Tissue Engineering Approaches for the Treatment of Degenerated Intervertebral Discs

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, Clinicum fi
dc.contributor Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, Clinicum sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Medicine, Clinicum, Faculty of Medicine, Department of Oral and Maxillofacial Diseases en
dc.contributor University of Tampere, BioMediTech Institute of Biosciences and Medical Technology, Adult Stem cell group en
dc.contributor University of Twente, MIRA Institute for Biomedical Technology and Technical Medicine, Department of Biomaterials Science and Technology en
dc.contributor.author Gebraad, Arjen fi
dc.date.accessioned 2018-01-02T10:38:40Z
dc.date.available 2018-02-06 fi
dc.date.available 2018-01-02T10:38:40Z
dc.date.issued 2018-02-16 fi
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-951-51-4015-9 fi
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/230097
dc.description.abstract 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. en
dc.description.abstract 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. fi
dc.format.mimetype application/pdf fi
dc.language.iso en fi
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-951-51-4014-2 fi
dc.relation.isformatof Helsinki: Hansaprint Oy, 2018, Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis. 2342-3161 fi
dc.relation.ispartof Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis fi
dc.relation.ispartof URN:ISSN:2342-317X fi
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject fi
dc.title Tissue Engineering Approaches for the Treatment of Degenerated Intervertebral Discs en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Haimi, Suvi fi
dc.ths Mannerström, Bettina fi
dc.ths Seppänen-Kaijansinkko, Riitta fi
dc.opn Thomsen, Peter fi
dc.type.dcmitype Text fi

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
tissueen.pdf 3.051Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record