183 resultados para Chondrocyte


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INTRODUCTION: Emerging evidence indicates that nitric oxide (NO), which is increased in osteoarthritic (OA) cartilage, plays a role in 4-hydroxynonenal (HNE) generation through peroxynitrite formation. HNE is considered as the most reactive product of lipid peroxidation (LPO). We have previously reported that HNE levels in synovial fluids are more elevated in knees of OA patients compared to healthy individuals. We also demonstrated that HNE induces a panoply of inflammatory and catabolic mediators known for their implication in OA cartilage degradation. The aim of the present study was to investigate the ability of inducible NO synthase (iNOS) inhibitor, L-NIL (L-N6-(L-Iminoethyl)Lysine), to prevent HNE generation through NO inhibition in human OA chondrocytes. METHOD: Cells and cartilage explants were treated with or without either an NO generator (SIN or interleukin 1beta (IL-1β)) or HNE in absence or presence of L-NIL. Protein expression of both iNOS and free-radical-generating NOX subunit p47 (phox) were investigated by western blot. iNOS mRNA detection was measured by real-time RT-PCR. HNE production was analysed by ELISA, Western blot and immunohistochemistry. S-nitrosylated proteins were evaluated by Western Blot. Prostaglandin E2 (PGE2) and metalloproteinase 13 (MMP-13) levels as well as glutathione S-transferase (GST) activity were each assessed with commercial kits. NO release was determined using improved Griess method. Reactive oxygen species (ROS) generation was revealed using fluorescent microscopy with the use of commercial kits. RESULTS: L-NIL prevented IL-1β-induced NO release, iNOS expression at protein and mRNA levels, S-nitrosylated proteins and HNE in a dose dependent manner after 24h of incubation. Interestingly, we revealed that L-NIL abolished IL-1β-induced NOX component p47phox as well as ROS release. The HNE-induced PGE2 release and both cyclooxygenase-2 (COX-2) and MMP-13 expression were significantly reduced by L-NIL addition. Furthermore, L-NIL blocked the IL-1β induced inactivation of GST, an HNE-metabolizing enzyme. Also, L-NIL prevented HNE induced cell death at cytotoxic levels. CONCLUSION: Altogether, our findings support a beneficial effect of L-NIL in OA by preventing LPO process in NO-dependent and/or independent mechanisms.

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L'arthrose (OA) est une maladie articulaire dégénérative, classée comme la forme la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée par la dégénérescence du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale, et le remodelage de l’os sous-chondral. Ces changements structurels et fonctionnels sont dues à de nombreux facteurs. Les cytokines, les prostaglandines (PG), et les espèces réactives de l'oxygène sont les principaux médiateurs impliqués dans la pathophysiologie de l'OA. L'interleukine-1β (IL-1β) est une cytokine pro-inflammatoire majeure qui joue un rôle crucial dans l'OA. L'IL-1β induit l'expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2), la microsomale prostaglandine E synthase-1 (mPGES-1), la synthase inductible de l'oxyde nitrique (iNOS), ainsi que leurs produits la prostaglandine E2 (PGE2) et l'oxyde nitrique (NO). Ce sont des médiateurs essentiels de la réponse inflammatoire au cours de l'OA qui contribuent aux mécanismes des douleurs, de gonflement, et de destruction des tissus articulaires. Les modifications épigénétiques jouent un rôle très important dans la régulation de l’expression de ces gènes pro-inflammatoires. Parmi ces modifications, la méthylation/ déméthylation des histones joue un rôle critique dans la régulation des gènes. La méthylation/ déméthylation des histones est médiée par deux types d'enzymes: les histones méthyltransférases (HMT) et les histones déméthylases (HDM) qui favorisent l’activation et/ou la répression de la transcription. Il est donc nécessaire de comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression des gènes de la COX-2, la mPGES-1, et l’iNOS. L'objectif de cette étude est de déterminer si la méthylation/déméthylation des histones contribute à la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS dans des chondrocytes OA humains induits par l'IL-1β. Nous avons montré que la méthylation de la lysine K4 de l'histone H3 (H3K4) par SET-1A contribue à l’activation des gènes COX-2 et iNOS dans les chondrocytes humains OA induite par l'IL-1β. Nous avons également montré que la lysine K9 de l’histone H3 (H3K9) est déméthylée par LSD1, et que cette déméthylation contribue à l’expression de la mPGES-1 induite par IL-1β dans les chondrocytes humains OA. Nous avons aussi trouvé que les niveaux d'expression des enzymes SET-1A et LSD1 sont élevés au niveau du cartilage OA. Nos résultats montrent, pour la première fois, l'implication de la méthylation/ déméthylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS. Ces données suggèrent que ces mécanismes pourraient être une cible potentielle pour une intervention pharmacologique dans le traitement de la physiopathologie de l'OA.

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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.

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Thyroid hormone (TH) plays a key role on post-natal bone development and metabolism, while its relevance during fetal bone development is uncertain. To Study this, pregnant once were made hypothyroid and fetuses harvested at embryonic days (E) 12.5, 14.5, 16.5 and 18.5. Despite a marked reduction in fetal tissue concentration of both T4 and T3, bone development, as assessed at the distal epiphyseal growth plate of the femur and vertebra, was largely preserved Lip to E16.5. Only at E18.5, the hypothyroid fetuses exhibited a reduction in femoral type I and type X collagen and osteocalcin mRNA levels, in the length and area of the proliferative and hypertrophic zones, in the number of chondrocytes per proliferative column, and in the number of hypertrophic chondrocyres, in addition to a slight delay in endochondral and intramembranous ossification. This Suggests that LIP to E 16.5, thyroid hormone signaling in bone is kept to a minimum. In fact, measuring the expression level of the activating and inactivating iodothyronine deiodinases (D2 and D3) helped understand how this is achieved. D3 mRNA was readily detected as early as E14.5 and its expression decreased markedly (similar to 10-fold) at E18.5, and even more at 14 days after birth (P14). In contrast. D2 mRNA expression increased significantly by E18.5 and markedly (similar to 2.5-fold) by P14. The reciprocal expression levels of D2 and D3 genes during early bone development along with the absence of a hypothyroidism-induced bone phenotype at this time Suggest that coordinated reciprocal deiodinase expression keeps thyroid hormone signaling in bone to very low levels at this early stage of bone development. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

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OBJETIVO: Determinar a influência do Laser Terapêutico de Baixa Potência sobre a placa de crescimento de ratos. MÉTODOS: Trinta ratos Wistar machos com 40 dias de idade foram divididos em dois grupos, G1 e G2. O grupo G1 foi submetido à irradiação com laser GaAlAs 830 nm, potência de saída de 40 mW, e densidade de energia de 10 J/cm2. A irradiação foi aplicada diariamente por um período máximo de 21 dias. O mesmo procedimento foi realizado no grupo G2, com a probe desativada. Cinco animais em cada grupo foram sacrificados nos dias 7, 14 e 21 e submetidas à análise histomorfométrica. RESULTADOS: em ambos os grupos, o disco fisário esteve radiograficamente visível em todos os momentos nas incidências craniocaudal e médio-lateral. No 21º dia a porcentagem de comprimento longitudinal do fêmur foi maior em G1 que em G2 em relação ao valor basal, e o número de condrócitos da zona hipertrófica foi maior em G1 que em G2. A zona de cartilagem calcificada estava maior em G1 em relação a G2 em todos os momentos de avaliação. A angiogênese foi maior em G1 que em G2 nos 14º e 21º dias. CONCLUSÃO: A terapia com laser terapêutico de baixa potência influenciou negativamente o disco fisário distal do fêmur de ratos.

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Mineralization of the articular cartilage is a pathological condition associated with age and certain joint diseases in humans and other mammals. In this work, we describe a physiological process of articular cartilage mineralization in bullfrogs. Articular cartilage of the proximal and distal ends of the femur and of the proximal end of the tibia-fibula was studied in animals of different ages. Mineralization of the articular cartilage was detected in animals at 1 month post-transformation. This mineralization, which appeared before the hypertrophic cartilage showed any calcium deposition, began at a restricted site in the lateral expansion of the cartilage and then progressed to other areas of the epiphyseal cartilage. Mineralized structures were identified by von Kossa's staining and by in vivo incorporation of calcein green. Element analysis showed that calcium crystals consisted of poorly crystalline hydroxyapatite. Mineralized matrix was initially spherical structures that generally coalesced after a certain size to occupy larger areas of the cartilage. Alkaline phosphatase activity was detected at the plasma membrane of nearby chondrocytes and in extracellular matrix. Apoptosis was detected by the TUNEL (TDT-mediated dUTP-biotin nick end-labeling) reaction in some articular chondrocytes from mineralized areas. The area occupied by calcium crystals increased significantly in older animals, especially in areas under compression. Ultrastructural analyses showed clusters of needle-like crystals in the extracellular matrix around the chondrocytes and large blocks of mineralized matrix. In 4-year-old animals, some lamellar bone (containing bone marrow) occurred in the same area as articular cartilage mineralization. These results show that the articular cartilage of R. catesbeiana undergoes precocious and progressive mineralization that is apparently stimulated by compressive forces. We suggest that this mineralization is involved in the closure of bone extremities, since mineralization appears to precede the formation of a rudimentary secondary center of ossification in older animals.

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To stimulate the bone callus development process from distal third of radius, 24 adult mongrel dogs used were from both sexes. These dogs were separated in two experimental groups of 12 animals each, named control and treated, divided in 4 moments (M1=15 days; M2=30 days; M3=45 days; M4=60 days), who underwent were performed surgical fractures. In treated group, it was performed bone perforations on proximal and distal edges, craniolateral and mediolateral to the fracture site. At the end of each moment, control and treated animals were evaluated by radiography, histology, and bone mineral densitometry (BMD) was determined on fracture site. According to the radiographic data of treated dogs, it was verified on days 15 and 30 more intense bone regeneration than control group. During M3 and M4, it wasn't detected any difference in bone reparation process betweencontrol and treated groups. In densitometric study, BMD values were greater in treated animals than in control dogs. Histological studies revealed at 15 and 30 days chondrocyte hyperplasia and initial endochondral ossification on drilled limbs; control group showed sustainment connective tissue and initial chondrocyte hiperplasia. At M3 and M4 of the treated group, were verified development and remodeling of periosteal callus in more advanced phases when comparing with limbs from control group. It can be concluded that using perforations enhances blood flow supply and activation of osteogenic cells on fracture site, stimulating the beginning of fracture consolidation process.

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Articular lesions are still a major challenge in orthopedics because of cartilage's poor healing properties. A major improvement in therapeutics was the development of autologous chondrocytes implantation (ACI), a biotechnology-derived technique that delivers healthy autologous chondrocytes after in vitro expansion. To obtain cartilage-like tissue, 3D scaffolds are essential to maintain chondrocyte differentiated status. Currently, bioactive 3D scaffolds are promising as they can deliver growth factors, cytokines, and hormones to the cells, giving them a boost to attach, proliferate, induce protein synthesis, and differentiate. Using mesenchymal stem cells (MSCs) differentiated into chondrocytes, one can avoid cartilage harvesting. Thus, we investigated the potential use of a platelet-lysate-based 3D bioactive scaffold to support chondrogenic differentiation and maintenance of MSCs. The MSCs from adult rabbit bone marrow (n=5) were cultivated and characterized using three antibodies by flow cytometry. MSCs (1×105) were than encapsulated inside 60μl of a rabbit platelet-lysate clot scaffold and maintained in Dulbecco's Modified Eagle Medium Nutrient Mixture F-12 supplemented with chondrogenic inductors. After 21 days, the MSCs-seeded scaffolds were processed for histological analysis and stained with toluidine blue. This scaffold was able to maintain round-shaped cells, typical chondrocyte metachromatic extracellular matrix deposition, and isogenous group formation. Cells accumulated inside lacunae and cytoplasm lipid droplets were other observed typical chondrocyte features. In conclusion, the usage of a platelet-lysate bioactive scaffold, associated with a suitable chondrogenic culture medium, supports MSCs chondrogenesis. As such, it offers an alternative tool for cartilage engineering research and ACI. © 2013 Informa UK Ltd.

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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

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Pós-graduação em Cirurgia Veterinária - FCAV

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Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

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Fibrous materials have morphological similarities to natural cartilage extracellular matrix and have been considered as candidate for bone tissue engineering scaffolds. In this study, we have evaluated a novel electrospun chitosan mat composed of oriented sub-micron fibers for its tensile property and biocompatibility with chondrocytes (cell attachment, proliferation and viability). Scanning electronic microscope images showed the fibers in the electrospun chitosan mats were indeed aligned and there was a slight cross-linking between the parent fibers. The electrospun mats have significantly higher elastic modulus (2.25 MPa) than the cast films (1.19 MPa). Viability of cells on the electrospun mat was 69% of the cells on tissue-culture polystyrene (TCP control) after three days in culture, which was slightly higher than that on the cast films (63% of the TCP control). Cells on the electrospun mat grew slowly the first week but the growth rate increased after that. By day 10, cell number on the electrospun mat was almost 82% that of TCP control, which was higher than that of cast films (56% of TCP). The electrospun chitosan mats have a higher Young’s modulus (P <0.01) than cast films and provide good chondrocyte biocompatibility. The electrospun chitosan mats, thus, have the potential to be further processed into three-dimensional scaffolds for cartilage tissue repair.

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Die TGFbeta/BMP Signaltransduktionskaskade ist wichtig für viele Entwicklungsprozesse fast aller embryonaler sowie extraembryonaler Gewebe und sie ist ebenso essentiell bei der Aufrechterhaltung der Homöostase im adulten Organismus. In vielen Mausmodellen und Zellkulturversuchen wurde gezeigt, dass Liganden dieses Signalweges in verschiedene Stadien der Knorpel- und Knochenentwicklung involviert sind. BMPs sind beispielsweise maßgeblich an der frühen Kondensation und Bildung des Knorpels und später an Proliferation und Hypertrophie der Chondrozyten beteiligt. BMPs können ektopisch Knochenbildung auslösen und das Expressionsmuster der Liganden und spezifischen Rezeptoren in der Wachstumsfuge lässt auf eine wichtige Rolle der BMPs in der Wachstumsfuge schließen. Der gezielte knock out der BMP-Rezeptoren Bmpr1a und Bmpr1b in proliferierenden Chondrozyten führt zur Ausbildung einer generellen Chondrodysplasie. Smad1, Smad5 und Smad8 sind die Mediatoren der BMP-Signalkaskade. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Rolle und Funktion der Smad1- und Smad5-Proteine in der Wachstumsfuge untersucht werden. Hierzu wurden konditionale Smad1-knock out-Mäuse mit einer transgenen Mauslinie gekreuzt, die die Cre-Rekombinase spezifisch in proliferierenden Chondrozyten exprimiert. Diese Mäuse wurden mit und ohne heterozygotem Smad5-Hintergrund charakterisiert. Bei einem knock out von Smad1 allein konnte ein leichte Verkürzung der Wachstumsfuge beobachtet werden, wobei prähypertrophe und hypertrophe Zone gleichermaßen betroffen waren. Dieser Phänotyp war verstärkt in Mäusen mit zusätzlichem heterozygotem Smad5-Hintergrund. Eine Verringerung der Proliferationsrate konnte zusammen mit einer verminderten Ihh-Expression nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte anhand von Röntgenaufnahmen eine Dysorganisation der nasalen Region und ein fehlendes nasales Septum beobachtet werden. Produktion und Mineralisation der extrazellulären Matrix waren nicht beeinträchtigt. Um die Rolle der BMP- und TGFbeta-Signalkaskaden während der endochondralen Ossifikation zu vergleichen, wurden transgene Mäuse generiert, in denen die TGFbeta-Signalkaskade spezifisch in proliferierenden Chondrozyten gestört war. Zwei Mauslinien, die ähnliche Phänotypen zeigten, wurden untersucht. Esl1 ist ein TGFbeta-bindendes Protein, von dem man annimmt, dass es die TGFbeta-Signalkaskade inhibieren kann. Esl1-knock out-Mäuse sind kleiner als Wildtypmäuse und die Überexpression von Esl1 in proliferierenden Chondrozyten führt zu einer Verlängerung der Wachstumsfuge und einer verstärkten Proliferationsrate. Knorpelmarker, wie Col2a1 und Sox9 sind in diesen Mäusen herunterreguliert, während Col10a1 und Ihh als Marker für die hypertrophe und prähypertrophe Zone herunterreguliert waren. Dies führt zu der Annahme, dass mehr Zellen in die terminale Differenzierung eintreten. Bei transgenen Mäusen, in denen ein dominant-negativer (dn) TGFbeta-Rezeptor in proliferierenden Chondrozyten überexprimiert wurde, konnte eine verlängerte prähypertrophe Zone, eine erhöhte Ihh-Expression, sowie eine verstärkte Proliferationsrate beobachtet werden. Zusätzlich konnte in homozygoten Tieren ein craniofacialer Phänotyp beschrieben werden, der zu Problemen bei der Nahrungsaufnahme und damit zu einer starken Wachstumsbeeinträchtigung führte. Die BMP- und TGFbeta-Signalkaskaden haben möglicherweise antagonistische Effekte in der Wachstumsfuge. Während der Ausfall von BMP in proliferierenden Chondrozyten aufgrund einer gesunkenen Proliferationsrate zu einer Verkürzung der Wachstumsfuge führte, kann man in Mäusen mit einer Störung der TGFbeta-Signalkaskade eine verstärkte Proliferation in einer daher verlängerten Wachstumsfuge beobachten. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Generation einer transgenen Mauslinie, die die Cre-Rekombinase spezifisch in hypertrophen Chondrozyten exprimiert. Promoterstudien mit transgenen Mäusen weisen darauf hin, dass ein putatives AP1-Element, etwa 4 kb vor dem ersten Exon des Col10a1 gelegen, wichtig für die spezifische Expression in hypertrophen Chondrozyten ist. Ein Konstrukt, dass vier Kopien dieses Elements und den basalen Promoter enthält, wurde benutzt, um die Cre-Rekombinase spezifisch zu exprimieren. Diese Mauslinie befindet sich in der Testphase und erste Daten deuten auf eine spezifische Expression der Cre-Rekombinase in hypertrophen Chondrozyten hin.