En aquesta Tesi, un nou biomaterial de disseny composat per seqüències peptídiques repetitives i amfifíliques, que per autoensamblatge forma xarxes de nanofibres (i hidrogels), AcN-RADARADARADARADA-CONH2, s´ha utilitzat com a anàleg de la matriu extracel·lular per al manteniment, proliferació i diferenciació cel·lular. Aquest pèptid s'ha funcionalititzat amb motius biològicament actius procedents de proteïnes de la matriu extracel·lular incloent laminina-1 i colàgen IV. El scaffold peptídic autoensamblant RAD16-I i els seus derivats biològicament actius s´han caracteritzat i provat utilitzant diferents sistemes cel·lulars com pot ser les cèl·lules d'aorta humanes (HAEC), hepatocits madurs i la línea progenitora de fetge (Lig-8). La proteòlisi d'aquest pèptid s'ha avaluat utilitzant tripsina com a enzim proteolític, i els fragments resultants s'han analitzat per MALDI-TOF i AFM. Així mateix, la segona generació de biomaterials basats en el RAD16-I s'ha provat tant amb HAEC com amb hepatocits madurs. Amb aquests sistemes hem demostrat que el desenvolupament d'una matriu biomiètica reforça, a la vegada que manté, les funcions específiques de cada teixit. En particular, els resultats obtinguts en diferenciació, proliferació i manteniment de la funció cel·lular utilitzant pèptids sintètics autoensamblants són comparables amb els resultats que s'obtenen utilitzant matrius biològiques (Colàgen I i Matrigel). Això indica que els nostres anàlegs de la matriu extracel·lular poden substituir als materials naturals, i suggereix l'ús d'aquests materials intel·ligents amb capacitat instructiva en aplicacions terapèutiques. Així mateix s'ha provat que l'ús d'aquests pèptids auto-ensamblants és eficient en la construcció d'un nínxol de cèl·lules mare. Hem sigut capaços de controlar la cinètica cel·lular (de simètrica a assimètrica) induint diferenciació funcional, a la vegada que es mantenia una petita proporció de cèl·lules no diferenciades. Aquests resultats indiquen clarament que hem sigue capaços d'obtenir un nínxol on cèl·lules primitives (Lig-8) es diferencien adquirint funcions d'hepatocits madurs. Hem desenvolupat una plataforma de biomaterials que es podrien utilitzar per la funcionalització amb innumerables biomolècules amb capacitat d'induir processos biològics com la diferenciació, proliferació i funció metabòlica. Aquests biomaterials, preveiem que tindran un gran impacte a l'àrea terapèutica i biología regenerativa. / En esta Tesis, un nuevo biomaterial de diseño compuesto por secuencias peptídicas repetitivas y amfifílicas que por autoensamblaje forma redes de nanofibras (e hidrogeles), AcN-RADARADARADARADA-CONH2 (RAD16-I), se ha utilizado como análogo de la matriz extracelular para el mantenimiento, proliferación y diferenciación celular. Este péptido se ha funcionalizado con motivos biológicamente activos procedentes de proteínas de la matriz extracelular incluyendo laminina-1 y colágeno IV. El scaffold peptídico autoensamblante RAD16-I y sus derivados biológicamente activos se han caracterizado y probado utilizando diferentes sistemas celulares como puede ser células endoteliales de aorta humanas (HAEC), hepatocitos maduros y la línea progenitora de hígado Lig-8. La proteólisis de este péptido se ha evaluado utilizando tripsina como enzima proteolítico, y los fragmentos resultantes se han analizado por MALDI-TOF y AFM. Asimismo, la segunda generación de biomateriales basados en el RAD16-I se ha probado tanto con HAEC como hepatocitos maduros. Con estos sistemas hemos demostrado que el desarrollo de una matriz biomimética refuerza a la vez que mantiene las funciones específicas de cada tejido. En particular, los resultados obtenidos en diferenciación, proliferación y mantenimiento de la función celular utilizando los péptidos sintéticos auto-ensamblantes son comparables con los resultados que se obtienen usando matrices biológicas (Colágeno I y Matrigel). Esto indica que nuestros análogos de la matriz extracelular pueden reemplazar a los materiales naturales, y sugiere el uso de estos materiales inteligentes con capacidad instructiva en aplicaciones terapéuticas. Asimismo, se ha probado que el uso de estos péptidos auto-ensamblantes es eficiente en la construcción de un nicho de células madre. Hemos sido capaces de controlar la cinética celular (de simétrica a asimétrica) induciendo diferenciación funcional, a la vez que se mantenía una pequeña proporción de células no diferenciadas. Estos resultados indican claramente que hemos sido capaces de obtener un nicho donde células primitivas (Lig-8) se diferencian adquiriendo funciones de hepatocitos maduros. Hemos desarrollado una plataforma de biomateriales que se podrían utilizar para la funcionalización con innumerables biomoléculas con capacidad de inducir procesos biológicos como la diferenciación, proliferación y función metabólica. Estos biomateriales preveemos que tendrán un gran impacto en el área terapéutica y biología regenerativa. / In this Thesis, a new designed biomaterial made out of short repetitive amphiphilic peptide sequence AcN-RADARADARADARADA-CONH2 (RAD16-I) that self-assembles forming nanofiber networks (hydrogel scaffold) has been used as synthetic extracellular matrix analog for cell maintenance, proliferation and differentiation. This peptide has been functionalized with biological active motifs from extracellular matrix proteins including laminin-1 and collagen IV. The prototypic self-assembling peptide scaffold RAD16-I and its biologically active derivatives have been characterized and tested using several cellular systems such as human aortic endothelial cells (HAEC), mature hepatocytes and a putative liver progenitor cell line, Lig-8. The proteolysis of the peptide RAD16-I has been evaluated using trypsin as a proteolytic enzyme and the resulting fragments have been analyzed by MALDI-TOF and AFM. Moreover the second generation of RAD16-I-based biomaterials have been tested using HAEC and mature hepatocytes. With these systems we have shown that the development of a biomimetic matrix enhances as well as maintain tissue-specific functions. In particular, the results obtained in cell differentiation, proliferation and maintenance of cell function using the synthetic self-assembling peptide matrices, are comparable with the results obtained using natural biological matrices counterparts (Collagen-I and Matrigel). This indicates that our extracellular matrix analogs can replace the use of naturally-derived materials and suggests the use of these smart biomaterials with instructive capacity for cells in therapeutics. Moreover, the use of the self-assembling peptide RAD16-I in the recreation of a stem-cell niche proved to be highly efficient. We were able to control stem-cell kinetics (from symmetric to assymetric) inducing functional differentiation while maintaining a small proportion of undifferentiated cells. This striking results clearly indicate that we were able to obtain a stem-cell niche where primitive cells (Lig-8) undergo differentiation acquiring mature hepatic functions. We have developed a biomaterial platform that can be used for functionalization with innumerable biomolecules, with capacity to induce biological processes like differentiation, control of proliferation, metabolic function, etc. These biomaterials will have a strong impact in therapeutics and regenerative biology.

Made available in DSpace on 2016-12-23T13:56:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Thiago de Almeida Pereira.pdf: 7083594 bytes, checksum: b087de1012807ea82b96d6e7ada7b3cc (MD5) Previous issue date: 2010-03-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Hedgehog (Hh) pathway activation promotes many processes that occur during fibrogenic liver repair. Whether the Hh pathway modulates the outcomes of virally-mediated liver injury has never been examined. Gene-profiling studies of human hepatocellular carcinomas (HCC) demonstrate Hh pathway activation in HCCs related to chronic infection with hepatitis B virus (HBV) or hepatitis C virus (HCV). Because most HCC develop in cirrhotic livers, we hypothesized that Hh pathway activation occurs during fibrogenic repair of liver damage due to chronic viral hepatitis, and that Hh-responsive cells mediate disease progression and hepatocarcinogenesis in chronic viral hepatitis. Methods Immunohistochemistry and qRT-PCR analysis were used to analyze Hh pathway activation and identify Hhresponsive cell types in archival liver biopsies from 45 patients with chronic HBV or HCV with different stages of fibrosis (F0-4), some of which also presented HCC. Hh signaling was manipulated with cyclopamine in primary human hepatic stellate cells (HSC) and sinusoidal endothelial cells (SEC). Angiogenesis assay was used to investigate if the pathway plays a role in tube formation. SECs were incubated with recombinant Shh, conditioned media from HSC, cyclopamine, short hairpin RNA against smoothened or their respective controls and the length of vascular tubes were measured by morphometry. Hedgehog production was investigated in Huh7 cells infected with JFH-1 and in a rat hepatoma cell line that express the HBV X gene by qRT-PCR. Results We found increased hepatic expression of Hh ligands (Shh and Ihh) in all patients with chronic viral hepatitis (p<0.005), and demonstrated that infection with JFH-1 or ectopic expression of the HBV X gene stimulated cultured hepatocytes to produce Shh (p<0.005). The major cell populations that expanded during cirrhosis and HCC (i.e., liver myofibroblasts, activated endothelial cells, and progenitors expressing markers of tumor stem/initiating cells Krt7, CD133, Epcam and survivin) were Hh-responsive (Patched and Gli-2 positive) and higher levels of Hh pathway activity associated with cirrhosis and HCC (p<0.005). Inhibiting pathway activity in Hh-responsive target cells (HSC and SEC) reduced fibrogenesis (p<0.005 for &#945;SMA and p<0.05 for col1&#945;1 expression) and angiogenesis (p<0.05). Conclusions HBV/HCV infection increases hepatocyte production of Hh ligands in hepatocytes and expands types of Hh-responsive cells, including myofibroblasts and xiv sinusoidal endothelial cells that associate with fibrosis progression to cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Moreover, hedgehog-responsive progenitors that are undergoing epithelial-to-mesenchymal transition accumulate during the progression of viral hepatitis and may play a role in the development or progression of hepatocellular carcinoma. In vitro inhibition of Hh-signaling in primary human hepatic stellate cells and sinusoidal endothelial cells suggest the possibility of using Hh inhibitors as potential tools to prevent cirrhosis and hepatocellular carcinoma in patients with chronic hepatitis B and C / Ativação da via do Hedgehog (Hh) promove vários processos que ocorrem durante o reparo fibrogênico hepático. O papel da via do Hh na lesão causada pela hepatite crônica B e C ainda não foi investigado. Estudos de expressão global em carcinomas hepatocelulares (CHC) demostraram a ativação da via do Hh em pacientes com CHC relacionados à infecção crônica com o vírus da hepatite B (VHB) ou vírus da hepatite C (VHC). Como a maioria dos CHCs desenvolve em fígados cirróticos, levantamos a hipótese de que a ativação da via do Hh ocorre durante o reparo fibrogênico relacionado à hepatite viral crônica B e C e que células Hh-reatoras poderiam orquestrar a progressão da doença e a hepatocarcinogênese na hepatite viral crônica. Métodos Immunohistoquímica e análise por PCR quantitativo em tempo real (qRTPCR) foram utilizados para investigar a ativação da via do Hh e identificar os tipos celulares que respondem aos ligantes dessa via em biópsias arquivadas de 45 pacientes com hepatite crônica B ou C, de diferentes graus de fibrose (F0-4), sendo que 7 também apresentavam CHC. A via do Hh foi manipulada com Ciclopamina em células estreladas hepáticas (HSC) e em células endoteliais sinusoidais hepáticas (SEC) primárias humanas. O ensaio da angiogênese foi usado para investigar o papel da via do Hh na formação de tubos. SECs foram incubadas com Shh recombinante, meio condicionado de HSC, ciclopamina, short hairpin RNA (shRNA) contra o Smoothened ou os seus controles respectivos e o comprimento dos tubos vasculares foram quantificados por morfometria. A produção de ligantes Hh foi investigada por qRT-PCR em células Huh7 infectadas com o virus JFH-1 e em uma linhagem de hepatoma de rato que expressa o gene da proteína X do VHB. Resultados Observamos um aumento dos níveis de expressão de ligantes Hh (Shh e Ihh) em todos os pacientes com hepatite crônica viral (p<0,005) e demonstramos que a infecção pelo vírus da hepatite C JFH-1 ou a expressão ectópica do gene X do VHB estimulam culturas de hepatoma a produzirem Shh (p<0,005). Os principais tipos celulares que proliferam durante a cirrose e CHC (miofibroblastos, células endoteliais ativadas e progenitores que expressam marcadores de células tronco/iniciadoras de tumor CD133, Krt7, EpCAM e survivina) são reatores aos ligantes Hh e os níveis mais altos de expressão de componentes da via do Hh (Shh, Ihh, Gli-2 e Ptch) estão associados xii com cirrose e CHC (p<0,005). Inibição da via do Hh em células reatoras (HSC e SEC) reduziu fibrogênese (p<0,005 para expressão de &#945;SMA e p<0,05 para expressão de col1&#945;1) e angiogênese (p<0,05). Conclusões A Infecção pelo VHB/VHC aumenta a produção de ligantes hedgehog em hepatócitos e expande o número de células estreladas hepáticas e células endoteliais sinusoidais primárias humanas reatoras a esses ligantes, em relação direta com a progressão da fibrose para a cirrose e o carcinoma hepatocelular. Também induz o acúmulo progressivo de células progenitoras reatoras a via do Hh e que estão em processo de transição epitélio mesenquimal, o que pode estar relacionado com o desenvolvimento ou a progressão do carcinoma hepatocelular. A inibição in vitro da ativação da via do Hedgehog em células estreladas e em células sinusoidais endoteliais hepáticas primárias humanas sugere a possibilidade de investigar inibidores dessa via como potenciais ferramentas para reduzir a progressão da fibrose hepática para cirrose e carcinoma hepatocelular nas hepatites crônicas produzidas pelos vírus B e C