae as small as 2 mm (notochord length), for which standard alcian blue/alizarin red procedures did not give positive and/or consistent results. Small calcified structures only 100-200 pm in length can be clearly visualized. The method is suitable for both ontogenic studies during early stages of skeletal development in most marine fishes (e.g., Sparus aurata L., Solea senegalensis Kaup), whose larvae at hatching are often only a few millimeters long and for detecting skeletal abnormalities in small larvae. This procedure can also be used for specimens that have been preserved in 1000/0 ethanol for up to two years.

Le potentiel thérapeutique du GDF-5 dans l’arthrose : une étude in vitro des facteurs anaboliques et cataboliques du cartilage

Introduction: Le principal objectif de cette étude est de mesurer l’effet du GDF-5 sur l’homéostasie du cartilage. Le GDF-5 est un gène de susceptibilité de l’OA faisant partie de la famille des BMPs et qui favorise la synthèse du cartilage. Le but de notre étude a été de déterminer l’effet du GDF-5 sur le métabolisme catabolique ainsi que sur l’équilibre global des chondrocytes, principalement au niveau de l’Aggrécan. Méthode : Des chondrocytes arthrosiques canins et humains OA ont été exposés au GDF-5. L’expression des ARNm et des protéines a été analysée afin d’évaluer la production de l’Aggrécan et le ratio Col-II/Col-I au niveau des facteurs anaboliques et du phénotype. Pour le catabolisme, l’expression et l’activité des aggrécanases ADAMTS-4 et ADAMTS-5 ont été mesurées. Les épitopes NITEGE et CTX-II ont aussi été quantifiés dans le liquide synovial canin après des injections intraarticulaires de GDF-5. Résultats : Le GDF-5 provoque une augmentation de l’activité cellulaire des chondrocytes canins et humains. Pour les ARNm et l’expression protéique, le GDF-5 augmente l’expression de l’Aggrécan alors que les facteurs cataboliques le diminuent. Le phénotype reste inchangé en présence du produit, sauf à haute dose où on augmente le ColI. L’activité des aggrécanases diminue puisque l’épitope NITEGE diminue alors que le CTX-II augmente dans l’articulation. Conclusion : En somme, les facteurs anaboliques du cartilage sont favorisés, alors que les facteurs cataboliques sont diminués par le GDF-5. Cette action double permet d’illustrer l’effet du GDF-5, le classant comme un potentiel médicament modifiant la maladie de l’OA qui mérite d’être étudiée.

The role of PPARgamma in cartilage growth and development using cartilage-specific PPARgamma knockout mice

Le cartilage est un tissu conjonctif composé d’une seule sorte de cellule nommée chondrocytes. Ce tissu offre une fondation pour la formation des os. Les os longs se développent par l'ossification endochondral. Ce processus implique la coordination entre la prolifération, la différenciation et l'apoptose des chondrocytes, et résulte au remplacement du cartilage par l'os. Des anomalies au niveau du squelette et des défauts liés à l’âge tels que l’arthrose (OA) apparaissent lorsqu’il y a une perturbation dans l’équilibre du processus de développement. À ce jour, les mécanismes exacts contrôlant la fonction et le comportement des chondrocytes pendant la croissance et le développement du cartilage sont inconnus. Le récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est un facteur de transcription impliqué dans l'homéostasie des lipides. Plus récemment, son implication a aussi été suggérée dans l'homéostasie osseuse. Cependant, le rôle de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage est inconnu. Donc, pour la première fois, cette étude examine le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle au cartilage du gène PPARγ. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Les analyses des souris ayant une délétion au PPARγ aux stades embryonnaire et adulte démontrent une réduction de la croissance des os longs, une diminution des dépôts de calcium dans l’os, de la densité osseuse et de la vascularisation, un délai dans l’ossification primaire et secondaire, une diminution cellulaire, une perte d’organisation colonnaire et une diminution des zones hypertrophiques, une désorganisation des plaques de croissance et des chondrocytes déformés. De plus, la prolifération et la différenciation des chondrocytes sont anormales. Les chondrocytes et les explants isolés du cartilage mutant démontrent une expression réduite du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF)-A et des éléments de production de la matrice extracellulaire. Une augmentation de l’expression de la métalloprotéinase matricielle (MMP)-13 est aussi observée. Dans les souris âgées ayant une délétion au PPARγ, y est aussi noté des phénotypes qui ressemblent à ceux de l’OA tel que la dégradation du cartilage et l'inflammation de la membrane synoviale, ainsi qu’une augmentation de l’expression de MMP-13 et des néoépitopes générés par les MMPs. Nos résultats démontrent que le PPARγ est nécessaire pour le développement et l’homéostasie du squelette. PPARγ est un régulateur essentiel pour la physiologie du cartilage durant les stades de croissance, de développement et de vieillissement.

Évaluation biomécanique de la locomotion à la suite d'une arthroplastie de la hanche

Depuis les dernières années, la prévalence de personnes souffrant de dégénérescence des cartilages articulaires, communément appelée ostéoarthrite (OA), ne cesse d’augmenter. Les douleurs articulaires et les raideurs musculaires associées à cette pathologie mènent à des limitations des capacités fonctionnelles, à une perte de mobilité et d’autonomie affectant grandement la qualité de vie de ces personnes. Afin de soulager les personnes souffrant de cette pathologie, l’arthroplastie de la hanche est une procédure chirurgicale fréquemment utilisée. À la suite de cette chirurgie, une amélioration de la qualité de vie et une reprise des capacités fonctionnelles sont souvent observées. Cependant, comparativement à des sujets sains, la vitesse de marche est diminuée, une faiblesse des muscles abducteurs de la hanche est constatée et des mouvements compensatoires au niveau du tronc sont persistants. L’objectif de cette thèse est d’évaluer le patron locomoteur chez des patients qui subiront une arthroplastie de la hanche. Plus spécifiquement, les adaptations locomotrices pré et post-opératoires seront quantifiées dans le but d’apporter des modifications aux programmes de réhabilitation pour ainsi favoriser un patron locomoteur sans déficit. Afin de répondre à cet objectif, trois études distinctes ont été effectuées. Dans le cadre de la première étude, l’impact de l’implantation d’une prothèse totale de la hanche avec une tête fémorale de large diamètre et une prothèse de resurfaçage a été évalué par rapport aux sujets sains lors de la locomotion. Au cours de cette étude, le contrôle du tronc a été analysé en utilisant la distance entre le centre de masse corporel et le centre articulaire de la hanche opérée. Suite aux résultats obtenus, aucune différence majeure n’existe entre les deux types de prothèses en ce qui a trait au contrôle du tronc et ce, à un an post-opératoire. Lors de la deuxième étude, la symétrie des paramètres biomécaniques des membres inférieurs lors de la locomotion chez des patients ayant bénéficié de l’implantation d’une prothèse de la hanche a été caractérisée suite à un programme d’exercices péri-opératoires (pré et post-opératoire). Lors de cette étude, le programme d’exercices péri-opératoires était complémentaire au protocole de réadaptation du centre hospitalier. D’après les résultats obtenus lors de cette étude exploratoire, ce programme d’exercices péri-opératoires semble permettre d’améliorer la symétrie de la puissance et du travail musculaire au niveau de la hanche, du genou et de la cheville favorisant ainsi un patron de marche avec de minimes compensations. Finalement, dans le cadre de la troisième étude, l’approche prédictive et l’approche fonctionnelle, utilisées pour localiser le centre articulaire de la hanche, ont été comparées aux mesures radiographiques, chez des patients à la suite d’un remplacement articulaire de la hanche. À la suite de cette étude, les résultats démontrent que l’utilisation de l’approche fonctionnelle est plus appropriée chez des patients ayant bénéficié d’une arthroplastie de la hanche. En effet, cette approche individualisée est plus précise ce qui, par conséquent, permettra d’obtenir des résultats de plus grande qualité lors d’analyses biomécaniques de la locomotion.

Changements matriciels dans le cartilage de l'épiphyse en développement : un événement précoce dans la pathogénie de l'ostéochondrose équine ?

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Homéostasie phosphocalcique et vitamine D : effets sur le cartilage de croissance par la mesure des paramètres physiques, biochimiques et géniques liés à la croissance osseuse

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal