Tissue Engineering Approaches for the Treatment of Degenerated Intervertebral Discs

Visa fullständig post

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4015-9
Titel: Tissue Engineering Approaches for the Treatment of Degenerated Intervertebral Discs
Author: Gebraad, Arjen
Medarbetare: Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, Clinicum
Nivå: Doktorsavhandling (sammanläggning)
Tillhör serie: Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis - URN:ISSN:2342-317X
Abstrakt: This dissertation describes novel tissue engineering approaches for the treatment of intervertebral disc (IVD) degeneration. Defects in the outer part of the IVD, the so-called annulus fibrosus (AF), cannot be restored using the current surgical methods. AF tissue cannot be regenerated using autologous AF cells, because of their limited availability and expansion capacity. We compared the potency of transforming growth factor-beta (TGF-beta) type 1 and type 3 to stimulate differentiation of adipose tissue derived-mesenchymal stem cells (AT-MSCs) towards an AF-like phenotype. We engineered AF tissue in vitro by seeding and stimulating AT-MSCs inside AF-mimetic polymer scaffolds. Several techniques to seed cells in the scaffolds were compared. Cells release membrane vesicles called extracellular vesicles (EVs). EVs have gained interest as a biomimetic tool to induce lineage-specific differentiation of stem cells. We evaluated gene expression in AT-MSCs after exposure to EVs from activated monocytes or osteoclasts. Neither TGF- beta 1 nor TGF- beta 3 increased matrix synthesis by AT-MSCs. Nevertheless, TGF- beta 3 supported cell proliferation and thereby matrix accumulation. Seeding of AT-MSCs into the scaffolds using fibrin gel resulted in superior cell distribution, proliferation and AF-like matrix production compared to other seeding strategies. The formed collagen was aligned into bundles within the pore channels of the scaffolds. Activated monocytes promoted the chemotaxis of immune cells by AT-MSCs via EV-mediated signalling, showing the importance of EVs in controlling the function of the immune system. Monocyte-derived EVs upregulated the expression of matrix metalloproteinases in AT-MSCs. The results show the potential of AT-MSCs as a multipotent cell source in tissue engineering applications for the treatment of degenerated IVDs. The extracellular matrix deposited in the cell-seeded scaffolds had a composition and structure similar to that in native AF tissue, demonstrating the high potential of this strategy in AF repair. Furthermore, the study sheds light on the mechanism by which EVs regulate the immune system and bone remodelling.Väitöskirjan aiheena on kudosteknologiset sovellukset nikamavälilevyn rappeuman hoitoon. Nykyisillä kirurgisilla menetelmillä ei voida korjata nikamavälilevyn ulomman sitkeän syykehän eli niin sanotun annulus fibrosuksen (AF) vaurioita. Tässä tutkimuksessa vertasimme TGF-beta-kasvutekijän tyyppien 1 ja 3 kykyä ja tehokkuutta rasvakudoksen mesenkymaalisten kantasolujen erilaistamisessa AF-soluiksi. Tuotimme uutta AF-kudosta laboratoriossa istuttamalla kantosoluja AF-kudosta jäljitteleviin polymeerimateriaalista valmistettuihin kehikkoihin (engl. scaffold). Vertailimme myös useita erilaisia solujen istutusmenetelmiä. Solut erittävät kalvorakkuloita, niin sanottuja solunulkoisia vesikkeleitä. Kiinnostus solunulkoisiin vesikkeleihin on lisääntynyt kudosteknologian alalla, koska niitä voidaan käyttää luontaisina työkaluina kantasolujen erilaistamisessa. Arvioimme geenien ilmentymistä kantasoluissa, jotka oli altistettu monosyyttien (valkosolujen) ja osteoklastien (luun syöjäsolujen) solunulkoisille vesikkeleille. TGF-beta 1 ja TGF-beta 3 eivät kumpikaan lisänneet kantasolujen soluväliaineen synteesiä. TGF-beta 3 kuitenkin tuki solujen lisääntymistä ja siten soluväliaineen muodostumista. Kantasolujen istuttaminen kehikkoihin fibriinigeelin avulla osoittautui parhaaksi testatuista istutusmenetelmistä solujen levinneisyyden, lisääntymisen ja soluväliaineen muodostumisen suhteen. Muodostetut kollageenikimput seurasivat kehikkojen pieniä kanavia. Aktivoidut monosyytit tukivat solunulkoisten vesikkelien avulla prosesseja, joissa kantasolut vetävät valkosoluja puoleensa. Monosyyttien solunulkoiset vesikkelit lisäsivät myös kollageenia hajottavien entsyymien, matriksin metalloproteinaasien, ilmentymistä. Tämä väitöskirja esittelee rasvakudoksen mesenkymaalisten kantasolujen mahdollisuuksia monipotentiaalisena solulähteenä kudosteknologisissa sovelluksissa nikamavälilevyn rappeuman hoidossa. Soveltuvissa olosuhteissa kantasolut tuottivat soluväliainetta, jolla oli samanlainen koostumus ja rakenne kuin alkuperäisessä AF-kudoksessa. Lisäksi tutkimus valottaa sitä, miten solunulkoiset vesikkelit ohjaavat immuunipuolustusjärjestelmän toimintaa sekä luukudoksen muodostumista ja hajoamista.
Permanenta länken (URI): URN:ISBN:978-951-51-4015-9
http://hdl.handle.net/10138/230097
Datum: 2018-02-16
Subject:
Rights: Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.


Filer under denna titel

Total number of downloads: Loading...

Filer Storlek Format Granska
tissueen.pdf 3.051Mb PDF Granska/Öppna

Detta dokument registreras i samling:

Visa fullständig post