Endothelial cell-derived Pentraxin 3 limits the vasoreparative therapeutic potential of Circulating Angiogenic Cells

AIMS: Circulating Angiogenic Cells (CACs) promote revascularization of ischemic tissues although their underlying mechanism of action and the consequences of delivering varying numbers of these cells for therapy remain unknown. This study investigates molecular mechanisms underpinning CAC modulation of blood vessel formation.

METHODS & RESULTS: CACs at low (2x10(5)cells/ml) and mid (2x10(6)cells/ml) cellular densities significantly enhanced endothelial cell (EC) tube formation in vitro, while high density CACs (2x10(7)cells/ml) significantly inhibited this angiogenic process. In vivo, Matrigel-based angiogenesis assays confirmed mid-density CACs as pro-angiogenic and high density CACs as anti-angiogenic. Secretome characterization of CAC-EC conditioned media identified pentraxin 3 (PTX3) as only present in the high density CAC-EC co-culture. Recombinant PTX3 inhibited endothelial tube formation in vitro and in vivo Importantly, our data revealed that the anti-angiogenic effect observed in high density CAC-EC co-cultures was significantly abrogated when PTX3 bioactivity was blocked using neutralizing antibodies or PTX3 siRNA in endothelial cells. We show evidence for an endothelial source of PTX3, triggered by exposure to high density CACs. In addition, we confirmed that PTX3 inhibits FGF2-mediated angiogenesis, and that the PTX3 N-terminus, containing the FGF-binding site, is responsible for such anti-angiogenic effects.

CONCLUSIONS: Endothelium, when exposed to high density CACs, releases PTX3 which markedly impairs the vascular regenerative response in an autocrine manner. Therefore, CAC density and accompanying release of angiocrine PTX3 are critical considerations when using these cells as a cell therapy for ischemic disease.

Development and regeneration of neuronal circuits in the vertebrate retina

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Hallux rigidus: Arthroplasty or arthrodesis. What technique produces better results?

Hallux rígidus (HR) affects the first metatarsophalangeal joint (MTPJ) between 35% and 60% of the population over 65 years and there are multiple ways of treatment. Depending on the radiological stage where you find the deformity determines the procedure to be performed; in the early stages cheilectomy techniques and corrective osteotomy is performed while the more advanced ratings, the surgeon chooses destructive techniques considered as arthrodesis and arthroplasty. This final of degree project aims to focus on 1 MTPJ destructive techniques to clarify which of the procedures generates better results by a number of parameters; outcomes of the American Orthopaedic Foot scale and Ankle Society Hallux metatarsophalangeal Interphalangeal-scale (AOFAS), range of motion (ROM) of the 1ºAMTF, radiological classification. As for the implant arthroplasty technique, this article offers information on material and design that generates better relating to patient characteristics such as age, inflammatory joint diseases, viability and durability of the implant results. The conclusion from this review is that the values obtained in the arthrodesis according AOFAS decrease due to loss of mobility, but both techniques have similar values of effectiveness and concludes with the decision that the technique used is determined taking into account various factors and patient characteristics. Keywords: Hallux rígidus; (Hallux Rígidus) and surgery treatment; Hallux Rígidus arthrodesis; Hallux Rígidus arthroplasty; Hallux Rígidus (arthroplasty and arthrodesis).

Le cordon ombilical humain, source de cellules pour le génie tissulaire : Isolement, caractérisation et production de substituts humains

Le cordon ombilical humain suscite beaucoup d’intérêt comme source de cellules à des fins de recherche et de thérapie. Quatre types cellulaires majeurs - les cellules épithéliales, stromales, musculaires lisses et endothéliales - composent les tissus solides du cordon ombilical. Quelques-uns de ces types cellulaires ont été utilisés en recherche scientifique depuis longtemps, alors que d’autres commencent à peine à dévoiler leur potentiel. Nous avons développé un protocole unique pour l’extraction séquentielle de tous ces types cellulaires d’un seul cordon ombilical, permettant ainsi la reconstruction à partir d’une même source. La combinaison des techniques de perfusion, immersion et explants a mené à la mise en culture et à l’expansion de ces cellules, dont les cellules épithéliales et les cellules stromales de la gelée de Wharton qui ont été caractérisées plus en détail par l’immunomarquage de protéines spécifiques. Leur potentiel pour la médecine régénératrice a été démontré par la production de tissus par génie tissulaire. Un vaisseau sanguin composé de cellules stromales et de cellules musculaires lisses du cordon ombilical démontra une résistance substantielle à l’éclatement. Les capacités de différenciation des cellules épithéliales ont été étudiées dans le contexte d’une peau bilamellaire reconstruite en combinaison avec des kératinocytes, des fibroblastes dermiques, et des cellules stromales de la gelée de Wharton. Les cellules épithéliales ont montré une différenciation similaire à celle des kératinocytes lorsque cultivées sur des fibroblastes dermiques et exposées à l’air, tandis que sur des cellules stromales du cordon, elles ont subi une désorganisation. Finalement, la différenciation des cellules stromales a été induite en culture vers plusieurs types cellulaires afin de compléter cette étude. L’ensemble des résultats fait ressortir l’importance non seulement de l’influence du milieu physique sur la croissance et la différenciation des cellules, mais également de l’impact de la provenance des cellules sur la qualité des tissus reconstruits.

Revascularização pulpar

O tratamento de dentes permanentes imaturos com comprometimento pulpar pode ser muitas vezes um desafio. Em dentes com a polpa vital, a manutenção da vitalidade pulpar é essencial, o que permitirá a continuação do desenvolvimento natural da porção radicular do elemento dentário. Já em dentes onde a polpa se encontre necrosada e/ ou infetada, há, inevitavelmente, a interrupção do desenvolvimento radicular, deixando o elemento dentário com paredes dentinárias finas e com o ápice aberto, o que torna o tratamento ainda mais desafiante, uma vez que o tratamento endodôntico convencional, baseado na preparação químico-mecânica e no preenchimento do sistema de canais radiculares com um material bioinerte, torna-se difícil ou até impossível. Atualmente, os tratamentos mais realizados para estes dentes passam pela apexificação com Hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), ou a inserção de uma barreira apical de Agregado de Mineral Trióxido (MTA) seguidas pela obturação convencional do canal radicular. Ambas as técnicas têm um bom potencial na resolução das infeções e no encerramento apical; no entanto, não permitem a continuação do desenvolvimento radicular, o que mantém as paredes dentinárias finas e frágeis e o elemento dentário mais susceptível a fraturas. Estudos recentes têm vindo a demonstrar resultados positivos com uma nova abordagem de base biológica denominada revascularização pulpar. A técnica baseia-se na desinfeção do canal radicular e uma subsequente indução da formação de um coágulo sanguíneo no interior no canal, que servirá de base para a proliferação de um novo tecido, e uma possível regeneração do tecido pulpar. Desta forma pode-se alcançar além da resolução das infeções, a continuação do desenvolvimento radicular, o que resulta em raízes mais longas, com paredes mais espessas e no fecho apical normal. Embora a revascularização pulpar tenha vindo a demonstrar bons resultados clínicos e radiográficos, estudos histológicos demonstraram que o tecido formado no espaço pulpar pode não ser exatamente polpa. Mais estudos parecem ser necessários para que a técnica possa vir a ser executada com uma maior previsibilidade. A engenharia tecidular tem vindo a estudar diversas possibilidades para aprimorar a técnica, o que pode torná-la mais previsível no futuro.

Tissue engineering: technological advances to improve its applications in reconstructive surgery

Background. Tremendous advances in biomaterials science and nanotechnologies, together with thorough research on stem cells, have recently promoted an intriguing development of regenerative medicine/tissue engineering. The nanotechnology represents a wide interdisciplinary field that implies the manipulation of different materials at nanometer level to achieve the creation of constructs that mimic the nanoscale-based architecture of native tissues. Aim. The purpose of this article is to highlight the significant new knowledges regarding this matter. Emerging acquisitions. To widen the range of scaffold materials resort has been carried out to either recombinant DNA technology-generated materials, such as a collagen-like protein, or the incorporation of bioactive molecules, such as RDG (arginine-glycine-aspartic acid), into synthetic products. Both the bottom-up and the top-down fabrication approaches may be properly used to respectively obtain sopramolecular architectures or, instead, micro-/nanostructures to incorporate them within a preexisting complex scaffold construct. Computer-aided design/manufacturing (CAD/CAM) scaffold technique allows to achieve patient-tailored organs. Stem cells, because of their peculiar properties - ability to proliferate, self-renew and specific cell-lineage differentiate under appropriate conditions - represent an attractive source for intriguing tissue engineering/regenerative medicine applications. Future research activities. New developments in the realization of different organs tissue engineering will depend on further progress of both the science of nanoscale-based materials and the knowledge of stem cell biology. Moreover the in vivo tissue engineering appears to be the logical step of the current research.

Aplicação de células estaminais dentárias na Medicina e na Medicina Dentária

A temática relativa às células estaminais inicia-se na década de 60 com a descoberta da primeira fonte viável destas células: a medula óssea. Diversos estudos permitiram definir a sua função de renovação tecidular e regeneração pós-dano, assim como a sua caraterização num grupo heterogéneo de células indiferenciadas, clonogénicas, definidas pela capacidade de auto-renovação e diferenciação em células maduras. Nos últimos anos, estas células ganharam popularidade face à alternativa terapêutica que representam para muitas doenças, tais como: diabetes, anomalias congénitas, danos do tecido nervoso, Parkinson, Alzheimer e outras alterações degenerativas, exposições pulpares, defeitos periodontais e perda do órgão dentário. Apesar do seu potencial terapêutico, apresentam vários efeitos adversos, especialmente em relação ao seu envolvimento direto (via transformação maligna das MSCs) e indireto (via efeito modulatório das MSCs) no desenvolvimento do cancro. Preconiza-se o seu uso no âmbito da Engenharia Tecidular, introduzindo o processo de regeneração tecidular através da utilização combinada de biomateriais e mediadores biológicos, a fim de proporcionar novas ferramentas para a medicina regenerativa. Mais tarde, tornou-se possível identificar cinco populações de células estaminais de origem dentária (DPSCs, SHEDs, DFPCs, SCAPs e PDLCs) que, para além da sua multipotência e capacidade de diferenciação, constituem fontes acessíveis para recolha. O isolamento destas células constitui ainda uma prática relativamente recente, na qual se torna preponderante isolar células com fenótipo pré-determinado e cultivá-las em meios de cultura adequados. Estudos comprovam que o método de isolamento e as condições de cultura utilizados podem dar origem a diferentes linhas celulares. A conservação é uma prática baseada na convicção de que a medicina regenerativa é o caminho mais promissor para o desenvolvimento da medicina personalizada. Informação adicional relativa à terapia com células estaminais é ainda necessária. Esta utiliza princípios de biomimética altamente desejáveis, pelo que os resultados obtidos têm vindo a despoletar grandes expetativas e a sua implementação na Engenharia Tecidular apresenta-se promissora.

Altération de la régénération musculaire dans la maladie pulmonaire obstructive chronique

Altération de la régénération musculaire dans la maladie pulmonaire obstructive chronique. La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est caractérisée par une obstruction bronchique irréversible et progressive. L’atrophie musculaire périphérique y est fréquente et a un impact négatif sur la capacité fonctionnelle et la survie des sujets atteints. Toutefois, on ignore si une altération du processus de régénération musculaire est un processus ayant cours dans l’atrophie musculaire périphérique. Le but de la présente thèse était donc d’étudier les cellules satellites, principales cellules responsables de la régénération musculaire dans les muscles périphériques de patients ayant une MPOC. Dans un premier temps, nous avons évalué l’historique de réplication du tissu musculaire et la sénescence des cellules satellites. Les changements morphologiques ayant lieu dans le muscle au cours de la progression de la maladie rendent le muscle plus susceptible aux dommages, induisant un raccourcissement prématuré des télomères. Un raccourcissement des télomères chez les sujets ayant une MPOC avec atrophie est concomitant avec une augmentation du nombre de cellules satellites sénescentes et de l’épuisement du potentiel de régénération compromettant le maintien de la masse musculaire chez ces sujets. Dans un deuxième et troisième temps, nous avons étudié les étapes amenant une cellule satellite vers une cellule musculaire dans les muscles périphériques et respiratoires de patients ayant une MPOC comparativement à des sujets contrôles. Les cellules satellites sont impliquées dans la réparation du tissu musculaire. Dans les cellules satellites provenant des sujets ayant une MPOC, une altération de la prolifération et de la différentiation a été observée. Ces résultats sont compatibles avec une altération de la régénération musculaire pouvant conduire à l’atrophie musculaire dans la MPOC. Le quatrième volet de ce projet s’intéressait à l’impact d’un entraînement en résistance sur l’activité des cellules satellites et le rôle joué par la myostatine dans ce contexte. La littérature montre que l’exercice en résistance est bien toléré et aide les patients ayant une MPOC à retrouver une meilleure qualité de vie. Cependant, il semble qu’ils n’y répondent pas tous aussi bien que les sujets contrôles. La capacité de réponse des cellules satellites à un entraînement en résistance semble inadéquate, suggérant ainsi un défaut de leur activation. Dans la dernière étude de cette thèse, nous avons voulu évaluer l’impact de l’inflammation systémique en étudiant SAA1, une protéine de phase aiguë et p21, une protéine du cycle cellulaire dans la dégradation des protéines des cellules musculaires. Les liens de causalité entre l’affection primaire et les différentes comorbidités demeurent nébuleux dans la MPOC. SAA1 et p21 sont augmentés dans les muscles squelettiques des patients ayant une MPOC et par ailleurs, SAA1 est capable d’induire la dégradation des protéines musculaires. Cette thèse expose les premiers éléments impliquant l’altération de la régénération musculaire avec la dysfonction musculaire observée chez les patients ayant une MPOC. Ces résultats vont certainement contribuer au développement de nouvelles thérapies et stratégies d’intervention dans le but d’améliorer la qualité de vie des personnes atteintes d’une MPOC. En somme, les travaux effectués dans le cadre de la présente thèse montrent que plusieurs mécanismes agissent de concert avec l’inactivité physique afin d’induire le phénotype dysfonctionnel dans les muscles des patients ayant une MPOC.

Prevenção da reabsorção óssea alveolar após extração dentária

Introdução: O processo alveolar é o conjunto de osso que se encontra em redor da raiz do dente. Este osso é sensível a uma variedade de fatores ambientais e fisiológicos que influenciam a sua integridade e o seu funcionamento. Como tal, a sua formação assim como a sua preservação é dependente da presença contínua do dente. A reabsorção do processo alveolar após extração dentária é uma consequência natural e fisiológica indesejável, que pode dificultar a colocação de um implante dentário na posição desejada. Com o aumento cada vez mais das demandas estéticas em medicina dentária, torna-se, portanto, necessário prevenir que a reabsorção óssea provoque este defeito na arcada dentária. Objetivos: Realizar uma revisão bibliográfica sobre as várias técnicas e materiais para preservação do rebordo alveolar, a fim de prevenir ou minimizar a reabsorção alveolar após extração dentária. Material e Métodos: A pesquisa foi realizada nas bases de dados Pubmed, B-on e Scielo, não foi aplicado nenhum limite temporal, e os critérios de inclusão foram artigos em língua inglesa e portuguesa. Num total de 164 artigos, selecionaram-se 82 estritamente relacionados com o tema. Os artigos excluídos desviavam-se do objetivo do trabalho ou eram inconclusivos. Selecionaram-se, também, capítulos do livro Clinical Periodontology and Implant Dentistry Volume 1 e 2, dos autores Niklaus P.Lang e Jan Lindhe. Desenvolvimento: De modo a compreender como o processo alveolar reabsorve, deve-se ter em conta as várias técnicas que se podem realizar para permitir uma boa quantidade de osso remanescente na arcada adequada a cada caso para uma possível reabilitação. As técnicas de preservação do osso alveolar após extração passam pela realização de técnicas cirúrgicas minimamente invasivas, estabilização do coágulo pelo princípio da cicatrização por primeira intenção usando membranas ou retalhos, preenchimento do alvéolo dentário com materiais de enxerto ou substitutos ósseos, terapias combinadas com a colocação de implantes imediatos e o recurso a células e fatores de crescimento. Conclusão: A preservação alveolar tem grande importância para uma posterior reabilitação oral com implantes com maior quantidade de osso disponível do que quando não é feita qualquer tipo de preservação. A extração das peças dentárias deve ser feita com cuidado para preservar ao máximo ou não danificar as superfícies ósseas remanescentes. É aconselhado que o encerramento da ferida seja por primeira intenção e que proporcione estabilidade ao coágulo, podendo ser usado retalhos ou mesmo membranas. O uso de enxertos ósseos tem uma importante função de proporcionar uma matriz para o coágulo se formar e promover o processo de cicatrização. O método de implante imediato, para além de ser bastante usado, tem como finalidade o conforto para o paciente de não ser submetido a uma posterior cirurgia para colocação do mesmo e, simultaneamente, mantem a estabilidade dos tecidos moles. Ainda uma técnica menos usada é com células e fatores de crescimento que proporciona uma cicatrização mais rápida e um aumento do potencial regenerativo dos tecidos.

Tratamento cirúrgico convencional da peri-implantite

Introdução: A peri-implantite, um processo inflamatório que destroi e afeta tanto os tecidos moles como o tecido osseo em redor de um implante dentário Esta patologia vai ter grande influência a quando da escolha de uma solução terapêutica, sendo as principais opções terapêuticas a cirurgia regenerativa e ressetiva. Objetivo: Efetuar uma revisão bibliográfica no que diz respeito á peri-implantite e aos seus tratamentos cirurgicos convencionais, abordando tambem questões epidemiologicas da patologia e fatores de risco. Metodologia: A presente revisão bibliográfica foi baseada em informação ciêntifica publicada. Recorreu-se ás seguintes bases de dados: “MEDLINE/Pubmed”, “SciELO”, “EBSCO HOST” e “Science Direct”, através da introdução das seguintes palavras-chave: “Peri-implantitis”, “Mucositis”, “Peri-implant infections”, “Diagnosis”, “Treatment”, “Risk factors”, “Surgical treatment”. Conclusão: Para cada situação clínica de peri-implantite, é importante recorrer a diversos parâmetros de diagnóstico, como por exemplo o índice de placa, profundidade e hemorragia à sondagem, supuração e a evidência de perda óssea radiográfica. Aquando de reabilitação oral com implantes, o paciente deverá obedecer a um programa de manutenção eficaz, com o objetivo de manter a integridade dos tecidos peri-implantares. Na literatura científica são descritas diversas possibilidades de tratamento, existe enumero protocolos terapêuticos a efetuar. O médico dentista deve adoptar com base no diagnostico rigoroso o melhor tratamento a efetuar. Nesta linha de pensamentos existem várias aborgens terapêuticas que podemos efetuar, sendo a cirurgia ressetiva e a cirurgia regenerativa soluções têrapeuticas de elevada importância no que diz respeito ao sucesso no tratamento da peri-implantite.

Improving interfaces for nerve repair

Autologous nerve grafts are the current gold standard for the repair of peripheral nerve injuries. However, there is a need to develop an alternative to this technique, as donor-site morbidities such as neuroma formation and permanent loss of function are a few of the limitations concerned with this technique. Artificial nerve conduits have therefore emerged as an alternative for the repair of short peripheral nerve defects of less than 30 mm, however they do not surpass autologous nerve grafts clinically. To develop a nerve conduit that supports regeneration over long nerve gaps and in large diameter nerves, researchers have focused on functionalizing of the conduits by studying the components that enhance nerve regeneration such as micro/nano-topography, growth factor delivery systems, supportive cells and extracellular matrix (ECM) proteins as well as understanding the complex biological reactions that take place during peripheral nerve regeneration. This thesis presents strategies to improve peripheral nerve interfaces to better the regenerative potential by using dorsal root ganglions (DRGs) isolated from neonatal rats as an in vitro model of nerve regeneration. The work started off by investigating the usefulness of a frog foam protein Ranaspumin-2 (Rsn2) to coat biomaterials for compatibility, this lead to the discovery of temporary cell adhesion on polydimethylsiloxane (PDMS), which was investigated as a suitable tool to derive cell-sheets for nerve repair. The influence of Rsn2 anchored to specific adhesion peptide sequences, such as isoleucine-lysine-valine-alanine-valine (IKVAV), a sequence derived from laminin proven to promote cell adhesion and neurite outgrowth, was tested as a useful means to influence nerve regeneration. This approach improves the axonal outgrowth and maintains outgrowth long term. Based on the hypothesis that combinational modulation of substrate topography, stiffness and neurotrophic support, affects axonal outgrowth in whole DRGs, dissociated DRGs were used to assess if these factors similarly act at the single cell level. Rho associated protein kinase (ROCK) and myosin II inhibitors, which affect cytoskeletal contractility, were used to influence growth cone traction forces and have shown that these factors work in combination by interfering with growth cone dynamic creating a different response in axonal outgrowth at the single cell level.

Hybrid materials for biomedical applications

The increased longevity of humans and the demand for a better quality of life have led to a continuous search for new implant materials. Scientific development coupled with a growing multidisciplinarity between materials science and life sciences has given rise to new approaches such as regenerative medicine and tissue engineering. The search for a material with mechanical properties close to those of human bone produced a new family of hybrid materials that take advantage of the synergy between inorganic silica (SiO4) domains, based on sol-gel bioactive glass compositions, and organic polydimethylsiloxane, PDMS ((CH3)2.SiO2)n, domains. Several studies have shown that hybrid materials based on the system PDMS-SiO2 constitute a promising group of biomaterials with several potential applications from bone tissue regeneration to brain tissue recovery, passing by bioactive coatings and drug delivery systems. The objective of the present work was to prepare hybrid materials for biomedical applications based on the PDMS-SiO2 system and to achieve a better understanding of the relationship among the sol-gel processing conditions, the chemical structures, the microstructure and the macroscopic properties. For that, different characterization techniques were used: Fourier transform infrared spectrometry, liquid and solid state nuclear magnetic resonance techniques, X-ray diffraction, small-angle X-ray scattering, smallangle neutron scattering, surface area analysis by Brunauer–Emmett–Teller method, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Surface roughness and wettability were analyzed by 3D optical profilometry and by contact angle measurements respectively. Bioactivity was evaluated in vitro by immersion of the materials in Kokubos’s simulated body fluid and posterior surface analysis by different techniques as well as supernatant liquid analysis by inductively coupled plasma spectroscopy. Biocompatibility was assessed using MG63 osteoblastic cells. PDMS-SiO2-CaO materials were first prepared using nitrate as a calcium source. To avoid the presence of nitrate residues in the final product due to its potential toxicity, a heat-treatment step (above 400 °C) is required. In order to enhance the thermal stability of the materials subjected to high temperatures titanium was added to the hybrid system, and a material containing calcium, with no traces of nitrate and the preservation of a significant amount of methyl groups was successfully obtained. The difficulty in eliminating all nitrates from bulk PDMS-SiO2-CaO samples obtained by sol-gel synthesis and subsequent heat-treatment created a new goal which was the search for alternative sources of calcium. New calcium sources were evaluated in order to substitute the nitrate and calcium acetate was chosen due to its good solubility in water. Preparation solgel protocols were tested and homogeneous monolithic samples were obtained. Besides their ability to improve the bioactivity, titanium and zirconium influence the structural and microstructural features of the SiO2-TiO2 and SiO2-ZrO2 binary systems, and also of the PDMS-TiO2 and PDMS-ZrO2 systems. Detailed studies with different sol-gel conditions allowed the understanding of the roles of titanium and zirconium as additives in the PDMS-SiO2 system. It was concluded that titanium and zirconium influence the kinetics of the sol-gel process due to their different alkoxide reactivity leading to hybrid xerogels with dissimilar characteristics and morphologies. Titanium isopropoxide, less reactive than zirconium propoxide, was chosen as source of titanium, used as an additive to the system PDMS-SiO2-CaO. Two different sol-gel preparation routes were followed, using the same base composition and calcium acetate as calcium source. Different microstructures with high hydrophobicit were obtained and both proved to be biocompatible after tested with MG63 osteoblastic cells. Finally, the role of strontium (typically known in bioglasses to promote bone formation and reduce bone resorption) was studied in the PDMS-SiO2-CaOTiO2 hybrid system. A biocompatible material, tested with MG63 osteoblastic cells, was obtained with the ability to release strontium within the values reported as suitable for bone tissue regeneration.

Avaliação in vivo do potencial regenerativo na Degeneração Walleriana de nervos periféricos - com a utilização de laser de baixa potência e composto polivitamínico 3-NERVE

Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear)