Les glioblastomes (GBM) sont des tumeurs astrocytaires au pronostic défavorable. L’échec des thérapies actuelles (chimio et radiothérapies) est principalement lié à la résistance des cellules souches cancéreuses (CSCs). Ces cellules ont besoin de communiquer en permanence avec leur microenvironnement pour leur survie et pour maintenir une niche favorable à leur développement. Le transfert de matériel entre les CSC, les cellules tumorales et le microenvironnement contribue à l’échappement thérapeutique. Des travaux récents révèlent l’importance des récepteurs aux neurotrophines TrkB et TrkC dans la survie et la croissance des CSC de GBM. Nos travaux préliminaires dans le cancer bronchique démontrent que les récepteurs aux neurotrophines sont transférés aux cellules du microenvironnement via les exosomes afin de les contrôler. Cependant, le mécanisme de diffusion de récepteurs oncogéniques à partir de CSC n’a jamais été étudié. Notre objectif principal était donc de déterminer l’implication des récepteurs des neurotrophines dans le transfert du phénotype agressif des CSC vers les cellules du microenvironnement afin de favoriser la résistance thérapeutique du glioblastome. Nos résultats ont permis d’établir un lien entre le stade de différenciation des cellules tumorales, l’expression des neurotrophines et leur interaction avec le microenvironnement tumoral via les exosomes. Le transfert de TrkB au sein des exosomes joue un rôle clé dans la progression tumorale du GBM et dans l’agressivité cellulaire. Néanmoins, le transfert des récepteurs aux neurotrophines via les exosomes pourrait également être impliqué dans les mécanismes de radiorésistance. Des études menées sur des cellules de GBM humain irradiées et traitées par des exosomes démontrent l’implication de ces derniers dans l’échappement thérapeutique. Parmi les cellules du microenvironnement ciblées par les exosomes, les CSM sont celles qui ont été les moins étudiées bien qu’elles possèdent un tropisme spécifique pour le GBM. Nos travaux démontrent que les exosomes de GBM modifient le phénotype des CSM et augmentent leurs capacités prolifératives et migratoires. La fonction exacte du transfert des récepteurs des neurotrophines devra être analysée dans ces différents modèles afin de préciser son importance dans la physiopathologie du glioblastome et sa progression. L’expression des récepteurs aux neurotrophines dans ces exosomes permet d’envisager leur utilisation en tant que biomarqueurs diagnostiques et/ou pronostiques dans le GBM. Mots clés : Glioblastomes, cellules souches cancéreuses, neurotrophines, TrkB, radiothérapie, cellules souches mésenchymateuses, exosomes. / Glioblastoma are tumors derived from astrocytes with a dark prognosis. Current therapies fail to inhibit relapses due to radioresistant properties of cancer stem cells (CSC). Communication between CSC and their microenvironment is required for maintain “stem cells niche” and cell survival . The transfer of materials between CSC, tumor cells and microenvironment contributes to therapeutic resistance. In glioma, recent studies reveal the major role of TrkB and TrkC in survival of CSC. Our previous work, in lung cancer, have shown that neurotrophin receptors exhibits a control on microenvironment cells and angiogenesis through exosome transfer. However, similar mechanism of oncogenic receptor transfer from CSC has never been studied. Our main goal was to determine the involvement of neurotrophin receptors in the transfer of biological aggressiveness to microenvironment cells in order to promote therapeutic resistance in glioblastoma. Our findings suggest a relationship between cell differentiation status, expression of neurotrophin receptors and their interaction with the microenvironment through exosomes. TrkB-containing exosomes play a key role in the control of glioblastoma progression and cell aggressiveness. Mechanisms of radioresistance might also be dependent of the transfer of neurotrophin receptors through exosomes. Indeed, our results on irradiated human GBM cells and treated by exosomes demonstrate the involvement of exosome in radioresistance mechanisms. Although mesenchymal stem cells (MSCs) are considered as stromal components of glioblastoma, their communication with CSC, particularly through exosomes, remain largely undefined. Our results show that GBM-derived exosomes modify the phenotype of MSCs and increase their proliferative and migratory abilities. The putative function of neurotrophin receptors transfer should be analyzed in these models to determine their prime role in glioblastoma pathogenesis and progression. This finding suggest that the neurotrophin receptor expression in exosomes could be used as diagnostis and prognosis biomarkers of GBM.

Le myélome multiple (MM) est une hémopathie maligne de la lignée B qui se manifeste par <p>une accumulation de plasmocytes monoclonaux dans la moelle osseuse. Le MM se caractérise par <p>la nature inéluctable de ses rechutes de plus en plus réfractaires au traitement. Au sein de la moelle <p>osseuse, les cellules malignes interagissent avec leur microenvironnement notamment composé de <p>cellules stromales mésenchymateuses (CSM). Les CSM apportent un soutien aux cellules <p>plasmocytaires (PC) malignes via des interactions cellulaires directes (VLA-4, VCAM-1, CD44,…) <p>ou par la production de cytokines (IL-6, SDF1, VEGF,…). De ces interactions résulte l’apparition <p>d’altérations constitutives au sein des MM-CSM telles qu’une production réduite de dépôts de <p>calcium et une augmentation de la sécrétion de nombreux facteurs (IL-6, GDF-15, etc.). <p>L’objectif de ce travail est de mieux caractériser les anomalies constitutives (génomiques, <p>prolifératives, immunomodulatrices, etc.) des MM-CSM et d'évaluer l’impact des traitements reçus <p>par les patients sur ces anomalies. Ces analyses permettront de mieux définir le rôle des CSM dans <p>la physiopathologie et la progression de la maladie afin de mettre en évidence d’éventuelles cibles <p>thérapeutiques.<p>Compte tenu de l’altération de nombreux acteurs du cycle cellulaire mise en évidence par <p>notre analyse du profil d’expression génique des MM-CSM après comparaison avec celui des CSM <p>de donneurs sains (DS-CSM), nous avons décidé d’étudier leurs capacités prolifératives. Nos <p>observations démontrent que a) les MM-CSM sont caractérisées par une réduction de leur <p>clonogénicité et par un temps de doublement plus important par rapport aux DS-CSM b) l’entrée <p>précoce des MM-CSM en sénescence est confirmée par l'augmentation drastique du nombre de <p>cellules exprimant la « senescence-associated β-galactosidase », par l’augmentation de la taille <p>cellulaire, par l’expression spécifique de membres du « senescence-associated secretory profile » <p>(SASP) et par la surexpression de TP53 et TP21, deux facteurs importants du cycle cellulaire et de <p>la sénescence c) l’ostéoblastogenèse des MM-CSM est altérée en raison de ce processus de <p>sénescence, à savoir, une réduction de la production de calcium et une hausse précoce de l’activité<p>de la phosphatase alcaline des MM-CSM par rapport aux DS-CSM d) l’activité de support à <p>l’hématopoïèse des MM-CSM est augmentée (« increased Blast-Colony Forming Cells and LongTerm Culture Initiating Cells »). <p>Dans la seconde partie de ce travail, on s’est intéressée plus particulièrement aux capacités <p>immunomodulatrices des MM-CSM. Nous avons observé, par réaction mixte lymphocytaire et <p>stimulation mitogénique (PHA/IL-2), a) une réduction de l’inhibition de la prolifération des <p>lymphocytes T activés en présence de MM-CSM par rapport aux DS-CSM b) une inversion du ratio <p>Th17/Treg lorsque des lymphocytes T activés sont cultivés en présence de MM-CSM par rapport <p>aux DS-CSM ;les mécanismes potentiellement impliqués dans ces altérations ont été investigués c)<p>les MM-CSM présentaient une expression anormale du CD40/40L, VCAM1, ICAM-1, LFA-3 <p>HLA-DR et HLA-ABC et des taux d’IL-6 et d’IL-10 altérés ont été mesuré dans le milieu de <p>culture lorsque les lymphocytes T activés étaient cultivés en présence de MM-CSM par rapport aux <p>DS-CSM. <p>Nos résultats suggèrent que les MM-CSM entrent précocement en sénescence avec de <p>profondes altérations de leurs propriétés biologiques et notamment leur capacités <p>d'immunomodulation et de différenciation ostéogénique. Nous concluons que l’entrée en <p>sénescence des MM-CSM pourrait être à l’origine d’une altération du microenvironnement tumoral <p>qui favoriserait rechutes et résistances aux traitements. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Extracellular nucleotides act as local intercellular messengers. In response to various stimuli, nucleotides can be released from the cytosol of damaged cells, exocytosis vesicles and efflux through membrane channel. In the extracellular fluids, nucleotides are rapidely degraded by ecto-nucleotidases, such as CD39,CD39L1 and CD73. Extracellular nucleotides activate the P2 receptor family .This family of receptors can be divided into 2 groups: P2X1-7R ( ionotropic receptors) and P2YR ( G protein-coupled receptors). Nowadays, there are eight accepted human P2Y receptors: P2Y1,2,4,6,11,12,13,14.<p>To determine the physiological roles of P2Y receptor family, our laboratory generated different strains of P2Y knockout mice (P2Y4 ,6 and 13). In collaboration with A. Gartland ,I. And Arnett TR Orriss ( Sheffield and London University) ,it has been observed that the P2Y13R-/- mice exhibit an impaired bone tissue metabolism that leads to a reduction in the volume of the femoral trabecular bone and the number of trabeculae. This phenotype is correlated with the decrease in the number of osteoblasts at the endo-cortical bone surface .<p>We therefore examined whether P2Y13 R activation was involved in the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs). In the first part of our work we have shown that :<p>Induction of the MSCs differentiation is associated with the release of ATP and its conversion to ADP (agonist of the P2Y13R). ATP release probably involves the pannexine1 while the conversion of ATP into ADP is probably due to the activity of the ecto-nucleotidase CD39L1.<p>ADP stimulation of P2Y13 R+/+ (but not P2Y13 R-/-) adherent bone marrow stromal cells (BMSC) increased significantly the formation of alkaline phosphatase-colony forming units (CFU-ALP), as well as the expression of osteoblastic genes such as Osterix involved in the maturation of pre-osteoblasts into osteoblasts. The number of CFU-ALP obtained from P2Y13 R-/- BMSC and the level of osteoblastic gene expression after osteogenic stimulation were also strongly reduced compared to those obtained in wild-type cell cultures. In contrast, when P2Y13 R-/- BMSCs were incubated in an adipogenic medium, the number of adipocytes generated and the level of adipogenic gene expression (PPARγ2 and Adipsin) were higher than those obtained in P2Y13 R+/+ MSC. We also observed a significant increase of the number of bone marrow adipocytes in tibia of P2Y13 R-/- mice. <p>The P2ry12 gene deletion (also activated by ADP) also affects the ability of BMSCs to differentiate into osteoblasts but stimulates adipogenic differentiation.<p>In a second part of our work ,we have shown that the pro- osteogenic action of P2Y13R is indirect. Indeed ,this receptor is not expressed by MSCs but by adherent myeloid cells present in the bone marrow cell cultures (characterized by the expression of CD11b and CD45 markers) .In addition, we observed that following receptor activation by ADP ,these myeloid cells produce BMP2 factor.<p>We therefor propose that the stimulation of MSCs differentiation induces CD45- adherent cells to release ATP that is converted into ADP, most probably by the up-regulated CD39L1 ectonucleotidase. This ADP stimulates P2Y12R and P2Y13R expressed by CD45+/CD11b+ myeloid cells leading to the release of the osteogenic factor BMP2. This cytokine favours the maturation of pre-osteoblasts into osteoblasts and concomitantly inhibits the maturation of pre-adipocytes.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La pulpe dentaire est sujette à des lésions sévères faisant suite à une carie dentaire ou à un traumatisme. La thérapeutique conventionnelle préconisée alors est le traitement endodontique, qui consiste en l’exérèse de la totalité de la pulpe dentaire et le comblement de l’espace pulpaire par un matériau inerte. Ce traitement induit une fragilisation de la dent et une plus grande susceptibilité aux infections. Au cours de ce travail, nous avons mis au point une solution alternative, en proposant le remplacement de la pulpe dentaire lésée par une « pulpe équivalente » constituée de cellules souches mésenchymateuses de la pulpe ensemencées dans une matrice de collagène. Nous avons testé ce substitut pulpaire au travers d’un modèle de pulpotomie de la molaire chez le rat, à savoir l’exérèse de la totalité du parenchyme de la chambre pulpaire et conservation du réseau vasculaire radiculaire, où nous avons implanté des « pulpes équivalentes ». Notre objectif étant notamment de déterminer le devenir des cellules souches pulpaires implantées dans la dent grâce à l’imagerie nucléaire, dans ce contexte de développement d’une thérapie cellulaire. Les cellules ont été marquées à l’111Indium-oxine préalablement à leur implantation. Nous avons montré que le marquage n'avait pas d'incidence sur la viabilité et la prolifération des cellules pulpaires. Le suivi du signal s’est fait par tomographie d'émission monophotonique, couplée à un scanner spécifique du petit animal (NanoSPECT/CT, Bioscan), hebdomadairement pendant 3 semaines. Nous avons mis en évidence que l'intensité du signal SPECT était directement liée à l'intégrité des cellules, puisque que les matrices implantées avec des cellules marquées puis lysées par choc isotonique présentaient une diminution rapide de l’intensité du marquage. Grâce à la sensibilité de la méthode d’imagerie choisie, nous avons montré l’absence de diffusion majeure des cellules dans la circulation sanguine à partir du site d'implantation, ce qui pourrait constituer un risque de minéralisation ectopique lié à l’implantation de cellules souches mésenchymateuses. Par ailleurs, l’étude par histologie des processus de réparation et régénération de la pulpe dans les dents de rat a mis en évidence une prolifération abondante de cellules de type fibroblastique au sein des matrices, ainsi que la présence de nombreux vaisseaux et de nerfs dans la matrice cellularisée et à proximité. Ces résultats, non observés dans les matrices implantées avec des cellules lysées, suggéraient donc une fonctionnalité du tissu reconstruit et suggéraient que les cellules pulpaires implantées favorisaient une néovascularisation rapide de la pulpe équivalente, vraisemblablement en induisant un recrutement de cellules endothéliales à partir du réseau vasculaire radiculaire résiduel. / The dental pulp is prone to severe injuries following a tooth decay or trauma. Conventional recommended therapy is the endodontic treatment, which consists in the removal of all of the dental pulp and filling of the pulp space with an inert material. This treatment leads to a weakening of the tooth and a greater susceptibility to infection.In this work, we have developed an alternative solution, proposing the replacement of the injuried dental pulp by an " pulp equivalent " consisting of mesenchymal stem cells from the pulp seeded in a collagen matrix . We tested this pulp substitut through a model of the molar pulpotomy in rats, ie. the removal of the entire parenchyma of the pulp chamber and preservation of the root vascular network and implantation of the pulp equivalent. Our aim was to determine the fate of pulp stem cells implanted in the tooth by nuclear imaging in the context of developing a cell therapy. The cells were labeled with 111Indium - oxine prior to their implantation. We have shown that the labelling had no effect on the viability and proliferation of pulp cells. The signal tracking was done by single photon emission tomography , coupled with a specific small animal scanner ( NanoSPECT / CT , Bioscan ) weekly for 3 weeks. We demonstrated that the intensity of SPECT signal was directly related to the integrity of the cells, since the lysed labeled cells by isotonic shock showed a rapid decrease in the intensity of labeling . Due to the sensitivity of the chosen imaging method , we have shown the absence of major diffusion cells into the bloodstream from the site of implantation, which could result in a risk of ectopic mineralization related to the implementation of mesenchymal stem cells.Furthermore, the study by histology repair processes and regeneration of the pulp in teeth rat showed abundant proliferation of fibroblast-like cells within the matrix , and the presence of numerous vessels and nerves in matrix cellularized. These results , not observed in the matrices implanted with lysed cells, thus suggesting a feature of the reconstructed tissue and suggested that the pulp cells implanted favored a rapid neovascularization equivalent pulp, presumably by inducing the recruitment of endothelial cells from the residual root vascular network.

Le sujet de ce travail de thèse a concerné l'analyse de l’immunogénicité de progéniteurs cardiaques issus de cellules souches embryonnaires humaines. Le but a été double. D’une part, comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent cette immunogénicité et, d’autre part, mettre en place des stratégies d’immuno-intervention permettant de la surmonter.Le travail a comporté deux volets, l’un in vitro et l’autre in vivo utilisant des modèles expérimentaux murins. Les analyses in vitro, ont utilisé une méthode de culture lymphocytaire mixte où des progéniteurs cardiaques humains ont été mis en culture avec des lymphocytes allogéniques. Les résultats ont montré que les progéniteurs cardiaques sont effectivement immunogènes et que la réponse immunitaire qu’ils suscitent peut-être modulée efficacement par des cellules mésenchymateuses dérivées du tissu adipeux. De plus, nous avons confirmé l’expression des molécules d’histocompatibilité de classe I à la surface de progéniteurs cardiaques, une expression qui semble modulée au cours de la culture.Les modèles in vivo que nous avons utilisés ont consisté en l’implantation de corps embryoïdes et des progéniteurs cardiaques de souris dans un contexte allogénique. Divers sites d’implantation ont été utilisés (myocarde, capsule rénale, muscle gastrocnemius) chez des souris immunocompétentes. Les résultats ont montré qu’à la fois les corps embryoïdes et les progéniteurs cardiaques sont rejetés chez les receveurs immunocompétents non traités, avec une cinétique différente en fonction du site d’implantation. Par ailleurs, l’utilisation d’un traitement par anticorps anti-CD3, appliqué à différents temps suivant l’implantation nous a permis de prolonger la survie des cellules implantées en induisant, en fonction de la fenêtre thérapeutique, soit une immunosuppression soit une tolérance immunitaire. / The present work concerned the analysis of the immunogenicity of cardiac progenitors derived from human embryonic stem cells. Our aim was to understand the cellular and molecular mechanisms which underlie this immunogenicity and to surmount it by setting up strategies of immune-intervention. The study consisted in two major components, one in vitro and the other in vivo using experimental mice models. The in vitro analyses were assessed by the mixed leukocyte reaction method, where human cardiac progenitors were cultured with allogeneic lymphocytes. The results showed that the cardiac progenitors are indeed immunogenic and that the immune response that they induce could be modulated by mesenchymal stromal cells derived from adipose tissue. Moreover, we confirmed the expression of class I histocompatibility molecules on the surface of cardiac progenitors, an expression which seems modulated during the culture. The in vivo models that we used consisted of the grafting of embryoïdes bodies and cardiac progenitors derived from mouse embryonic stem cells in an allogeneic context. Cells were grafted in different sites of immunocompetent mice (myocardium, renal capsule, muscle gastrocnemius). The results showed highlighted that at the same time both embryoïdes bodies and cardiac progenitors are rejected among untreated immunocompetents hosts, whereas their survival is extended by anti-CD3 treatments, In addition, anti-CD3 treatment prolongs the survival of grafted cells, either by immunosuppression or by inducing immune tolerance according to the timing when it is applied.

La cicatrisation et la régénération sont les deux processus de réparation observés dans le règne animal. Toutefois, les mammifères ne sont susceptibles de réparer une blessure que par la constitution d'une cicatrice qui ne restitue point la structure et les propriétés du tissu initial. Dans un contexte de brûlure profonde, la cicatrisation, le plus souvent excessive, peut retentir négativement sur la vie de l'individu. A cette aune, nous nous somme proposé de mettre au point des thérapies innovantes, dans un modèle murin de brûlure, dans le but de réduire ou de réorienter une réaction cicatricielle anormale. La première stratégie était une thérapie cellulaire basée sur l'utilisation des cellules stromales mésenchymateuses du tissu adipeux. Bien que les études effectuées aient révélé des aptitudes immunomodulatrices encourageantes, l'utilisation de ces cellules n'a pas apporté de résultats probants pour prétendre combattre la cicatrisation excessive de notre modèle. La seconde stratégie s'appuyait sur les enseignements tirés de la première approche et de la régénération animale. Les brûlures ont été traitées par des jets de plasma froid à pression atmosphérique. La prise en charge des lésions par ce nouvel outil entraina singulièrement une diminution de la zone cicatricielle. Les expériences montrèrent que le plasma circonscrivit la cicatrisation par l'atténuation de l'inflammation et du dépôt matriciel subséquent ; il en résulta une fibrose dermique quasi-inexistante, l'émergence de follicules pileux en régénération et une récupération de l'hypoderme. En conclusion, le plasma froid améliore significativement la cicatrisation des brûlures profondes. / Scarring and regeneration are both repair processes observed in the animal kingdom, even though mammals always heal by a scar tissue formation that never restitute the initial tissue structure and properties. Burns healing can become abnormal and may subsequently affect the person's daily life. Considering pathological healings, we developed innovative regenerative medicine strategies to reduce or redirect the wound healing process towards a better issue in a mouse model of skin burn. First, we performed a cell therapy based on the administration of adipose mesenchymal stromal cells. Although the experiments showed promising immunomodulatory abilities, such cells failed to provide convincing results in our model of excessive burn healing. The second intent was designed after findings from the first approach and knowledge from regenerative models. Deep skin burns were treated by cold atmospheric plasma. We found that plasma-treated lesions were repaired by a considerably diminished scar. Experiments showed that the plasma treatment resulted in almost inexistent fibrosis through a reduction of inflammation and matrix deposition, emergence of regeneration follicles regeneration and a better restitution of hypodermis. In conclusion, cold atmospheric plasma significantly improves healing when applied on skin burns.

Abstract Bone tissue engineering has become a rapidly expanding research area because it offers a promising new approach for bone repair and regeneration. Compared to traditional autograft and allograft procedures, bone tissue engineering techniques based on the use of scaffolding materials in combination with autogenous stem cells can eliminate problems of donor site morbidity associated with the harvest of bone tissue, and its short supply. Clearly, the choices of material as well as a scaffold design that enhance bone regeneration are major challenges in the tissue engineering approach. Fibers in the micro-range in combination with textile-based technologies are consider as potential routes for the production of complex scaffolds since they can be used to generate a wide range of morphological structures and geometrically varied structures with high precision. Therefore in this thesis the specific objects were to: (i) develop a biocompatible composite fiber from poly(lactic acid) (PLA) and hydroxyapatite (HA) by melt spinning, (ii) design a 3D textile scaffold utilizing weaving and (iii) evaluate the scaffolds’ performance as a bone substitute material in vitro. In the present study PLA/HA composite fibers were successfully produced, and found to possess sufficient mechanical strength even at high loading concentrations (i.e. 20wt %), to be useful in a textile process. In addition, the material was shown to be biocompatible and the presence of HA in the PLA composite significantly enhanced the initial cell attachment. In a 3D woven scaffold, bone marrow derived human mesenchymal stem cells (hMSCs) differentiated into osteoblasts and mineralized bone formation in vitro was observed through-the-thickness of the scaffold. Taken together, these results indicate the potential feasibility of PLA/HA composite fiber in a 3D woven scaffold for use as a bone substitute material in tissue engineering applications. / Tiivistelmä Luupuutosten korvaaminen kudosteknologisesti on kehittynyt nopeasti ja tutkimustulokset tarjoavat lupaavia mahdollisuuksia tuottaa uutta luuta luupuutosalueelle. Perinteisiin potilaan omasta luusta tehtyihin luusiirteisiin ja pankkiluusiirteisiin verrattuna potilaan omat kantasolut voivat vähentää ongelmia, joita ovat siirremateriaalin rajallinen saatavuus ja vieraan kudoksen aiheuttamat reaktiot. On tärkeä etsiä hyviä materiaaleja, joista voidaan valmistaa sellaisia kolmiulotteisia (3D) rakenteita, joilla tehostetaan luun paranemista ja uuden luun muodostumista. Kutomalla tuotetut tukirakenteet mahdollistavat kantasolusiirteille kolmiulotteisuuden, jota voidaan säädellä monipuolisesti ja tarkasti. Tämän väitöstutkimuksen tarkoituksena oli: (i) kehittää bioyhteensopiva kuitu maitohappopolymeeristä poly lactic acid (PLA) ja hydroksiapatiitista (HA) kuituekstruusiolla, (ii) suunnitella ja kutoa tästä kuidusta 3D tekstiilirakenne, ja (iii) tutkia sen toimivuus ja ominaisuudet luunmuodostusta tukevana materiaalina soluviljelyolosuhteissa. Tämä tutkimus osoittaa, että PLA kuitua voidaan seostaa hydroksiapatiitilla, ja PLA/HA kuidut ovat mekaanisesti kestäviä sisältäessään jopa 20 painoprosenttia hydroksiapatiittia. Siten kuidut ovat tekstiilin valmistuksessa käyttökelpoisia. Lisäksi materiaali osoittautui bioyhteensopivaksi, ja hydroksiapatiitti paransi solujen tarttumista PLA kuituun viljelyn alkuvaiheessa. Ihmisen luuytimestä peräisin olevat sidekudoksen kantasolut (hMSCs) erilaistuivat soluviljelmässä luuta muodostaviksi soluiksi eli osteoblasteiksi, ja tuottivat mineralisoitunutta luun väliainetta kautta koko kudotun tukirakenteen. Johtopäätöksenä on, että PLA/HA yhdistelmäkuitua voidaan kutoa kolmiulotteiseksi tukirakenteeksi, ja sitä on mahdollista käyttää apuna korvattaessa luupuutoksia kudosteknologian keinoin.

The intervertebral disc (IVD), situated between adjoining vertebrae, consists of the gelatinous nucleus pulposus (NP) in the centre surrounded by the tougher annulus fibrosus (AF). Its main roles are to distribute loads and to act as joints. With aging, degenerative disc disease (DDD) occurs due to an imbalance in anabolic and catabolic events in the IVD, which results in a loss of function. Lower back pain (LBP) affects 84% of people at some point in their lifetime and is strongly associated with DDD. Current LBP treatments have limited long term efficacy and are symptomatic rather than curative. Cell-based therapies are regarded to hold great potential for the treatment of DDD as it has been hypothesised that they could regenerate the damaged tissue and alleviate LBP. A number of natural and synthetic biomaterials have been investigated as NP tissue engineering scaffolds with varying results. In this study, a self assembling peptide hydrogel (SAPH) was investigated for its potential as a cell carrier and/or scaffold for NP tissue engineering. SAPHs display the advantages of natural polymer hydrogels such as biocompatibility and biodegradability whilst combining the advantages of synthetic materials such as controlled structural and mechanical propertiesCharacterisation determined that the SAPH nanofibrous architecture had features that were of similar scale to extracellular matrix (ECM) components of the human NP. The mechanical properties of the SAPH could be optimised to closely match the native tissue. The system could shear thin and self-heal making the system ideally suited to delivery via minimally invasive procedure. The three dimensional (3D) culture of bovine NP cells (bNPCs) in the SAPH demonstrated that the NP phenotype could be restored after de-differentiation during monolayer culture. Gene expression results demonstrated that ‘traditional’ and ‘novel’ NP markers were highly expressed throughout in vitro culture. Cell viability was high, cell population remained stable and bNPCs adopted the characteristic rounded morphology of native NPCs. Finally, type II collagen and aggrecan, the main ECM components of the NP, were deposited with increasing production over culture period. Growth differentiation factor 6 (GDF-6) has been identified as the most promising current growth factor for inducing discogenic differentiation from human bone marrow mesenchymal stem cell (h-BMMSCs). After samples were stimulated with GDF-6, gene expression results confirmed that a NP-like phenotype could be induced with high expression of ‘traditional’ and ‘novel’ NP markers. Cell viability was high, cell population remained stable and NP associated ECM components were deposited with cells displaying a rounded morphology. Interestingly, when h-BMMSCs were cultured without GDF-6, it was strongly suggested that spontaneous discogenic differentiation occurred after culture in the SAPHs as ‘traditional’ and ‘novel’ NP markers were highly expressed, morphology was comparable to native NPCs and type II collagen and aggrecan were deposited extracellularly. If these findings were accurate then this is the first study to demonstrate that a NP-like phenotype could be induced from MSCs without use of an exogenous growth factor or a discogenic bioactive motif. Despite exciting and novel results, further work is required to confirm the potential of SAPHs for NP tissue engineering scaffolds.

L'interleukine-17A (IL-17A) et le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α) sont des cytokines pro-inflammatoires impliquées dans la pathogénèse de plusieurs maladies articulaires. Au cours de la polyarthrite rhumatoïde (PR), une augmentation de la destruction osseuse ainsi qu'un defaut de réparation sont responsables des dommages articulaires. Cependant au cours de la spondylarthrite ankylosante (AS), une importante ossification ectopique est observée, conduisant à la formation de syndesmophytes, associé à une perte de la masse osseuse systémique. Récemment, l'étude de ces cytokines a conduit à la publication de résultats contradictoires. Notre objectif a donc été d'étudier l'effet de ces deux cytokines sur la différenciation ostéogénique de cellules souches mésenchymateuses humaines isolées (hMSCs) et de fibroblastes de la membrane synoviale (FLS). Tous les modèles de cellules utilisés, ont démontré que l'IL-17A et le TNF-α augmentent de manière synergique l'ostéogénèse. Ceci semble se rapprocher du modèle de l'AS où une formation d'os ectopique est observée dans laquelle l'IL-17A et le TNF-α jouent un rôle majeur. En parallèle, ces deux cytokines stimulent localement les ostéoclastes, entraînant une perte de masse osseuse observée à la fois dans la PR et dans l'ostéoporose. Cibler simultanément l'IL-17A et le TNF-α pourrait conduire à une diminution de l'infiltration de cellules et de la destruction articulaire observée dans la PR et pourrait ainsi réduire les effets des FLS PR sur l'activation de l'ostéoclastogénèse / Interleukin-17A (IL-17A) and tumor necrosis factor alpha (TNF-α) are pro-inflammatory cytokines involved in the pathogenesis of several arthritic diseases. In rheumatoid arthritis (RA), joint damage is a result of an increase in bone destruction and a decrease in bone repair. In contrast, in ankylosing spondylitis (AS), a bone mass loss accompanied by a significant ectopic ossification is observed leading to the formation of syndesmophytes. Recent studies led to contradictory findings regarding the role of IL-17A and TNF-α in arthritic disease. Therefore, our objective was to study the effect of these two cytokines on the osteogenic differentiation of isolated human mesenchymal stem cells (hMSCs) and fibroblasts of the synovial membrane (FLS). In all the cell models used, we demonstrated that Il-17A and TNF α synergistically increase osteogenesis. This seems to approach the model of AS where ectopic bone formation is observed and in which IL-17A and TNF-α both are involved. These cytokines stimulate osteoclasts locally resulting in loss of bone mass observed in both RA and osteoporosis. Thus, targeting IL-17A and TNF-α could lead to a decrease in cell infiltration and joint destruction which is observed in RA and may reduce the effects of RA FLS on the activation of osteoclastogenesis

Este trabalho teve como objetivo desenvolver um protocolo para a diferenciação in vitro de células-tronco mesenquimais (CTM) em hepatócitos e a padronização de um modelo animal de fibrose hepática induzida por dimetilnitrosamina (DMN) para ensaios pré-clínicos de transplante de CTM. CTM isoladas de fontes variadas apresentaram morfologia fibroblastóide e aderência ao plástico e o padrão de marcadores de superfície celular esperado na análise por citometria de fluxo. A capacidade de diferenciação osteogênica e adipogênica dessas células foi comprovada pelas colorações de vermelho de alizarina, oil red e azul de toluidina, respectivamente, confirmando, que as células isoladas para este estudo se comportaram como CTM conforme proposto pela Sociedade Internacional de Pesquisa em Células-tronco. A diferenciação hepática foi avaliada quanto à morfologia e capacidade das células diferenciadas de estocar glicogênio confirmada por PAS (ácido periódico-Schiff), de sintetizar albumina confirmada por imunofluorescência, além da capacidade de expressar genes hepato-específicos verificada por ensaios de PCR em tempo real. Com base na literatura para diferenciação hepática, diferentes protocolos de um, dois e três passos foram testados. CTM humanas mostraram capacidade de produzir e estocar glicogênio e de sintetizar albumina, apenas quando diferenciadas com protocolos de três etapas, porém sem uma expressão aumentada dos genes hepato-específicos albumina, &#945;-fetoproteína e c-Met. Uma etapa de diferenciação endodérmica, previamente aplicada à diferenciação hepática, aumentou a capacidade de produzir e estocar glicogênio das CTM diferenciadas. Para a padronização do modelo de fibrose hepática induzida por DMN, foram realizados experimentos de dose-resposta e foi verificado o efeito da hepatectomia em modelos mistos DMN/hepatectomia. A injúria hepática e o efeito do transplante de CTM foram avaliados por análise macroscópica dos fígados, histologia das biópsias de fígados corados com HE e tricromo de Masson e parâmetros bioquímicos séricos. Alterações macroscópicas, histológicas e nos níveis séricos de fosfatase alcalina indicam a indução da fibrose hepática nos ratos Wistar tratados com DMN na dose de 10 &#181;g/g de peso animal por três dias consecutivos durante quatro semanas, mas não observamos nenhum efeito induzido pela hepatectomia. Porém, este modelo com DMN se mostra semelhante a estágios iniciais de uma fibrose hepática. O transplante de 1 x 107 CTM de veia de cordão umbilical humano (VCUH) no modelo de injúria hepática induzida por DMN não resultou em melhora da fibrose, diminuição dos níveis séricos de fosfatase alcalina e nem em ganho de peso dos animais quando comparados aos animais tratados com PBSA após a injúria hepática (grupo placebo). Em conjunto, esses resultados sugerem que CTM humanas se diferenciam após tratamentos mais complexos, onde os indutores hepatogênicos são sequencialmente adicionados ao meio de modo a mimetizar a sinalização durante o desenvolvimento embrionário. O transplante de CTM de VCUH parece não ter efeito positivo em um modelo pré-clínico de injúria hepática similar a estágios iniciais de fibrose. Financiado por CNPq (573578/2008-7) e FAPESP (2007/54260-2). / This study aimed to develop an in vitro differentiation protocol of mesenchymal (MSC) stem cells to hepatocytes and to standardize an animal model for hepatic fibrosis induced by dimethylnitrosamine (DMN) for preclinical transplant assays of MSC. MSC isolated from various sources presented fibroblastoid morphology, plastic adherence, and the expected pattern of cell surface markers by flow cytometry analysis. The capacity of osteogenic, adipogenic and chondrogenic differentiation of these cells was confirmed by alizarin red, oil red and toluidine blue staining, respectively, confirming that the cells isolated for this study behave as MSC, as proposed by the International Society for Stem Cell Research. Hepatogenic differentiation was evaluated by analysis of cell morphology, capacity to store glycogen confirmed by PAS (periodic acid-Schiff), albumin synthesis confirmed by immunofluorescence, as well as hepatic-specific gene expression verified by real time PCR assays. Based on the published literature on hepatic differentiation, several protocols of one, two, and three steps were tested. Human MSC differentiated solely when treated in a three step-protocol, showing the ability to produce and store glycogen and synthesize albumin; however the expression of hepatic-specific genes such as albumin, &#945;-fetoprotein and c-Met was not increased. An endoderm differentiation stage, added to the hepatic differentiation protocol, increased the capacity to produce and store glycogen of differentiated MSC. In order to standardize the model of liver fibrosis induced by DMN, dose-response experiments were performed and the effect of hepatectomy in mixed models DMN/hepatectomy was observed. Severity of liver injury and the effect of cell transplantation were evaluated by macroscopic analysis of the livers, histology of liver biopsies stained with HE and Masson\'s trichrome, and evaluation of serum biochemical parameters. The macroscopic and histological observations, and altered alkaline phosphatase serum levels indicated the success in inducing liver fibrosis in DMN-treated rats at a dose of 10 &#181;g/g of animal weight for three consecutive days, during four weeks, without any additional effect upon hepatectomy. Transplanting 1 x 107 umbilical cord MSC in the model of liver injury induced by DMN did not result in improvement of the fibrosis, decrease of alkaline phosphatase serum levels, or in weight gain of the treated animals compared to animals treated with PBSA after liver injury (placebo group). Together, these results suggest that human MSC are capable of differentiating to hepatocyte-like cells after more complex protocols, where hepatogenic inducers are sequentially added to the medium in order to mimic signaling that occurs during fetal development. Transplantation of undifferentiated umbilical cord MSC did not have any positive effect in a preclinical liver injury model characterized by an early stage of fibrosis. Supported by CNPq (573578/2008-7) and FAPESP (2007/54260-2).