Rationale: Vascular remodeling and right-ventricular (RV) dysfunction are features of refractory pulmonary hypertension (PHT) in human neonates. These features are replicated in rats chronically exposed to hypoxia (13% O2), in which increased pulmonary vascular resistance (PVR) was acutely normalized by Y-27632, a Rho-kinase (ROCK) inhibitor, but not by inhaled nitric oxide. Objective: To examine the reversing effects of sustained ROCK inhibition on haemodynamic (RV dysfunction and increased PVR) and structural (RV hypertrophy and arterial wall remodeling) changes of chronic hypoxic PHT. Methods: Rat pups were exposed to air or hypoxia from birth for up to 21 days and received Y-27632 (15 mg/kg/b.i.d.) or vehicle from day 14. Results: Y-27632 normalised RV dysfunction and reversed remodeling secondary to chronic hypoxia. These changes were accompanied by increased apoptosis of smooth muscle and attenuated endothelin-1 expression in pulmonary arteries. Conclusion: ROCK inhibitors hold promise as a rescue therapy for refractory PHT in neonates.

Rationale: Vascular remodeling and right-ventricular (RV) dysfunction are features of refractory pulmonary hypertension (PHT) in human neonates. These features are replicated in rats chronically exposed to hypoxia (13% O2), in which increased pulmonary vascular resistance (PVR) was acutely normalized by Y-27632, a Rho-kinase (ROCK) inhibitor, but not by inhaled nitric oxide. Objective: To examine the reversing effects of sustained ROCK inhibition on haemodynamic (RV dysfunction and increased PVR) and structural (RV hypertrophy and arterial wall remodeling) changes of chronic hypoxic PHT. Methods: Rat pups were exposed to air or hypoxia from birth for up to 21 days and received Y-27632 (15 mg/kg/b.i.d.) or vehicle from day 14. Results: Y-27632 normalised RV dysfunction and reversed remodeling secondary to chronic hypoxia. These changes were accompanied by increased apoptosis of smooth muscle and attenuated endothelin-1 expression in pulmonary arteries. Conclusion: ROCK inhibitors hold promise as a rescue therapy for refractory PHT in neonates.

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Osteoarthritis is an inflammation-related disease that progressively destroys joint cartilage. This disease causes pain and stiffness of the joints, and at advanced stages, limitations to the movement or bending of injured joints. Therefore, it often restricts daily activities and the ability to work. Currently, there is no cure to prevent its progression, although certain damaged joints, such as fingers, knees and hips, can be treated with joint replacement surgeries. However, joint replacement surgeries of larger joints are very invasive operations and the joint replacements have a limited lifetime. Cell-based therapies could offer a way to treat cartilage injuries before the ultimate damage of osteoarthritis on articular cartilage. The development of novel treatments needs both a good knowledge of articular cartilage biology and tissue engineering methods. This thesis primarily investigates the effects of mechanical cyclic stretching, a 5% low oxygen atmosphere and the Rho-kinase inhibitor, Y-27632, on protein responses in chondrocytic human chondrosarcoma (HCS-2/8) cells. Special focus is placed on Rho-kinase inhibition, relating to its potential to promote and support extracellular matrix production in cultured chondrocytes and its role in fibroblast cells as a part of direct chemical cellular differentiation. The means to enhance the production of cartilage-specific extracellular matrix is needed for cell-based tissue engineering applications, since cultured chondrocytes quickly lose their cartilage-specific phenotype. A mechanical 8% cyclic cell stretching at a 1 Hz frequency was used to model a stretching rhythm similar to walking. The cellular stretching relates to stresses, which are directed to chondrocytes during the mechanical load. The stretch induced changes in proteins related, e.g., to certain cytoskeletal proteins, but also in enzymes associated with protein synthesis, such as eukaryotic elongation factors 1-beta and 1-delta. Hypoxic conditions were used to model the oxygen tension present in healthy cartilage tissue. Long-term hypoxia changed relative amounts in a total of 44 proteins and induced gene expressions of aggrecan and type II collagen, in addition to chondrocyte differentiation markers S100A1 and S100B. A short-term inhibition of Rho-kinase failed to induce extracellular matrix production in fibroblasts or in HCS-2/8 cells, while its long-term exposure increased the expressions of chondrocyte-specific genes and differentiation markers, and also promoted the synthesis of sulfated glycosaminoglycans by chondrocytic cells. Interestingly, Rho kinase inhibition under hypoxic conditions produced a more effective increase in chondrocyte-specific gene expression and synthesis of extracellular matrix components by HCS-2/8 cells. The treatment induced changes in the synthesis of 101 proteins and ELISA analysis revealed a sixfold higher secretion of type II collagen compared to control cells. The secretion of sulfated glycosaminoglycans was simultaneously increased by 65.8%. Thus, Rho-kinase inhibition at low oxygen tension can be regarded as a potential way to enhance extracellular matrix production and maintain a chondrocyte phenotype in cell-based tissue engineering applications.

Au cours de ces années de Doctorat, nous avons étudié les effets ototoxiques de certains médicaments et les moyens de prévenir les surdités neuro-sensorielles quils peuvent induire. Parmi ces molécules, nous nous sommes concentrés sur les plus couramment utilisées en pratique clinique : les antibiotiques de la famille des aminoglycosides et le cisplatine, un agent anti-cancéreux. Lintroduction de notre travail replace la surdité dans son contexte de santé publique. En particulier, nous décrivons pourquoi les médicaments ototoxiques sont utilisés et dans quelles circonstances. Nous présentons la structure de loreille interne et nous tentons dexpliquer sa vulnérabilité aux molécules ototoxiques. Nous abordons ensuite les moyens de prévention et/ou de traitement de ces atteintes neuro-sensorielles pharmaco-induites. Outre les moyens classiques de prévention, que sont les facteurs trophiques et les antioxydants, nous décrivons de nouvelles voies dapproche que sont les voies de signalisation impliquant la protéine kinase C ou la cascade dactivation RhoA/ROCK. La présentation de notre travail original sarticule autour de deux parties. Dans la première partie, nous rapportons les résultats obtenus au cours de notre étude de la toxicité des aminoglycosides et du cisplatine chez la souris et le cobaye in vivo. Nous avons mis en évidence une différence de vulnérabilité significative entre ces deux espèces face à lagression ototoxique. Cette différence existe au niveau fonctionnel, mis en évidence par létude des potentiels évoqués auditifs, et au niveau anatomique, étudié en histologie et en immunohistochimie. Nous en discutons les implications en recherche et en pratique clinique. Dans la seconde partie, nous étudions les moyens de prévenir cette surdité in vivo et in vitro. Nous avons utilisé un modèle de surdité par aminoglycoside chez le cobaye. Nous avons testé et validé une technique de perfusion intra-cochléaire in vivo. Nous avons observé les effets de deux molécules expérimentales : la Bryostatine 1, un activateur de la protéine kinase C, et un inhibiteur de la voir RhoA-ROCK. Leffet protecteur de ces molécules est actuellement limité au ganglion spiral, dont la survie est essentielle à tout traitement dimplantation prothétique et de réadaptation. Nous discutons des perspectives en médecine humaine dans notre conclusion. In this work, we focused our attention on the effects of main ototoxic drugs i.e. aminoglycosides and cisplatin in mammals. We identified new avenues for the prevention of this toxicity. In the introduction, we described how and why ototoxic drugs are used. We then described potential otoprotective strategies in neurosensory deafness. Among them, trophic factors and antioxidant molecules have been widely used. New otoprotective approaches do exist, implying the protein kinase C or RhoA/ROCK signalling. Our original work was presented in two parts. In the first part, we reported the in vivo effects of aminoglycosides and cisplatin in two mammalian species: mice and guinea pigs. Contrarily to guinea pigs, evidence of mice resistance to ototoxicity was found at a functional level, assessed by auditory brainstem responses, and at an anatomical level, studied by immunohistochemistry. We discussed the implication of such differences in research and in clinical practice. In the second part, we studied the effect of two potential otoprotective molecules: Bryostatine 1, an activator of the protein kinase C, and Y-27632, a Rho kinase inhibitor. We showed that these molecules are protecting spiral ganglion neurons both in vitro and in vivo. Survival of spiral ganglion neurons is crucial in the management and rehabilitation of deafness. The potential perspectives of these results in human medicine were discussed.

Einleitung: Equine Bronchialepithelzellen (EBEC) orchestrieren die Funktion von Zellen wie z. B. glatte Muskelzellen, Zellen des Immunsystems sowie Rezeptorantworten. Darüber hinaus exprimieren sie β2-Adrenozeptoren. Diese wiederum spielen eine entscheidende Rolle bei der Physiologie der Atemwege aber auch bei der Pathogenese von Atemwegserkrankungen, wie dem humanen und equinen Asthma, sowie als therapeutisches Ziel bei deren Behandlung. Zielsetzung: In der vorliegenden Arbeit wurden equine Bronchialepithelzellen isoliert und kultiviert. An ihnen wurden dann die Expression, der Subtyp und die Funktionalität des β2-Adrenozeptors untersucht. Dies wurde sowohl an frisch isolierten, an kultivierten und an mit ROCK-Inhibitors Y-27632 behandelten EBEC geprüft, um den Einfluss der Kultivierung und den Einfluss von Y-27632 auf die Expression und die Funktion des Rezeptors zu klären. Material und Methode: EBEC wurden aus den Bronchien von gesund geschlachteten Pferden gewonnen, indem die Mukosa stumpf abgetrennt, zerkleinert und mittels 0,25 % Trypsin verdaut wurde. Die Dichte und die Subtypverteilung der β-Adrenozeptoren auf EBEC wurden mittels Radioligandbindungsstudie mit [125I]-(-)-Iodocyanopindolol und in Gegenwart von subtypselektiven β2- (ICI 118.551) und β1-Antagonisten (CGP 20712A) untersucht. Die Funktion wurde in Form der intrazellulären cAMP-Akkumulation nach Stimulation durch die Agonisten Isoprenalin, Epinephrin und Norepinephrin mit Hilfe eines Alpha-Screen-Assays untersucht. Die Kultvierung der Zellen erfolgte in einem vollständigen AECGM mit 10 % FBS. Nach sechs Tagen bildete sich ein konfluenter Monolayer. Y-27632 wurde in der Konzentration von 10 nM angewendet. Die statistische Signifikanz wurde über einen t-Test für unverbundene Stichproben ermittelt und das Signifikanzniveau bei P ≤ 0,05 festgelegt. Ergebnisse: Die maximale Rezeptordichte (Bmax) war mit 9 763 Bindungsstellen/Zelle bei frisch isolierten und 10 575 Bindungsstellen/Zelle bei kultivierten EBEC vergleichbar. Allerdings führte Y 27632 während der Kultivierung zu einer Reduktion um ~35 % von 10 575 Bindungsstellen/Zelle auf 6 929 Bindungsstellen/Zelle. Die Affinität (KD) des Rezeptors war bei allen drei Bedingungen (frisch, kultiviert und mit Y-27632 behandelt) mit 16, 25 und 34 pM ähnlich hoch. Bei der Untersuchung der β-Adrenozeptorsubtypverteilung konnte überwiegend der β2-Adrenozeptorsubtyp nachgewiesen werden. Die Bildung des intrazellulären cAMP erfolgte bei allen EBEC in der Reihenfolge der Potenz Isoprenalin > Epinephrin > Norepinephrin. Die Emax Werte für Isoprenalin, Epinephrin und Norepinephrin waren bei frisch isolierten mit 33, 29 und 30 pM und bei kultivierten EBEC mit 33, 27 und 22 pM ähnlich. Die Behandlung mit Y-27632 führte jedoch zu einer signifikanten Erhöhung der Emax Werte und somit zu einer deutlichen Funktionsverbesserung der β2-Adrenozeptoren. Schlussfolgerung: EBEC haben sich als ein geeignetes In-vitro-Zellmodell zur Untersuchung der Eigenschaften von β2-Adrenozeptoren in Physiologie und Pathologie sowohl für Forschungs- als auch für Klinikzwecke gezeigt. Die Funktionsverbesserung der β-Adrenozeptoren unter dem Einfluss von Y-27632 scheint vielversprechend für den zukünftigen Einsatz als Arzneimittel bei der Behandlung von humanem und equinem Asthma. Allerdings bleibt seine downregulierende Wirkung auf die Rezeptorendichte widersprüchlich und bedarf weiterer Forschungsarbeit.

Introduction : Malgré leur état non-prolifératif in vivo, les cellules endothéliales cornéennes (CEC) peuvent être amplifiées in vitro. Leur transplantation subséquente par injection intracamérale pourrait surmonter la pénurie de tissus associée à l’allo-greffe traditionnelle – l’unique traitement définitif disponible pour les endothéliopathies cornéennes. Objectif : Évaluer la fonctionnalité d’un endothélium cornéen reconstitué par injection de CEC dans la chambre antérieure du félin. Méthodes : Les yeux droits de 16 animaux ont été opérés. Huit ont été désendothélialisés centralement avec injection de 2x10e5 (n=4) ou 1x10e6 (n=4) CEC félines supplémentées avec Y-27632 et marquées avec SP-DiOC18(3). Deux ont été désendothélialisés complètement et injectés avec 1x10e6 CEC et Y-27632. Six contrôles ont été désendothélialisés centralement (n=3) ou complètement (n=3) et injectés avec Y-27632 sans CEC. La performance clinique, l’intégrité anatomique, le phénotype fonctionnel et l’expression de SP-DiOC18(3) du nouvel endothélium ont été étudiés. Résultats : Les cornées greffées avec 2x10e5 CEC et les contrôles désendothélialisés centralement ont réussi le mieux cliniquement. Les contrôles désendothélialisés complètement sont restés opaques. L’histopathologie a révélé une monocouche endothéliale fonctionnelle dans les cornées greffées avec 2x10e5 CEC et les contrôles désendothélialisés centralement, une multicouche endothéliale non-fonctionnelle dans les cornées désendothélialisées centralement et greffées avec 1x10e6 CEC, et un endothélium fibrotique non-fonctionnel dans les cornées désendothélialisées complètement. L’expression de SP-DiOC18(3) était rare dans les greffes. Conclusion : La thérapie par injection cellulaire a reconstitué un endothélium partiellement fonctionnel, auquel les CEC injectées n’ont contribué que peu. L’injection de Y-27632 sans CEC a reconstitué l’endothélium le plus sain. Des études additionnelles investiguant l’effet thérapeutique de Y-27632 seul sont justifiées. / Introduction : Despite their growth arrest in vivo, corneal endothelial cells (CEC) can be amplified in vitro. Their subsequent transplantation by cell-injection therapy could overcome the tissue scarcity associated with traditional allo-transplantation, which is the only currently available treatment for irreversible corneal endothelial failure. Objective : To evaluate the functionality of a corneal endothelium reconstituted by cell- injection therapy in the feline. Methods: The right eyes of 16 animals underwent surgery. Eight underwent central endothelial scraping and injection with 2x10e5 (n=4) or 1x10e6 (n=4) feline CEC supplemented with Y-27632 and labeled with SP-DiOC18(3). After total scraping, two eyes were injected with 1x10e6 labeled CEC and Y-27632. The central (n=3) or entire (n=3) endothelium was scraped in six controls followed by Y-27632 injection without CEC. Outcomes included clinical performance, anatomical integrity, functional phenotype and SP-DiOC18(3) expression of the new endothelium. Results: Corneas grafted with 2x10e5 CEC and centrally scraped controls performed the best clinically. Entirely scraped controls remained hazy and thick. Histopathology revealed a confluent, functional endothelial monolayer in corneas grafted with 2x10e5 CEC and centrally scraped controls, a non-uniform, non-functional endothelial multilayer in centrally scraped corneas grafted with 1x10e6 CEC, and a non-functional fibrotic endothelium in entirely scraped grafts and controls. SP-DiOC18(3) was scarce in grafts and absent in controls. Conclusion : Cell-injection therapy reconstituted an incompletely functional endothelium, to which injected CEC contributed little. Y-27632 injection without CEC reconstituted the healthiest endothelium. Further studies investigating the therapeutic effect of Y-27632 alone are warranted.