Normal skin and hypertrophic scar fibroblasts differentially regulate collagen and fibronectin expression as well as mitochondrial membrane potential in response to basic fibroblast growth factor

Basic fibroblast growth factor (bFGF) regulates skin wound healing; however, the underlying mechanism remains to be defined. In the present study, we determined the effects of bFGF on the regulation of cell growth as well as collagen and fibronectin expression in fibroblasts from normal human skin and from hypertrophic scars. We then explored the involvement of mitochondria in mediating bFGF-inducedeffects on the fibroblasts. We isolated and cultivated normal and hypertrophic scar fibroblasts from tissue biopsies of patients who underwent plastic surgery for repairing hypertrophic scars. The fibroblasts were then treated with different concentrations of bFGF (ranging from 0.1 to 1000 ng/mL). The growth of hypertrophic scar fibroblasts became slower with selective inhibition of type I collagen production after exposure to bFGF. However, type III collagen expression was affected in both normal and hypertrophic scar fibroblasts. Moreover, fibronectin expression in the normal fibroblasts was up-regulated after bFGF treatment. bFGF (1000 ng/mL) also induced mitochondrial depolarization in hypertrophic scar fibroblasts (P < 0.01). The cellular ATP level decreased in hypertrophic scar fibroblasts (P < 0.05), while it increased in the normal fibroblasts following treatment with bFGF (P < 0.01). These data suggest that bFGF has differential effects and mechanisms on fibroblasts of the normal skin and hypertrophic scars, indicating that bFGF may play a role in the early phase of skin wound healing and post-burn scar formation.

Immobilization and therapeutic passive stretching generate thickening and increase the expression of laminin and dystrophin in skeletal muscle

Extracellular matrix and costamere proteins transmit the concentric, isometric, and eccentric forces produced by active muscle contraction. The expression of these proteins after application of passive tension stimuli to muscle remains unknown. This study investigated the expression of laminin and dystrophin in the soleus muscle of rats immobilized with the right ankle in plantar flexion for 10 days and subsequent remobilization, either by isolated free movement in a cage or associated with passive stretching for up to 10 days. The intensity of the macrophage response was also evaluated. One hundred and twenty-eight female Wistar rats were divided into 8 groups: free for 10 days; immobilized for 10 days; immobilized/free for 1, 3, or 10 days; or immobilized/stretched/free for 1, 3, or 10 days. After the experimental procedures, muscle tissue was processed for immunofluorescence (dystrophin/laminin/CD68) and Western blot analysis (dystrophin/laminin). Immobilization increased the expression of dystrophin and laminin but did not alter the number of macrophages in the muscle. In the stretched muscle groups, there was an increase in dystrophin and the number of macrophages after 3 days compared with the other groups; dystrophin showed a discontinuous labeling pattern, and laminin was found in the intracellular space. The amount of laminin was increased in the muscles treated by immobilization followed by free movement for 10 days. In the initial stages of postimmobilization (1 and 3 days), an exacerbated macrophage response and an increase of dystrophin suggested that the therapeutic stretching technique induced additional stress in the muscle fibers and costameres.

Manipulation of a quasi-natural cell block for high-efficiency transplantation of adherent somatic cells

Recent advances have raised hope that transplantation of adherent somatic cells could provide dramatic new therapies for various diseases. However, current methods for transplanting adherent somatic cells are not efficient enough for therapeutic applications. Here, we report the development of a novel method to generate quasi-natural cell blocks for high-efficiency transplantation of adherent somatic cells. The blocks were created by providing a unique environment in which cultured cells generated their own extracellular matrix. Initially, stromal cells isolated from mice were expanded in vitro in liquid cell culture medium followed by transferring the cells into a hydrogel shell. After incubation for 1 day with mechanical agitation, the encapsulated cell mass was perforated with a thin needle and then incubated for an additional 6 days to form a quasi-natural cell block. Allograft transplantation of the cell block into C57BL/6 mice resulted in perfect adaptation of the allograft and complete integration into the tissue of the recipient. This method could be widely applied for repairing damaged cells or tissues, stem cell transplantation, ex vivo gene therapy, or plastic surgery.

CTLA4 enhances the osteogenic differentiation of allogeneic human mesenchymal stem cells in a model of immune activation

Allogeneic mesenchymal stem cells (allo-MSCs) have recently garnered increasing interest for their broad clinical therapy applications. Despite this, many studies have shown that allo-MSCs are associated with a high rate of graft rejection unless immunosuppressive therapy is administered to control allo-immune responses. Cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4 (CTLA4) is a co-inhibitory molecule expressed on T cells that mediates the inhibition of T-cell function. Here, we investigated the osteogenic differentiation potency of allo-MSCs in an activated immune system that mimics the in vivo allo-MSC grafting microenvironment and explored the immunomodulatory role of the helper T cell receptorCTLA4 in this process. We found that MSC osteogenic differentiation was inhibited in the presence of the activated immune response and that overexpression of CTLA4 in allo-MSCs suppressed the immune response and promoted osteogenic differentiation. Our results support the application of CTLA4-overexpressing allo-MSCs in bone tissue engineering.

Sphingosine-1-phosphate-evoked invasion of follicular thyroid cancer cells : evidence for the involvement of HIF-Iα, MMP2 and MMP9

Sphingolipids are widely expressed molecules, which traditionally were considered to have majorly structural properties. Nowadays, however, they are implicated in a wide range of different biological processes. The bioactive lipid sphingosine 1-phosphate (S1P) has emerged during the past decade as one of the most studied molecules due to its proliferative and pro-migratory abilities both during normal physiology and in the pathology of a subset of different diseases. Migration and invasion of cancer cells require changes in cell behavior and modulation of the tissue microenvironment. Tumor aggressiveness is markedly enhanced by hypoxia, in which hypoxia inducible transcription factors 1-2α (HIF-1-2α) are activated to promote metabolism, proliferation and migration. Invasion requires degradation of the extracellular matrix (ECM) achieved by several degrading and remodeling enzymes. Matrix metalloproteinases (MMPs) are broadly expressed and well accepted as proteolytic enzymes with essential roles both in normal physiology and in pathology. Previously, S1P was shown to strongly evoke migration of follicular ML-1 thyroid cancer cells. The objective of this study was to further investigate and understand the mechanisms behind this regulation. In the first project it was demonstrated that S1P enhances the expression and activity of HIF-1α. S1P enhanced the expression of HIF-1α by increasing its synthesis and stability. The S1P-increased HIF-1α was mediated via S1P3, Gi/0, PI3K, PKCβI, ERK1/2, mTOR and translation factors p70S6K and eIF4E. Finally, it was shown that HIF-1α mediated S1P-induced migration. The ECM is constituted of a complex and coordinated assembly of many types of proteins. In order to be able to invade, cells need to break down the ECM, therefore several key players in this event were investigated in the second project. S1P increased the secretion and activity of MMP2 and MMP9 via S1P-receptor 1 and 3 and that these MMPs participated in the S1P-facilitated invasion of ML-1 cells. In this interplay, calpains and Rac1 were involved, both of which are crucial players in migration and invasion. The prognosis for some types of thyroid cancer is relatively good. However, there are forms of thyroid cancers, for which there are no treatments or the current available treatments are inefficient. Thus, new medical interventions are urgently needed. In the third project the significance of the S1P-receptor modulating drug FTY720, which is currently used for the treatment of multiple sclerosis (MS), was studied. The effect of FTY720 was tested on several thyroid cancer cell lines, and it inhibited the proliferation and invasion of all cancer cell lines tested. In ML-1 cells, FTY720 attenuated invasion by blocking signaling intermediates important for migration and invasion of the cells. Moreover, FTY720 inhibited the proliferation of ML-1 cells by increasing the expression of p21 and p27, hence, inducing cell arrest in G1 phase of the cell cycle. Thus, it can be suggested that FTY720 could be used in the treatment of thyroid cancer.

From epithelial to mesenchymal: regulation of invasive cancer cell motility

Metastasis is the main cause of death among cancer patients. In order to initiate the metastatic cascade cancer cells have to undergo epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). In EMT epithelial cells lose their cell-cell and cell-extracellular matrix (ECM) contacts and become more motile. The expression of the transcription factor Slug and of the mesenchymal intermediate filament vimentin is induced during EMT. Vimentin is often overexpressed in malignant epithelial cancers but the functional role of vimentin remains incompletely understood. In addition, kinases such as AKT and ERK are known to be involved in the regulation of EMT and cancer cell motility but the mechanisms underlining their functions are often unclear. Integrins are heterodimeric receptors that attach cells to the surrounding tissue and participate in regulating cell migration and invasion. Changes in integrin activity are linked to increased cell motility and further cancer metastasis. The aim for my PhD studies was to investigate the role of cellular signalling pathways and vimentin in the regulation of cancer cell motility and EMT. Our results revealed that in prostate cancer the downregulation of AKT1 and AKT2, but not AKT3, induces activation of cell surface 1-integrins leading to enhanced cell adhesion, migration and invasion. In addition, our findings demonstrated a reciprocal regulatory interaction between vimentin and ERK2 facilitating ERK-mediated phosphorylation of Slug at serine-87 (S87) in breast cancer. Surprisingly, Slug S87 phosphorylation is dispensable for E-cadherin repression but essential for the induction of vimentin and Axl expression in early onset of EMT. Our findings reveal previously unknown mechanistic information of how prostate and breast cancer cell motility and disease progression is regulated

Rôle du monoxyde d'azote dans la calcification vasculaire et la rigidité artérielle dans un modèle d'hypertension systolique isolée

L’hypertension systolique isolée (HSI) est le résultat de changements au niveau de la paroi vasculaire qui ont pour conséquence d’augmenter la rigidité artérielle. Ces modifications surviennent surtout au niveau des grosses artères comme l’aorte et sont associées au vieillissement. La fragmentation des fibres élastiques, leur calcification (élastocalcinose) et la fibrose font partie des changements majeurs observés avec l’âge. En plus de ces changements, le vieillissement vasculaire provoque des modifications au niveau des cellules qui composent la paroi. Les cellules endothéliales sécrètent moins de monoxyde d’azote (NO) provoquant une dysfonction endothéliale et les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) synthétisent maintenant des protéines matricielles et osseuses. Situé entre le sang et les CMLVs, l’endothélium contrôle le tonus vasculaire par la sécrétion de plusieurs substances vasoactives qui interagissent entre elles afin de maintenir l’homéostasie du système vasculaire. Parmi celles-ci, on note l’endothéline (ET), un puissant vasoconstricteur et le NO, un gaz vasorelaxants. Ce dernier est aussi reconnu pour bloquer la production d’ET par un mécanisme dépendant du guanosine monophosphate cyclique (GMPc). Comme il y a une interaction entre le NO et l’ET, et que cette dernière est impliquée dans la calcification artérielle, le NO pourrait être impliqué dans la modulation de l’élastocalcinose et de la rigidité artérielle par l’inhibition de l’ET et la modification de la composition de la paroi. Cet effet, qui se produirait au delà des effets vasorelaxants du NO, offre un potentiel thérapeutique intéressant pour l’HSI. Afin d’évaluer l’implication du NO dans la calcification vasculaire et la rigidité artérielle, un modèle animal d’HSI a été utilisé (modèle warfarine vitamine K, WVK). Ce modèle d’élastocalcinose est basé sur l’inhibition de la maturation d’une protéine anti-calcifiante, la matrix Gla protein (MGP), par la warfarine. Afin de déterminer l’implication physiologique du NO dans l’initiation et la progression de l’élastocalcinose, sa production a été inhibée par un analogue de la L-arginine, le L-NG-nitroarginine methyl ester (L-NAME). Lors des processus d’initiation de la calcification, le L-NAME a prévenu l’élastocalcinose sans toutefois modifier la vitesse de l’onde de pouls (PWV). Suite au traitement L-NAME, l’expression de la NO synthase inductible (iNOS) a été diminuée alors qu’elle a été augmentée lors du traitement WVK. Elle pourrait donc être impliquée dans les processus de calcification vasculaire. De plus, la NO synthase endothéliale (eNOS) semble également impliquée puisqu’elle a été augmentée dans le modèle WVK. Cette hausse pourrait être bénéfique pour limiter l’élastocalcinose alors que l’expression de la iNOS serait délétère. Lors de la progression de la calcification, le L-NAME a augmenté l’élastocalcinose et le PWV. Dans ce contexte, l’ET serait impliquée dans l’amplification de la calcification vasculaire entrainant une hausse de la rigidité artérielle. Comme le NO endogène limite la progression de la calcification et conséquemment la rigidité artérielle, il semble être protecteur. L’efficacité d’une modulation de la voie du NO dans le modèle WVK a été étudiée par l’administration d’un donneur de NO, le sinitrodil, ou d’un inhibiteur de la phosphosdiestérase 5 (PDE5), le tadalafil. La modulation de la voie du NO semble être bénéfique sur la rigidité artérielle, mais seulement de façon aiguë. En effet, le sinitrodil a modifié de transitoirement la rigidité au niveau de l’aorte possiblement par la modulation du tonus vasculaire sans toutefois avoir des effets sur la composition de la paroi. Comme le modèle WVK n’affecte pas la fonction endothéliale, les concentrations endogènes de NO semblent être optimales puisque le sinitrodil provoque une augmentation de l’élastocalcinose possiblement par le développement d’une tolérance. Tout comme le sinitrodil, le tadalafil a modulé de manière aiguë la rigidité artérielle sans modifier la composition de la paroi. Globalement, ces travaux ont permis de mettre en évidence les effets bénéfiques du NO endogène pour limiter le développement de l’HSI, suggérant qu’une dysfonction endothéliale, tel qu’observé lors du vieillissement, a un impact négatif sur la maladie.

Contribution de l’hypoxie et du facteur hif1a à la guérison cutanée chez le cheval

Le cheval est souvent victime de plaies traumatiques, dont la guérison est fréquemment problématique, et ce, principalement quand la plaie survient sur le membre. Il est courant de voir chez le cheval le développement d’un tissu de granulation exubérant ou « bouton de chair », qui mène à une cicatrisation excessive due à la surproduction de tissu fibreux. Ce tissu cicatriciel, non épithélialisé, est caractérisé par une occlusion au niveau de la microcirculation due à l’hypertrophie des cellules endothéliales, qui laisse supposer la présence d’hypoxie tissulaire. Une hypoxie relative a effectivement été mesurée par spectroscopie dans le proche infrarouge au niveau des plaies appendiculaires prédisposées au développement de tissu de granulation exubérant, par rapport aux plaies corporelles. De plus, une étude thermographique a révélé un patron spatial similaire de la perfusion. Au niveau moléculaire, la littérature rapporte que le facteur de transcription «hypoxia inducible factor» (HIF) est à l’origine de plusieurs changements dans les niveaux d’expression de divers gènes régulés par l’hypoxie. L’objectif du présent projet de recherche était de définir la contribution de l’hypoxie à la guérison cutanée chez le cheval. Le premier volet (in vivo) du projet visait à mesurer l’expression protéique temporelle du HIF1A dans des échantillons tissulaires en provenance de plaies cutanées guérissant normalement et d’autres développant une cicatrisation excessive, selon divers sites anatomiques (tronc, membre). Les résultats obtenus suggèrent que la mesure de HIF1A, dans les échantillons pluricellulaires de cette étude, reflète l’épithélialisation de la plaie plutôt que les niveaux d’oxygène tissulaire. En effet, le HIF1A semble réguler l’homéostasie et la prolifération des kératinocytes. Le second volet (in vitro), consistait en la mise en culture de fibroblastes dermiques équins provenant du tronc ou du membre, en condition de normoxie ou d’hypoxie (à 1% d’O2 ou à l’aide d’un mimétique, le CoCl2) afin d’en étudier le comportement (capacités de prolifération et de synthèse protéique). Les résultats obtenus soutiennent une contribution de l’hypoxie à la cicatrisation extensive chez le cheval puisque l’hypoxie favorise la prolifération des fibroblastes en plus d’encourager la synthèse de collagène de type 1 et de diminuer la synthèse de la métalloprotéinase de type 2. Les changements observés semblent dépendre de facteurs extrinsèques (environnementaux) car les fibroblastes dermiques se comportent de façon similaire indépendamment de la provenance anatomique. En somme, les deux volets de l’étude ont permis d’élucider une part des mécanismes sous-jacents à la formation du tissu de granulation exubérant lors de guérison cutanée chez le cheval. La poursuite des recherches dans ce domaine mènera à une meilleure compréhension de la pathologie et ainsi, permettra de développer des méthodes de traitement spécifiques à la condition.

The role of Microsomal prostaglandin synthase-1 (mPGES-1) and Ephrin B2 in Scleroderma

La sclérodermie (sclérose systémique, ScS) est une maladie auto-immune du tissu conjonctif caractérisée  par  l’épaississement  de  la  peau,  l’apparition  spontanée de lésions cicatricielles, des maladies   des   vaisseaux   sanguins,   divers   degrés   d’inflammation,   en   association   avec   un   système   immunitaire hyperactif. La pathogénèse exacte de cette maladie est inconnue et aucun traitement approprié   n’est   disponible.   La fibrose est un élément distinctif de la maladie de ScS et est considérée   résulter   d’une   incapacité   à   mettre   fin   de   façon   appropriée   à   la   réponse   normale   de   réparation   des   plaies.   L’analyse   histologique   du   stade   initial   de   la   ScS   révèle   une   infiltration   périvasculaire de cellules mononucléaires dans le derme, associée à une synthèse accrue de collagène dans les fibroblastes environnants. Ainsi, la compréhension des moyens de contrôler le stade inflammatoire de la ScS pourrait être bénéfique pour contrôler la progression de la maladie peu après son apparition. La mPGES-1 est une enzyme inductible qui agit en aval de la cyclo- oxygénase (COX) pour catalyser spécifiquement la conversion de la prostaglandine (PG) H2 en PGE2. La mPGES-1  joue  un  rôle  clé  dans  l’inflammation,  la  douleur  et  l’arthrite;;  toutefois,  le   rôle de la mPGES-1 dans les mécanismes de fibrose, spécifiquement en rapport avec la ScS humaine, est inconnu. Mon laboratoire a précédemment montré que les souris à mPGES-1 nulle sont résistantes à la fibrose   cutanée   induite   par   la   bléomycine,   à   l’inflammation,   à   l’épaississement  cutané,  à  la  production  de  collagène  et  à  la  formation  de  myofibroblastes.  Sur  la   base  de  ces  résultats,  j’ai  formulé  l’hypothèse  que  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1 régulera à la baisse la production de médiateurs pro-inflammatoires et pro-fibreux au cours de la maladie   de   ScS.   Afin   d’explorer   le   rôle   de   la   mPGES-1   dans   l’inflammation   et   la   fibrose   associées  à  la  maladie  de  ScS,  j’ai  d’abord  examiné  l’expression  de  la  mPGES-1 dans la peau normale comparativement à des biopsies de peau extraites de patients atteints de ScS. Mes résultats ont montré que la mPGES-1 est nettement élevée dans la peau de patients atteints de ScS en comparaison avec la peau humaine normale. De plus, les niveaux de PGE2 dérivés de la mPGES-1 étaient également significativement plus élevés dans les fibroblastes cutanés isolés de patients  atteints  de  ScS  comparativement  aux  fibroblastes  isolés  de  témoins  sains.  J’ai  également   étudié  l’effet  de  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1  sur  l’expression  de  marqueurs  pro- fibreux.   Mes   études   ont   montré   que   l’expression   de   médiateurs   pro-fibreux clés (α-SMA, endothéline-1, collagène de type 1 et facteur de croissance du tissu conjonctif (FCTC)) est élevée dans les fibroblastes cutanés ScS en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. Un traitement avec un inhibiteur de la mPGES-1 a eu pour effet de réduire significativement l’expression  de  l’α-SMA,  de  l’endothéline-1, du collagène de type 1 mais pas du FCTC dans les fibroblastes  ScS,  sans  effet  significatif  sur  les  fibroblastes  normaux.  J’ai  en  outre  examiné  l’effet   de  l’inhibition  de  la  mPGES-1 sur des cytokines pro-inflammatoires clés impliquées dans la pathologie de la ScS, incluant IL-6, IL-8 et MCP-1.  L’inhibition  pharmacologique  de  la  mPGES- 1 a eu pour effet de réduire significativement les niveaux de production de cytokines pro- inflammatoires IL6, IL8 et MCP-1 dans les fibroblastes avec lésion ScS comparativement à des fibroblastes non traités. De plus, les patients atteints de ScS ont présenté des niveaux plus élevés de p-AKT, de p-FAK et de p-SMAD3 en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. L’inhibiteur  de  la  mPGES-1 a pu réguler à la baisse cette expression accrue de p-AKT et de p- FAK, mais pas de p-SMAD3,  dans  les  fibroblastes  ScS.  Ces  résultats  ont  suggéré  que  l’inhibition   de la mPGES-1 pourrait être une méthode viable pour réduire le développement de sclérose cutanée et constituent une cible thérapeutique potentielle pour contrôler les mécanismes fibreux et inflammatoires associés à la pathophysiologie de la maladie de ScS. L’un   des   autres   processus   critiques   reliés   à   l’évolution de la réponse fibreuse associée à la maladie de ScS est la différenciation des fibroblastes en des cellules activées spécialisées iii iv appelées myofibroblastes, responsables de déclencher une signalisation adhésive excessive et le dépôt excessif de matrice extracellulaire,   conduisant   à   la   destruction   de   l’architecture   de   l’organe.   Ainsi,   l’identification   des   facteurs   endogènes   qui   initient/   favorisent   la   différenciation   fibroblaste-myofibroblaste peut mener à des stratégies thérapeutiques prometteuses pour contrôler  l’excès  de  signalisation  adhésive  et  de  fibrose  associé  à  la  maladie  de  ScS.  Des  études   antérieures  dans  le  domaine  de  la  biologie  du  cancer  ont  suggéré  que  l’éphrine  B2,  une  protéine   transmembranaire appartenant à la famille des éphrines, est impliquée dans la signalisation adhésive   et   le   remodelage   extracellulaire.   Cependant,   son   rôle   dans   la   fibrose   n’a   jamais   été   exploré.   Dans   la   deuxième   partie   de   mon   étude,   j’ai   donc   étudié   le   rôle   de   l’éphrine   B2   dans   la   fibrose.   Mes   études   montrent   que   l’expression   de   l’éphrine   B2   est   significativement   augmentée   dans la peau humaine ScS comparativement à la peau normale. Plus important encore, le traitement in vitro de   fibroblastes   de   la   peau   humaine   normale   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante est capable de transformer des fibroblastes en cellules myofibroblastiques manifestant toutes les caractéristiques myofibroblastiques typiques, incluant la formation accrue de  fibres  de  tension,  des  adhérences  focales,  l’activation  accrue  de  la  FAK,  un  accroissement  de   l’expression  et  de  la  migration  de  fibroblastes  et  de  leur  adhérence  à  la  fibronectine  à  la  fois  chez   les   fibroblastes   cutanés   normaux   et   ScS.   En   outre,   j’ai   traité   des   souris   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante et montré que ces souris ont développé une fibrose cutanée significative associée à une épaisseur dermique et à une synthèse de collagène augmentées, une teneur en hydroxyproline (teneur en collagène) accrue et un nombre accru de myofibroblastes exprimant de   l’α-SMA, une activation augmentée de la FAK et de marqueurs pro-fibreux incluant le collagène de type 1 et le FCTC. Dans  l’ensemble,  mes  études  ont  identifié  deux  médiateurs  endogènes  cruciaux  impliqués  dans  la   propagation  de  l’inflammation  et  de  la  fibrose  associées  à  la  maladie  de  ScS.  L’inhibition  de  la   mPGES-1   pourrait   représenter   une   bonne   stratégie   alternative   pour   contrer   l’inflammation   et   la   fibrose au moins durant les stades précoces de la maladie de ScS. De plus, une signalisation excessive   de   l’éphrine B2 favorise la signalisation adhésive et fibreuse en déclenchant la différenciation   de   fibroblastes   en   myofibroblastes   par   l’activation   de   la   voie   de   signalisation   de   la  FAK.  Ainsi,  l’inhibition  d’éphrine  B2  bloquera  la  formation  de  fibroblastes-myofibroblastes et régulera à la baisse la fibrose associée à la maladie de ScS. En somme, la mPGES-1  et  l’éphrine   B2 semblent toutes deux des cibles attrayantes pour le traitement de la ScS et des troubles fibreux qui y sont reliés.

The Role of ULK1 in the Pathophysiology of Osteoarthritis

L'arthrose est la maladie musculo-squelettique la plus commune dans le monde. Elle est l'une des principales causes de douleur et d’incapacité chez les adultes, et elle représente un fardeau considérable sur le système de soins de santé. L'arthrose est une maladie de l’articulation entière, impliquant non seulement le cartilage articulaire, mais aussi la synoviale, les ligaments et l’os sous-chondral. L’arthrose est caractérisée par la dégénérescence progressive du cartilage articulaire, la formation d’ostéophytes, le remodelage de l'os sous-chondral, la détérioration des tendons et des ligaments et l'inflammation de la membrane synoviale. Les traitements actuels aident seulement à soulager les symptômes précoces de la maladie, c’est pour cette raison que l'arthrose est caractérisée par une progression presque inévitable vers la phase terminale de la maladie. La pathogénie exacte de l'arthrose est encore inconnue, mais on sait que l'événement clé est la dégradation du cartilage articulaire. Le cartilage articulaire est composé uniquement des chondrocytes; les cellules responsables de la synthèse de la matrice extracellulaire et du maintien de l'homéostasie du cartilage articulaire. Les chondrocytes maintiennent la matrice du cartilage en remplaçant les macromolécules dégradées et en répondant aux lésions du cartilage et aux dégénérescences focales en augmentant l'activité de synthèse locale. Les chondrocytes ont un taux faible de renouvellement, c’est pour cette raison qu’ils utilisent des mécanismes endogènes tels que l'autophagie (un processus de survie cellulaire et d’adaptation) pour enlever les organelles et les macromolécules endommagés et pour maintenir l'homéostasie du cartilage articulaire. i L'autophagie est une voie de dégradation lysosomale qui est essentielle pour la survie, la différenciation, le développement et l’homéostasie. Elle régule la maturation et favorise la survie des chondrocytes matures sous le stress et des conditions hypoxiques. Des études effectuées par nous et d'autres ont montré qu’un dérèglement de l’autophagie est associé à une diminution de la chondroprotection, à l'augmentation de la mort cellulaire et à la dégénérescence du cartilage articulaire. Carames et al ont montré que l'autophagie est constitutivement exprimée dans le cartilage articulaire humain normal. Toutefois, l'expression des inducteurs principaux de l'autophagie est réduite dans le vieux cartilage. Nos études précédentes ont également identifié des principaux gènes de l’autophagie qui sont exprimés à des niveaux plus faibles dans le cartilage humain atteint de l'arthrose. Les mêmes résultats ont été montrés dans le cartilage articulaire provenant des modèles de l’arthrose expérimentaux chez la souris et le chien. Plus précisément, nous avons remarqué que l'expression d’Unc-51 like kinase-1 (ULK1) est faible dans cartilage humain atteint de l'arthrose et des modèles expérimentaux de l’arthrose. ULK1 est la sérine / thréonine protéine kinase et elle est l’inducteur principal de l’autophagie. La perte de l’expression de ULK1 se traduit par un niveau d’autophagie faible. Etant donné qu’une signalisation adéquate de l'autophagie est nécessaire pour maintenir la chondroprotection ainsi que l'homéostasie du cartilage articulaire, nous avons proposé l’hypothèse suivante : une expression adéquate de ULK1 est requise pour l’induction de l’autophagie dans le cartilage articulaire et une perte de cette expression se traduira par une diminution de la chondroprotection, et une augmentation de la mort des chondrocytes ce qui conduit à la dégénérescence du cartilage articulaire. Le rôle exact de ULK1 dans la pathogénie de l'arthrose est inconnue, j’ai alors créé pour la première fois, des souris KO ULK1spécifiquement dans le cartilage en utilisant la technologie Cre-Lox et j’ai ensuite soumis ces souris à la déstabilisation du ménisque médial (DMM), un modèle de l'arthrose de la souris pour élucider le rôle spécifique in vivo de ULK1 dans pathogenèse de l'arthrose. Mes résultats montrent que ULK1 est essentielle pour le maintien de l'homéostasie du cartilage articulaire. Plus précisément, je montre que la perte de ULK1 dans le cartilage articulaire a causé un phénotype de l’arthrose accéléré, associé à la dégénérescence accélérée du cartilage, l’augmentation de la mort cellulaire des chondrocytes, et l’augmentation de l'expression des facteurs cataboliques. En utilisant des chondrocytes provenant des patients atteints de l’arthrose et qui ont été transfectées avec le plasmide d'expression ULK1, je montre qu’ULK1 est capable de réduire l’expression de la protéine mTOR (principal régulateur négatif de l’autophagie) et de diminuer l’expression des facteurs cataboliques comme MMP-13 et ADAMTS-5 et COX-2. Mes résultats jusqu'à présent indiquent que ULK1 est une cible thérapeutique potentielle pour maintenir l'homéostasie du cartilage articulaire.

Mecanismes cel·lulars en la curació de ferides a Hirudo medicinalis

S'estudia la histologia normal de la paret corporal d'Hirudo medicinalis i els canvis morfogenètics que es donen durant el procés de cicatrització de ferides per incisió, cauterització i nitrat de plata. El procés de curació de ferides a Hirudo medicinalis consta d'una fase de formació d'un tap cel·lular, el pseudoblastema, d'un procés de reepitelització i de la formació d'un teixit cicatricial, com en els altres hirudinis estudiats (Myers, 1935; LeGore i Sparks, 1971; Cornec, 1984). Hem observat també el fenomen de la contracció de la ferida que permet l'acostament dels marges de la ferida. Formació i evolució del pseudoblastema El pseudoblastema, a diferència d'altres espècies estudiades, està format per un sol tipus cel·lular: les cèl·lules vasocentrals, provinents del teixit vasofibrós, una especialització del teixit connectiu. Aquestes cèl·lules estan capacitades per realitzar les diferents funcions que en espècies rincobdèl·lides realitzen diferents tipus cel·lulars. En concret: taponament de la ferida a través de la formació del pseudoblastema, fagocitosi dels teixits necrosats i regeneració, almenys d'una part, de la matriu connectiva cicatricial. També són responsables de la contracció de la ferida. Les cèl·lules vasocentrals en el seu estadi de repòs es troben en el teixit vasofibrós formant agrupacions coherents, però sense mostrar unions intercel·lulars especialitzades visibles en ME. La coherència del grup queda assegurada per les interdigitacions entre les cèl·lules vasocentrals i probablement per unions tipus adherens o especialitzades. Les unions amb la matriu són de tipus adherens. Aquestes cèl·lules vasocentrals presenten feixos de filaments d'actina força conspicus. En produir-se una ferida les cèl·lules vasocentrals s'activen, desconnecten les unions intercel·lulars i amb la matriu i migren cap a la zona afectada, on s'acumulen. El pseudoblastema actua com un tap cel·lular que funciona de forma eficient per tancar la ferida en un plaç de temps relativament curt. El pseudoblastema forma un teixit coherent amb unions intercel·lulars tipus adherens, caracteritzades per material electrodens en la cara intracitoplasmàtica, feixos de filaments d'actina que hi convergeixen i espais intercel·lulars petits, de 17-20 mm, atravessats per petites fibril·les. Un cop finalitzat el procés de reepitelització, es produeix una contracció de la ferida. Es produeix per la retracció del pseudoblastema cap a l'interior de l'animal. El pseudoblastema disminueix la seva amplària i arrossega els teixits contigus provocant un tancament. La força motriu que provoca la retracció i l'arrossegament dels teixits vindria donada per la presència dels filaments d'actina a les cèl·lules del pseudoblastema, els quals durant aquesta fase es tornen mes conspicus. La presència d'unions intercel·lulars especialitzades característiques de la fase de contracció, està relacionada amb la transmissió de la força de tensió. Aquestes unions connecten els feixos de filaments d'actina de les cèl·lules amb la matriu o d'una cèl·lula a altre a través d'espais intercel·lulars força amples en els que s'observa material electrodens. Reepitelització L'epitelització s'inicia quan el pseudoblastema està consolidat i segueix el mateix patró que la reepitelització de ferides en epitelis monoestratificats de vertebrats (Stem i DePalma, 1983, és a dir, per migració de tota la capa per sobre del substrat, segons l'anomenat model de lliscament. Les glàndules unicel·lulars mucoses del tegument degeneren abans de produir-se la migració epitelial i posteriorment, un cop consolidat l'epiteli a sobre de la ferida, es diferencien a partir de les cèl·lules epitelials. Durant l'epitelització es produeixen canvis importants en el citosquelet i les unions basals de les cèl·lules epitelials. En canvi, el complex d'unió lateral es manté durant tot el procés. En iniciar-se la migració els tonofilaments es desconnecten dels hemidesmosomes cuticulars i dèrmics i es reagrupen al voltant del nucli, a la vegada que els hemidesmosomes dèrmics es desconnecten de la làmina basal. Un cop acabada la migració, les cèl·lules epitelials estableixen unions basals amb les cèl·lules del pseudoblastema. Aquestes unions no són hemidesmosomes sinó que presenten el mateix aspecte que les unions intercel·lulars del pseudoblastema. Els hemidesmosomes no es tornen a formar fins que les cèl·lules epitelials han restablert la membrana basal. La regeneració de la membrana basal no s'inicia fins que no s'ha començat a regenerar matriu connectiva a la zona cicatricial. Regeneració de la cicatriu Al mateix temps que es dona el fenomen de contracció, s'observa regeneració de la matriu connectiva entre les cèl·lules del pseudoblastema. Aquestes cèl·lules són responsables almenys del recobriment fibrós que presenten en aquest estadi, durant el qual mostren sàculs del reticle endoplasmàtic rugós molt dilatats, característics de cèl·lules que secreten constituents de la matriu. A més, s'observa infiltració de matriu connectiva i processos citoplasmàtics dels fibròcits en els marges del pseudoblastema. En la matriu del teixit connectiu normal s'observen fibres que estan constituïdes per un còrtex de fibril·les col·làgenes organitzades al voltant dels processos citoplasmàtics dels fibròcits. Les fibres del teixit connectiu peridigestiu, d'uns 1,2-1,9 mm de diàmetre, presenten el còrtex prim, amb les fibril·les organitzades paral·lelament a l'eix de la fibra. En canvi, les fibres de la dermis i teixit connectiu intramuscular, d'uns 2,5-7,1 mm de diàmetre, tenen el còrtex gruixut, amb fibril·les que s'organitzen paral·lelament en la zona proximal a la medul·la i de forma desorganitzada en la part més distal. Als 8 mesos la cicatriu encara és detectable. La matriu cicatricial presenta fibres connectives del tipus prim i força material fibril·lar desorganitzat disposat laxament. S'observa colonització per part de fibròcits, cromatòfors, petites fibres musculars i nervis.

The effect of impaired thyroid function during development on the mechanical properties of avian bone

Thyroid hormones show fluctuating levels during the post-hatching development of birds. In this paper we report the results of the first mechanical tests to quantify the effect of hypothyroidism, during post-natal development, on the skeletal properties of a precocial bird, the barnacle goose, as determined by microhardness testing. The effect of hypothyroidism is tissue-specific; bone from the femora of birds is not significantly affected by induced hypothyroidism, however, there is a strong positive relationship between the levels of circulating thyroid hormones and the mechanical properties of bone from humeri. In the barnacle goose the development of the wing skeleton and musculature depends on an increase in circulating thyroid hormones and our analysis shows that, in its absence, the mechanical competence of the bone mineral itself is reduced in addition to the decreased bone length and muscle development previously reported in the literature. (C) 2004 Wiley-Liss, Inc.

The bioactivity of composite Fmoc-RGDS-collagen gels

The incorporation of small bioactive peptide motifs within robust hydrogels constitutes a facile procedure to chemically functionalise cell and tissue scaffolds. In this study, a novel approach to utilise Fmoc-linked peptide amphiphiles comprising the bio-functional cell-adhesion RGDS motif within biomimetic collagen gels was developed. The composite scaffolds thus created were shown to maintain the mechanical properties of the collagen gel while presenting additional bio-activity. In particular, these materials enhanced the adhesion and proliferation of viable human corneal stromal fibroblasts by 300% compared to nonfunctionalised gels. Furthermore, the incorporation of Fmoc-RGDS nanostructures within the collagen matrix significantly suppressed gel shrinkage resulting from the contractile action of encapsulated fibroblasts once activated by serum proteins. These mechanical and biological properties demonstrate that the incorporation of peptide amphiphiles provides a suitable and easy method to circumvent specific biomaterial limitations, such as cell-derived shrinkage, for improved performance in tissue engineering and regenerative medicine applications.

Morphological characterization of periodontium-derived human stem cells

The aim of this study has been to characterize adult human somatic periodontium-derived stem cells (PDSCS) isolated from human periodontium and to follow their differentiation after cell culture. PDSCS were isolated from human periodontal tissue and cultured as spheres in serum-free medium. After 10 days the primary spheres were dissociated and the secondary spheres sub-cultured for another 1-2 weeks. Cells from different time points were analyzed, and immunohistochemical and electron microscopic investigations carried out. Histological analysis showed differentiation of spheres deriving from the PDSCS with central production of extracellular matrix beginning 3 days after sub-culturing. Isolated PDSCS developed pseudopodia which contained actin. Tubulin was found in the central portion of the cells. Pseudopodia between different cells anastomosed, indicating intercellular transport. Immunostaining for osteopontin demonstrated a positive reaction in primary spheres and within extracellular matrix vesicles after sub-culturing. In cell culture under serum-free conditions human PDSCS form spheres which are capable of producing extracellular matrix. Further investigations have do be carried out to investigate the capability of these cells to differentiate into osteogenic progenitor cells.

Translational research and therapeutic applications of neural crest-derived stem cells in regenerative periodontology

Regeneration of periodontal tissues aims to utilize tissue engineering techniques to restore lost periodontal tissues including the cementum, periodontal ligament and alveolar bone. Regenerative dentistry and its special field regenerative periodontology represent relatively new and emerging branches of translational stem cell biology and regenerative medicine focusing on replacing and regenerating dental tissues to restore or re-establish their normal function lost during degenerative diseases or acute lesions. The regeneration itself can be achieved through transplantation of autologous or allogenic stem cells, or by improving the tissue self-repair mechanisms (e.g. by application of growth factors). In addition, a combination of stem cells or stem cell-containing tissue with bone implants can be used to improve tissue integration and the clinical outcome. As the oral cavity represents a complex system consisting of teeth, bone, soft tissues and sensory nerves, regenerative periodontology relies on the use of stem cells with relatively high developmental potential. Notably, the potential use of pluripotent stem cell types such as human embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells is still aggravated by ethical and practical problems. Thus, other cellular sources such as those readily available in the postnatal craniofacial area and particularly in oral structures offer a much better and realistic alternative as cellular regenerative sources. In this review, we summarize current knowledge on the oral neural crest-derived stem cell populations (oNCSCs) and discuss their potential in regenerative periodontology.