Object

This publication is protected and available only for logged users.
This publication is protected and available only for logged users.

Title: Ocena mechanizmów osteogenezy ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych w zależności od typu rusztowania i perfuzji

Abstract:

Kości stanowią istotną barierę mechaniczną, chroniącą miękkie tkanki organizmu, ale w szczególności odbierają różnego rodzaju bodźce mechaniczne, regulujące przebudowę układu szkieletowego. Proces przebudowy kości (inaczej obrót kostny) zachodzi w warunkach fizjologicznych oraz w wyniku regeneracji mikro- i makro-uszkodzeń kości, a jego zaburzenia (tj. niedostateczna albo nadmierna resorpcja lub kościotworzenie) wywierają negatywne efekty na zdrowie całego organizmu. Leczenie znacznych ubytków kostnych lub chorób zwyrodnieniowych kości (np. osteoporozy), objawiających się nieprawidłowym przebiegiem obrotu kostnego, stanowi poważne wyzwanie dla współczesnej medycyny. Poza klasycznym sposobem terapii ubytków kostnych, na drodze przeszczepów auto- lub allogenicznych, liczne alternatywne rozwiązania w tym zakresie są obecnie opracowywane w oparciu o inżynierię tkanki kostnej. W strategii tej, odpowiednie prekursory osteoblastów stymuluje się in vitro do kościotworzenia m.in. poprzez hodowle na określonych typach biomateriałów 3D (rusztowania), w obecności wybranych czynników kościotwórczych, w połączeniu ze stymulacją mechaniczną w bioreaktorach. Najpowszechniejszym źródłem prekursorów osteoblastów, o znaczącym potencjale w zakresie inżynierii tkanki kostnej są mezenchymalne komórki macierzyste pochodzenia szpikowego (tzw. BMSC). Celem prezentowanej rozprawy doktorskiej było zbadanie mechanizmów kościotworzenia in vitro ludzkich komórek BMSC na wybranych rusztowaniach, różniących się składem chemicznym i bioaktywnością (rusztowania oparte o strukturę polimerów: PLGA i PU) oraz dokonanie analizy efektów stymulacji mechanicznej komórek hBMSC w bioreaktorze perfuzyjnym, w hodowlach 3D prowadzonych na wspomnianych typach rusztowań. Realizacja omawianego projektu miała na celu wyselekcjonowanie i optymalizację warunków hodowli ludzkich komórek BMSC in vitro, najbardziej sprzyjających ich różnicowaniu w kierunku tkanki kostnej. Eksperymenty przeprowadzono na wspomnianych typach rusztowań w warunkach statycznych i pod wpływem stymulacji mechanicznej perfuzyjnym przepływem pożywki hodowlanej. Komórki hodowano w pożywce standardowej lub w obecności suplementów indukujących kościotworzenie, np. AA-2P, DEX, BGP i rhBMP-2. ; Wykazano bioaktywność rusztowań kompozytowych S2-PLGA i A2-PLGA (formowanie warstw apatytowych, zawierających fosforan wapnia) wewnątrz rusztowań. Scharakteryzowano również właściwości mechaniczne obu rodzajów rusztowań kompozytowych i wykazano, że oba materiały efektywniej, niż niezmodyfikowany kopolimer PLGA promowały adhezję komórek BMSC do ich powierzchni, jak również ekspresję znaczników procesu kościotworzenia komórek BMSC. Zaobserwowano istotne różnice w odpowiedzi komórek na rusztowania kompozytowe, w zależności od składu chemicznego rusztowań i warunków hodowli. W porównaniu do rusztowań kompozytowych S2-PLGA, o wysokiej zawartości krzemionki, rusztowania A2-PLGA, o wysokiej zawartości tlenku wapnia, w mniejszym stopniu odpowiadały na traktowanie rhBMP-2 lub deksametazonem (DEX), a właściwości osteoindukcyjne tych rusztowań zależały częściowo od ich zdolności do uruchamiania ścieżki BMP-2, w komórkach nietraktowanych suplementami kościotwórczymi. Otrzymane rusztowania kompozytowe, w szczególności S2-PLGA, również promowały odpowiedź kościotwórczą komórek hBMSC w warunkach stymulacji 2-godzinnym, stałym przepływem perfuzyjnym o prędkości 2,5 ml/min. w obecności rhBMP-2. Komórki hodowano także na bioobojętnych, porowatych rusztowaniach poliuretanowych (PU), pokrytych żelatyną, w obecności suplementów kościotwórczych i stymulowano pojedynczą sesją perfuzyjnego przepływu pożywki, na wczesnym lub późnym etapie hodowli 3D. Część komórek traktowano suplementami indukującymi kościotworzenie w monowarstwie (hodowle 2D) w celu przyspieszenia ich różnicowania, następnie stymulowano perfuzją w warunkach 3D. Zamierzano w ten sposób zbadać efekty perfuzji w zależności od stanu zróżnicowania komórek. Zaobserwowano, że pojedyncza, krótka stymulacja perfuzją może istotnie wzmocnić ekspresję czynników transkrypcyjnych i wzrostowych, odpowiedzialnych za indukcję kościotworzenia oraz produkcję kolagenu i mineralizację macierzy pozakomórkowej, ale jest bardziej efektywna, gdy komórki osiągają w hodowli stadium różnicujących osteoblastów. W oparciu o otrzymane wyniki można wnioskować, że odpowiedź kościotwórcza populacji komórek hBMSC w badanych warunkach 3D może być modulowana w zależności od chemizmu powierzchni rusztowań (rusztowania bioobojętne vs bioaktywne o różnej zawartości CaO i SiO2), traktowania komórek (pożywka bez suplementów kościotwórczych vs suplementowana; hodowle statyczne vs. dynamiczne, stymulowane przepływem perfuzyjnym) i stanu ich zróżnicowania (niezróżnicowane prekursory osteoblastów vs różnicujące osteoblasty). Wiedza uzyskana na podstawie realizacji prezentowanego projektu może potencjalnie przyczynić się do opracowania nowych strategii leczenia ubytków kostnych, w oparciu o inżynierię tkanki kostnej, możliwych do stosowania w praktyce klinicznej.

Place of publishing:

Kraków

Level of degree:

2 - studia doktoranckie

Degree discipline:

biologia ; biochemia

Degree grantor:

Uniwersytet Jagielloński. Collegium Medicum. Wydział Nauk o Zdrowiu.

Promoter:

Tadeusz Niedźwiedzki ; Anna M. Osyczka

Date issued:

2016

Format:

application/pdf

Identifier:

oai:dl.cm-uj.krakow.pl:4086

Call number:

ZB-124512

ControlNumberVIRTUA:

click here to follow the link

Language:

pol

Access rights:

tylko w bibliotece

Location of original object:

Biblioteka Medyczna Uniwersytetu Jagiellońskiego- Collegium Medicum

Object collections:

Last modified:

May 24, 2021

In our library since:

May 11, 2016

Number of object content hits:

16

Number of object content views in PDF format

16

All available object's versions:

http://dl.cm-uj.krakow.pl:8080/publication/4086

Show description in RDF format:

RDF

Show description in OAI-PMH format:

OAI-PMH

Edition name Date
ZB-124512 May 24, 2021
×

Citation

Citation style:

This page uses 'cookies'. More information