Hanseníase neural, aspectos diagnósticos da forma neural pura e mecanismos imunopatogênicos da lesão do nervo na doença. Participação de quimiocinas CCL2 e CXCL10 e metaloproteinases 2 e 9

O diagnóstico da hanseníase neural pura baseia-se em dados clínicos e laboratoriais do paciente, incluindo a histopatologia de espécimes de biópsia de nervo e detecção de DNA de Mycobacterium leprae (M. leprae) pelo PCR. Como o exame histopatológico e a técnica PCR podem não ser suficientes para confirmar o diagnóstico, a imunomarcação de lipoarabinomanana (LAM) e/ou Glicolipídio fenólico 1 (PGL1) - componentes de parede celular de M. leprae foi utilizada na primeira etapa deste estudo, na tentativa de detectar qualquer presença vestigial do M. leprae em amostras de nervo sem bacilos. Além disso, sabe-se que a lesão do nervo na hanseníase pode diretamente ser induzida pelo M. leprae nos estágios iniciais da infecção, no entanto, os mecanismos imunomediados adicionam severidade ao comprometimento da função neural em períodos sintomáticos da doença. Este estudo investigou também a expressão imuno-histoquímica de marcadores envolvidos nos mecanismos de patogenicidade do dano ao nervo na hanseníase. Os imunomarcadores selecionados foram: quimiocinas CXCL10, CCL2, CD3, CD4, CD8, CD45RA, CD45RO, CD68, HLA-DR, e metaloproteinases 2 e 9. O estudo foi desenvolvido em espécimes de biópsias congeladas de nervo coletados de pacientes com HNP (n=23 / 6 BAAR+ e 17 BAAR - PCR +) e pacientes diagnosticados com outras neuropatias (n=5) utilizados como controle. Todas as amostras foram criosseccionadas e submetidas à imunoperoxidase. Os resultados iniciais demonstraram que as 6 amostras de nervos BAAR+ são LAM+/PGL1+. Já entre as 17 amostras de nervos BAAR-, 8 são LAM+ e/ou PGL1+. Nas 17 amostras de nervos BAAR-PCR+, apenas 7 tiveram resultados LAM+ e/ou PGL1+. A detecção de imunorreatividade para LAM e PGL1 nas amostras de nervo do grupo HNP contribuiu para a maior eficiência diagnóstica na ausência recursos a diagnósticos moleculares. Os resultados da segunda parte deste estudo mostraram que foram encontradas imunoreatividade para CXCL10, CCL2, MMP2 e MMP9 nos nervos da hanseníase, mas não em amostras de nervos com outras neuropatias. Além disso, essa imunomarcação foi encontrada predominantemente em células de Schwann e em macrófagos da população celular inflamatória nos nervos HNP. Os outros marcadores de ativação imunológica foram encontrados em leucócitos (linfócitos T e macrófagos) do infiltrado inflamatório encontrados nos nervos. A expressão de todos os marcadores, exceto CXCL10, apresentou associação com a fibrose, no entanto, apenas a CCL2, independentemente dos outros imunomarcadores, estava associada a esse excessivo depósito de matriz extracelular. Nenhuma diferença na frequência da imunomarcação foi detectada entre os subgrupos BAAR+ e BAAR-, exceção feita apenas às células CD68+ e HLA-DR+, que apresentaram discreta diferença entre os grupos BAAR + e BAAR- com granuloma epitelioide. A expressão de MMP9 associada com fibrose é consistente com os resultados anteriores do grupo de pesquisa. Estes resultados indicam que as quimiocinas CCL2 e CXCL10 não são determinantes para o estabelecimento das lesões com ou sem bacilos nos em nervo em estágios avançados da doença, entretanto, a CCL2 está associada com o recrutamento de macrófagos e com o desenvolvimento da fibrose do nervo na lesão neural da hanseníase.

Enterococcus faecalis: fatores de virulência relacionados aos processos de natureza endodôntica

O objetivo principal deste estudo foi investigar a interação de 24 cepas de E. faecalis isoladas de infecções endodônticas primárias às proteínas de matriz dentinária, como também a moléculas de matriz presentes em lesões de endocardites. A análise desta interação foi feita através de técnica enzimática, com confirmação pela técnica de fluorescência. Além disto, foi realizada a confirmação do isolamento da espécie E. faecalis, através da técnica de PCR para o gene 16SrRNA e a análise da presença de genes de virulência da referida espécie microbiana para aderência às supostas proteínas de matriz incluindo às de ligação ao colágeno (ace, gelE, esp, agg e efaA). O maior padrão de interação das cepas ocorreu com a fibronectina (83,4%), seguido pelo fibrinogênio (62,5%) e colágeno humano tipo I (52%). Curiosamente, a aderência observada para o colágeno do tipo I, foi de pequena magnitude, quando comparado com a amostra padrão da ATCC 29212. As cepas ATCC 29212, A1, A43 e A68 interagiram com todas as proteínas de matriz utilizadas neste estudo. Um percentual expressivo das cepas testadas apresentou amplificação para efaA (86,9%) e para ace (73,9%). Paralelamente, todas as cepas apresentaram amplificação para gelE e foram negativas para os genes agg e esp. Adicionalmente, não houve correlação entre a detecção dos genes de virulência e a interação às proteínas de matriz, evidenciando que, mesmo com a detecção dos genes nas amostras, se faz necessário avaliar a expressão gênica por qPCR.

Efeitos genotóxicos e indução do SOS em mutantes derivados de Escherichia coli K-12 durante o processo de interação com superfícies bióticas e abióticas

A célula epitelial é o primeiro contato entre os micro-organismos e o hospedeiro. Essa interação pode levar a produção de diversas citocinas, quimiocinas, moléculas inflamatórias e também estimular a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO). Neste trabalho avaliamos se a interação com as células HEp-2 poderia ser genotóxica para os mutantes derivados de Escherichia coli K-12 deficientes em algumas enzimas que fazem parte do sistema de reparo por excisão de base (BER). Além disto, avaliamos a expressão do sistema SOS, que é induzido pela presença de danos no genoma bacteriano. Os resultados obtidos mostraram a presença de filamentos, na interação com células HEp-2, principalmente, no mutante xthA (BW9091) e no triplo mutante xthA nfo nth (BW535). Quando a interação foi quantificada na ausência da D-manose, observamos um aumento das bactérias aderidas. Além disto, a quantidade e o tamanho dos filamentos também aumentaram, mostrando que as adesinas manose-sensíveis estavam envolvidas na filamentação bacteriana. Para comprovar se o aumento da filamentação observada neste ensaio foram uma consequência da indução do sistema SOS, desencadeada pela interação com as células HEp-2, quantificamos a expressão do SOS, na presença e na ausência da D-manose. De fato, observamos que a indução do SOS na ausência da D-manose foi maior, quando comparada, com o ensaio realizado na presença de D-manose. Além disto, observamos que a ausência de xthA foi importante para o aumento da filamentação observada na ausência de D-manose. Diante destes resultados, verificamos se a resposta de filamentação ocorreria quando as bactérias interagiam com uma superfície abiótica como o vidro. Observamos também inúmeros filamentos nos mutantes BER, BW9091 e BW535, quando comparados a cepa selvagem AB1157. Essa filamentação foi associada à indução do SOS, em resposta a interação das bactérias com o vidro. Em parte a filamentação e a indução do SOS observadas na interação ao vidro, foram associadas à produção de ERO. Quantificamos também o número de bactérias aderidas e observamos que as nossas cepas formavam biofilmes moderados. Contudo, a formação de biofilme dependia da capacidade da bactéria induzir o sistema SOS, tanto em aerobiose como em anaerobiose. A tensão do oxigênio foi importante para interação dos mutantes BER, uma vez que os mutantes BW9091 e BW535 apresentaram uma quantidade de bactérias aderidas menor em anaerobiose. Contudo, a diminuição observada não estava vinculada a morte dos mutantes BER. Também realizamos microscopia de varredura na cepa selvagem e nos mutantes, BW9091 e BW535 e confirmamos que as três cepas formavam biofilmes tanto em aerobiose como em anaerobiose. Observamos uma estrutura sugestiva de matriz extracelular envolvendo os biofilmes da cepa selvagem AB1157 e do mutante BW9091. No entanto, a formação desta estrutura por ambas as cepas dependia da tensão de oxigênio, pois nos biofilmes formados em anaerobiose essa estrutura estava ausente. Em conclusão, mostramos que na interação das bactérias com a superfície biótica e abiótica, ocorreu lesão no genoma, com indução do SOS e a resposta de filamentação associada.

Efeitos tardios no tecido ovariano de ratas Wistar após tratamento com Docetaxel e Ciclofosfamida

O câncer de mama (CM) é o segundo tipo de câncer mais comum no mundo. Sabe-se que a maior incidência de CM ocorre nas mulheres pós-menopausa, entretanto é crescente o número de mulheres jovens acometidas por esta doença. O tratamento do CM pode incluir: quimioterapia, radioterapia e/ou hormonioterapia. A quimioterapia, por se ser um tratamento sistêmico, pode causar importantes efeitos colaterais, entre eles a falência ovariana induzida por quimioterapia (FOIQ). As principais consequências da FOIQ são a infertilidade, além de complicações tardias relacionadas à diminuição do estrogênio, como a osteoporose e doenças cardiovasculares. O regime quimioterápico TC, adota a associação do docetaxel com a ciclofosfamida, como uma opção por fármacos que resultem numa taxa de sobrevida livre do câncer, e menores efeitos colaterais. Este trabalho teve como objetivo estudar os efeitos tardios no ovário causados pelo tratamento com a associação dos quimioterápicos docetaxel e ciclofosfamida (TC), em modelo animal com ratos Wistar. Para verificar o sinergismo desses quimioterápicos e assim analisar o efeito da administração conjunta, ratos Wistar fêmeas foram divididos em dois grupos: um grupo controle e um grupo que recebeu quimioterapia (TC). Os animais foram submetidos a eutanasia cinco meses após o fim do tratamento, e foram recolhidos o plasma e os ovários. Foram observadas alterações importantes. O nível de estradiol no plasma foi significativamente reduzido no grupo de TC em comparação com o grupo controle. Além disso, o número de núcleos apoptóticos foi maior no grupo TC. O papel da resposta inflamatória no desenvolvimento da lesão ovariana foi também investigado, e notou-se um aumento do número de mastócitos, e aumento da expressão de Fator de Necrose Tumoral-α (TNF-α) no grupo TC. O envolvimento de fibrose nesse processo, foi também investigado. Os resultados mostraram que níveis de expressão de Fator de Crescimento Tumoral-β1 (TGF-β1), Colágeno Tipo I (Col-I) e Colágeno Tipo III (Col-III) estavam maiores no grupo TC em comparação com o grupo de controle. A análise ultraestrutural revelou a presença de feixes de colágeno no grupo tratado, e mostrou que a arquitetura do tecido do ovário estava mais desorganizada neste grupo comparado ao grupo controle. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que a combinação de ciclofosfamida e docetaxel, um recente regime quimioterápico proposto para o tratamento do CM, pode levar a importantes alterações no ovário. O processo inflamatório, desencadeado pela administração dos quimioterápicos, estimula a apoptose e liberação de TGF-β no estroma ovariano, que induz a produção de matriz extracelular e subsequente, substituição do tecido sadio por tecido fibrótico. A principal consequência deste processo é a diminuição, ou perda, da função ovariana, levando à menopausa precoce e possível infertilidade. É importante compreender os mecanismos envolvidos na infertilidade provocada pelo regime TC, a fim de estudar novos métodos que evitem este efeito indesejável em mulheres submetidas a tratamento do CM.

A Tenascina-C e a sinalização celular na diferenciação tubulogênica endotelial

A matriz extracelular (MEC) é capaz de modular a adesão celular, induzindo processos de sinalização celular. No estado de aderência intermediária, induzido por proteínas matricelulares, as células tendem a se diferenciar, migrar e proliferar. A tenascina-C é uma proteína matricelular amplamente secretada em gliomas que está envolvida na proliferação e angiogênese tumoral. A MEC de gliomas, possui elevada incorporação de tenascina-C (TN-C), uma glicoproteína matricelular desadesiva que compete com a glicoproteína adesiva fibronectina (FN), desestabilizando os contatos focais e induzindo proliferação celular em gliomas. Neste trabalho nós nos propusemos a investigar o papel da TN-C tumoral no fenótipo angiogênico de células endoteliais. Recentemente em um trabalho publicado pelo nosso grupo observamos que as células endoteliais semeadas sobre matrizes de glioma (U373 MG) aderem menos e são deficientes na capacidade de formar tubos quando comparadas com àquelas plaqueadas sobre MEC de HUVECs. No entanto, neste trabalho, reproduzimos este fenótipo semeando as células endoteliais em suportes de TN-C /FN miméticos da composição da matriz tumoral nativa. Por western blotting, observamos um aumento na fosforilação em treonina 638 da proteína PKCα, um possível sítio inibitório, e um aumento na ativação de PKCδ. O efeito antagônico na regulação dessas isoformas de PKC foi demonstrado quando usamos inibidores seletivos de PKC α e δ e um ativador de PKCα (PMA). Observamos que quando tratamos as HUVECs plaqueadas sobre MEC de U373 com PMA, resgatamos a capacidade dessas células de formar tubos, o pré-tratamento dessas HUVECs com inibidor de PKC δ (rotlerina) resgatou parcialmente a capacidade tubulogênica dessas células. O pré-tratamento das HUVECs que foram semeadas sobre MEC da HUVEC (que formam tubos normalmente) com um inibidor de PKC α (RO320432) levou a diminuição da capacidade tubulogênica. Além disso, esta matriz também induz ativação de ERK e AKT. Investigamos também se o bloqueio dos diferentes domínios da TN-C na matriz derivada de glioma poderia, de alguma forma, reverter o defeito angiogênico das células, propiciado pela interação com a matriz extracelular de gliomas. O pré-tratamento da matriz extracelular de glioma com anticorpos anti-TN-C (contra os domínios FNIII 1-3, 4-5 FNIII e N-terminal) resgatou parcialmente a capacidade das células endoteliais de formar tubos. Nossos dados sugerem que a indução do fenótipo vascular observado em muitos gliomas, com predomínio de vasos mal formados e sub-funcionais, pode ser parcialmente devido ao comprometido da sinalização mediada por PKCs em células endoteliais, bem como do aumento da ativação das vias de ERK e Akt.

Efeito do tratamento com a proteína quimérica IL-13PE sobre a inflamação pulmonar induzida por partículas de sílica em camundongos

A interleucina 13 (IL-13) tem sido apontada como um dos principais mediadores em processos de ativação de fibroblastos e indução de fibrose pulmonar, sendo, portanto, considerada como um alvo terapêutico importante. A silicose é uma doença pulmonar inflamatória crônica, de caráter ocupacional, caracterizada por uma intensa resposta fibrótica e granulomatosa. Com base nestas observações, tivemos por objetivo investigar o potencial efeito da administração da imunotoxina IL-13-PE38QQR (IL-13PE) sobre o modelo de silicose em camundongos. Camundongos Swiss-Webster foram anestesiados e instilados intranasalmente com partículas de sílica (10 mg), sendo a administração da IL-13PE (200ng/dia) realizada por via intranasal, uma vez ao dia em dias alternados no período entre 21 a 27 dias após a provocação. Analisamos o componente inflamatório, a deposição de colágeno e a área de granuloma avaliados através de técnicas clássicas de histologia, incluindo coloração com H&E e Picrus-sirius, ou ainda a quantificação do conteúdo de colágeno por Sircol. Os componentes de matriz extracelular fibronectina e laminina foram avaliados através de imunohistoquímica. Citocinas e quimiocinas foram quantificadas por sistema de ELISA. As medidas de função pulmonar e resposta de hiperreatividade foram realizadas através do sistema de pletismografia de corpo inteiro invasiva. Verificamos que o tratamento curativo com a IL-13PE inibiu de forma acentuada o comprometimento da função pulmonar nos camundongos silicóticos, incluindo tanto aumento da resistência como da elastância, assim como a resposta de hiperratividade das vias aéreas ao agente broncoconstrictor metacolina. De forma coerente, os animais silicóticos quando submetidos ao tratamento com IL-13PE apresentaram marcada redução do componente inflamatório pulmonar e da resposta fibrótica, atestado pela diminuição na produção de colágeno, laminina e fibronectina e redução importante da área de granuloma. De forma semelhante, as citocinas (TNF-α e TGF-) e quimiocinas (MIP-1α, MIP-2, TARC, IP-10, MDC) detectadas em quantidade aumentada no pulmão de animais silicóticos foram reduzidas pelo tratamento com a IL-13PE. Em conclusão, nossos resultados mostram que a administração curativa da IL-13PE foi capaz de inibir os componentes inflamatórios e fibróticos da fase crônica do quadro silicótico em camundongos, o que se refletiu de forma clara na melhora da função pulmonar. Em conjunto, nossos achados indicam que a utilização da IL13PE parece constituir uma abordagem terapêutica extremamente promissora para aplicação em casos de doenças crônicas de natureza fibrótica como a silicose.

In vitro osteoblast response to ferritic stainless steel fiber networks for magneto-active layers on implants

The use of a porous coating on prosthetic components to encourage bone ingrowth is an important way of improving uncemented implant fixation. Enhanced fixation may be achieved by the use of porous magneto-active layers on the surface of prosthetic implants, which would deform elastically on application of a magnetic field, generating internal stresses within the in-growing bone. This approach requires a ferromagnetic material able to support osteoblast attachment, proliferation, differentiation, and mineralization. In this study, the human osteoblast responses to ferromagnetic 444 stainless steel networks were considered alongside those to nonmagnetic 316L (medical grade) stainless steel networks. While both networks had similar porosities, 444 networks were made from coarser fibers, resulting in larger inter-fiber spaces. The networks were analyzed for cell morphology, distribution, proliferation, and differentiation, extracellular matrix production and the formation of mineralized nodules. Cell culture was performed in both the presence of osteogenic supplements, to encourage cell differentiation, and in their absence. It was found that fiber size affected osteoblast morphology, cytoskeleton organization and proliferation at the early stages of culture. The larger inter-fiber spaces in the 444 networks resulted in better spatial distribution of the extracellular matrix. The addition of osteogenic supplements enhanced cell differentiation and reduced cell proliferation thereby preventing the differences in proliferation observed in the absence of osteogenic supplements. The results demonstrated that 444 networks elicited favorable responses from human osteoblasts, and thus show potential for use as magnetically active porous coatings for advanced bone implant applications. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Differentiated adipose-derived stem cells act synergistically with RGD-modified surfaces to improve neurite outgrowth in a co-culture model.

Peripheral nerve damage is a problem encountered after trauma and during surgery and the development of synthetic polymer conduits may offer a promising alternative to autografts. In order to improve the performance of the polymer to be used for nerve conduits, poly-ε-caprolactone (PCL) films were chemically functionalized with RGD moieties, using a chemical reaction previously developed. In vitro cultures of dissociated dorsal root ganglion (DRG) neurons provide a valid model to study different factors affecting axonal growth. In this work, DRG neurons were cultured on RGD-functionalized PCL films. Adult adipose-derived stem cells differentiated to Schwann cells (dASCs) were initially cultured on the functionalized PCL films, resulting in improved attachment and proliferation. dASCs were also co-cultured with DRG neurons on treated and untreated PCL to assess stimulation by dASCs on neurite outgrowth. Neuron response was generally poor on untreated PCL films, but long neurites were observed in the presence of dASCs or RGD moieties. A combination of the two factors enhanced even further neurite outgrowth, acting synergistically. Finally, in order to better understand the extracellular matrix (ECM)-cell interaction, a β1 integrin blocking experiment was carried out. Neurite outgrowth was not affected by the specific antibody blocking, showing that β1 integrin function can be compensated by other molecules present on the cell membrane. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

Award Winner in the Young Investigator Category, 2014 Society for Biomaterials Annual Meeting and Exposition, Denver, Colorado, April 16-19, 2014: Periodically perforated core-shell collagen biomaterials balance cell infiltration, bioactivity, and mechanical properties.

Orthopedic tissue engineering requires biomaterials with robust mechanics as well as adequate porosity and permeability to support cell motility, proliferation, and new extracellular matrix (ECM) synthesis. While collagen-glycosaminoglycan (CG) scaffolds have been developed for a range of tissue engineering applications, they exhibit poor mechanical properties. Building on previous work in our lab that described composite CG biomaterials containing a porous scaffold core and nonporous CG membrane shell inspired by mechanically efficient core-shell composites in nature, this study explores an approach to improve cellular infiltration and metabolic health within these core-shell composites. We use indentation analyses to demonstrate that CG membranes, while less permeable than porous CG scaffolds, show similar permeability to dense materials such as small intestine submucosa (SIS). We also describe a simple method to fabricate CG membranes with organized arrays of microscale perforations. We demonstrate that perforated membranes support improved tenocyte migration into CG scaffolds, and that migration is enhanced by platelet-derived growth factor BB-mediated chemotaxis. CG core-shell composites fabricated with perforated membranes display scaffold-membrane integration with significantly improved tensile properties compared to scaffolds without membrane shells. Finally, we show that perforated membrane-scaffold composites support sustained tenocyte metabolic activity as well as improved cell infiltration and reduced expression of hypoxia-inducible factor 1α compared to composites with nonperforated membranes. These results will guide the design of improved biomaterials for tendon repair that are mechanically competent while also supporting infiltration of exogenous cells and other extrinsic mediators of wound healing.

Nonautonomous contact guidance signaling during collective cell migration.

Directed migration of groups of cells is a critical aspect of tissue morphogenesis that ensures proper tissue organization and, consequently, function. Cells moving in groups, unlike single cells, must coordinate their migratory behavior to maintain tissue integrity. During directed migration, cells are guided by a combination of mechanical and chemical cues presented by neighboring cells and the surrounding extracellular matrix. One important class of signals that guide cell migration includes topographic cues. Although the contact guidance response of individual cells to topographic cues has been extensively characterized, little is known about the response of groups of cells to topographic cues, the impact of such cues on cell-cell coordination within groups, and the transmission of nonautonomous contact guidance information between neighboring cells. Here, we explore these phenomena by quantifying the migratory response of confluent monolayers of epithelial and fibroblast cells to contact guidance cues provided by grooved topography. We show that, in both sparse clusters and confluent sheets, individual cells are contact-guided by grooves and show more coordinated behavior on grooved versus flat substrates. Furthermore, we demonstrate both in vitro and in silico that the guidance signal provided by a groove can propagate between neighboring cells in a confluent monolayer, and that the distance over which signal propagation occurs is not significantly influenced by the strength of cell-cell junctions but is an emergent property, similar to cellular streaming, triggered by mechanical exclusion interactions within the collective system.

细胞粘附力敏感性的微观力学模型

<正>Focal adhesions(FAs)are large,multiprotein complexs that provides linkers between cytoskeleton to the extracellular matrix(ECM).Cells sense and respond to forces through

Investigating the invasive and cytoprotective properties of the heme binding protein HRG-1 in cancer cells

This thesis investigates the mechanisms by which HRG-1 contributes to the invasive and cytoprotective signalling pathways in cancer cells through its effects on VATPase activity and heme transport. Plasma membrane-localised V-ATPase activity correlates with enhanced metastatic potential in cancer cells, which is attributed to extrusion of protons into the extracellular space and activation of pH-sensitive, extracellular matrix degrading-proteases. We found that HRG-1 is co-expressed with the V-ATPase at the plasma membrane of certain aggressive cancer cell types. Modulation of HRG-1 expression altered both the localisation and activity of the VATPase. We also found that HRG-1 enhances trafficking of essential transporters such as the glucose transporter (GLUT-1) in cancer cells, and increases glucose uptake, which is required for cancer cell growth, metabolism and V-ATPase assembly. Heme is potentially cytotoxic, owing to its iron moiety, and therefore the trafficking of heme is tightly controlled in cells. We hypothesised that HRG-1 is required for the transport of heme to intracellular compartments. Importantly, we found that HRG-1 interacts with the heme oxygenases that are necessary for heme catabolism. HRG-1 is also required for trafficking of both heme-bound and nonheme-bound receptors and suppression of HRG-1 results in perturbed receptor trafficking to the lysosome. Suppression of HRG-1 in HeLa cells increases toxic heme accumulation, reactive oxygen species accumulation, and DNA damage resulting in caspasedependent cell death. Mutation of essential heme binding residues in HRG-1 results in decreased heme binding to HRG-1. Interestingly, cells expressing heme-binding HRG-1 mutants exhibit decreased internalisation of the transferrin receptor compared to cells expressing wildtype HRG-1. These findings suggest that HRG- 1/heme trafficking contributes to a hitherto unappreciated aspect of receptormediated endocytosis. Overall, the findings of this thesis show that HRG-1-mediated regulation of intracellular and extracellular pH through V-ATPase activity is essential for a functioning endocytic pathway. This is critical for cells to acquire nutrients such as folate, iron and glucose and to mediate signalling in response to growth factor activation. Thus, HRG-1 facilitates enhanced metabolic activity of cancer cells to enable tumour growth and metastasis.

Functional properties of cell-seeded three-dimensionally woven poly(epsilon-caprolactone) scaffolds for cartilage tissue engineering.

Articular cartilage possesses complex mechanical properties that provide healthy joints the ability to bear repeated loads and maintain smooth articulating surfaces over an entire lifetime. In this study, we utilized a fiber-reinforced composite scaffold designed to mimic the anisotropic, nonlinear, and viscoelastic biomechanical characteristics of native cartilage as the basis for developing functional tissue-engineered constructs. Three-dimensionally woven poly(epsilon-caprolactone) (PCL) scaffolds were encapsulated with a fibrin hydrogel, seeded with human adipose-derived stem cells, and cultured for 28 days in chondrogenic culture conditions. Biomechanical testing showed that PCL-based constructs exhibited baseline compressive and shear properties similar to those of native cartilage and maintained these properties throughout the culture period, while supporting the synthesis of a collagen-rich extracellular matrix. Further, constructs displayed an equilibrium coefficient of friction similar to that of native articular cartilage (mu(eq) approximately 0.1-0.3) over the prescribed culture period. Our findings show that three-dimensionally woven PCL-fibrin composite scaffolds can be produced with cartilage-like mechanical properties, and that these engineered properties can be maintained in culture while seeded stem cells regenerate a new, functional tissue construct.

Chondrogenesis and mineralization during in vitro culture of human mesenchymal stem cells on three-dimensional woven scaffolds.

Human mesenchymal stem cells (hMSCs) and three-dimensional (3D) woven poly(ɛ-caprolactone) (PCL) scaffolds are promising tools for skeletal tissue engineering. We hypothesized that in vitro culture duration and medium additives can individually and interactively influence the structure, composition, mechanical, and molecular properties of engineered tissues based on hMSCs and 3D poly(ɛ-caprolactone). Bone marrow hMSCs were suspended in collagen gel, seeded on scaffolds, and cultured for 1, 21, or 45 days under chondrogenic and/or osteogenic conditions. Structure, composition, biomechanics, and gene expression were analyzed. In chondrogenic medium, cartilaginous tissue formed by day 21, and hypertrophic mineralization was observed in the newly formed extracellular matrix at the interface with underlying scaffold by day 45. Glycosaminoglycan, hydroxyproline, and calcium contents, and alkaline phosphatase activity depended on culture duration and medium additives, with significant interactive effects (all p < 0.0001). The 45-day constructs exhibited mechanical properties on the order of magnitude of native articular cartilage (aggregate, Young's, and shear moduli of 0.15, 0.12, and 0.033 MPa, respectively). Gene expression was characteristic of chondrogenesis and endochondral bone formation, with sequential regulation of Sox-9, collagen type II, aggrecan, core binding factor alpha 1 (Cbfα1)/Runx2, bone sialoprotein, bone morphogenetic protein-2, and osteocalcin. In contrast, osteogenic medium produced limited osteogenesis. Long-term culture of hMSC on 3D scaffolds resulted in chondrogenesis and regional mineralization at the interface between soft, newly formed engineered cartilage, and stiffer underlying scaffold. These findings merit consideration when developing grafts for osteochondral defect repair.