Yes / Articular cartilage, a connective tissue, contains chondrocytes and glycosaminoglycans (GAGs) which aid in water retention, providing the tissue with its magnificent ability to prevent friction, withstand loads and absorb compressive shocks however, cartilage, does not have the ability to regenerate and repair. Osteoarthritis (OA) is a progressive degenerative disease, which includes reduction of cartilage thickness between two bones in a joint, causing painful bone-to-bone contact. OA affects over 8 million people in the UK alone. , and as the primary causes are unknown, available treatments including surgical and non-surgical techniques which only reduce the symptoms created by the disorder instead of providing a cure. This project focused on utilizing TGF-β1, a cytokine found in elevated amounts in healthy cartilage when compared to degraded cartilage, in order to observe the effects of the growth factor on both healthy and osteoarthritic chondrocytes. The healthy and the osteoarthritic chondrocytes were cultured in two different media (DMEM with and without TGF- β1) before utilizing the SpectraMax M2/M2e plate reader to observe and analyze the effect of TGF-β1 on water retention properties of cells. This has been achieved by quantifying the GAG content using DMMB dye. Results showed that although TGF-β1 did displayed an increase in glycosaminoglycan synthesis, the statistical increase was not vast enough for the alternative hypothesis to be accepted; further experimentation with TGF-β1, alongside other cytokines within the growth factor family is needed to perceive the true influence of the growth factor on un cured degenerative diseases. It was concluded that both the healthy and osteoarthritic cells treated with TGF-β1 absorbed considerably more DMMB in comparison to the cells, suggesting that TGF-β1 indeed works to aid in water retention. TGF-β1 is a key factor to be exploited when constructing treatments for osteoarthritis

Yes / Osteoarthritis (OA) is a degenerative disease leading to the breakdown of the hyaline cartilage between a varieties of diarthrodial joints such as the knee joint, carpals of the wrist and etc. When the cartilage is affected by trauma or wear and tear, Osteolysis may occur; broken debris of cartilage found within the synovial fluid may be recognised as a pathogen and therefore, the body’s autoimmune response will directly target the cartilage for destruction. Cytokines are proteins/peptides of glycoproteins that are secreted by cells and are involved in interaction and communication between cells. Transforming Growth Factors Beta 1 (TGF-β1) is one of well-known cytokines and had shown many effects on cellular biology including simulation or inhibition of cell proliferation, differentiation, production of extracellular matrix (ECM), remodelling, and producing both hormones and growth factors. On the other hand, Photonics recently play an important role for treatment of OA. The main aim of this review article is to investigate the effect of TGF-β1 in treatment of OA. Other important aim of this work is to explore the broad applications of optics and photonics in biomedical applications including treatment of OA. Biomedical applications of photonics have broad aspects including laser, carbon nanotubes (CNTs), quantum dots (QDs) and graphene and photodynamic therapy (PDT) which discussed in this review paper.

Hyaluronan (HA) ist ein nicht sulfatiertes Glykosaminoglykan, welches in der dermalen Extrazellularmatrix eine große Rolle als wasserspeicherndes Molekül spielt. Nach aktuellem Forschungsstand wird dem HA auch eine entscheidende Bedeutung u.a. in der Zellkommunikation und der Gewebehomöostase zugesprochen. Auswirkungen eines deutlich verminderten HA-Gehalts auf die Dermis im Ruhezustand wurden bisher wenig beleuchtet. Klinisch führen die Applikation von Glucocorticoiden und Exposition mit ultraviolettem Licht zu diesem Zustand. Ziel der vorliegenden Arbeit war eine Teiluntersuchung der Folgen nach HA-Suppression auf die ECM der ruhenden Dermis und ihrer Zellen. Wir analysierten ebendiese am Mausmodell auf mRNA-, Protein- und mikroskopischer Ebene. Wir nahmen an, dass durch HA-Reduktion eine Reorganisation der ECM mit Induktion anderer ECM-Komponenten zur Kompensation des HA-Verlusts stattfindet. Mithilfe eines konditionalen Knockout-(KO)-Modells der murinen HA-Synthase Has2 konnten wir eine suffiziente HA-Reduktion im murinen in vivo-Gewebe erreichen. Histologisch wiesen wir bei diesen Mäusen eine erhöhte Ablagerung an Kollagenen verglichen mit Kontrolltieren nach. In vivo-Genexpressionsanalysen zeigten eine signifikant erhöhte Induktion der Kollagene Typ I und III, den häufigsten Kollagentypen der Dermis. Auf Proteinebene wurde zudem ein erhöhter Gehalt der Kollagen-spezifischen Aminosäure Hydroxyprolin nachgewiesen. Diese Resultate unterstützten die Hypothese der ECM-Reorganisation. Im nächsten Schritt untersuchten wir an Fibroblasten (Fb) und gewebeständigen M2-Makrophagen (Mφ) in vitro eine konkrete Zellkommunikation, die für die Kollagenvermehrung in vivo ursächlich sein könnte. Beide Zellarten kommen in vivo in hoher Zahl in der ruhenden Dermis vor. Fb produzieren den Großteil der ECM, insb. Kollagene und andere fibrilläre Proteine. Aus der Literatur ist bekannt, dass gewebeständige Mφ sowohl mit HA als auch mit Fb komplex interagieren. Zudem sezernieren M2-Mφ zahlreiche profibrotische Zytokine und Wachstumsfaktoren (insb. TGF-β1), welche Einfluss auf den Differenzierungszustand und die Kollagensynthese bei Fb nehmen. Wir stellten die Hypothese auf, dass M2-Mφ im veränderten Microenvironment bei vermindertem HA die Fb hinsichtlich Differenzierungszustand und Matrixsynthese beeinflussen. Aufgrund verringerter Effektivität des Has2-KO im Arbeitsverlauf wurde das HA-Suppressionsmodell für die in vitro-Versuche umgestellt. Die HA-Suppression erfolgte nun mithilfe des etablierten 4- Methylumbelliferon (4MU), welches auf die Zellkulturen appliziert wurde. 4MU wirkt via Depletion eines HA-Vorläuferbausteins suffizient bei Fb. In eigenen Untersuchungen an Fb- und Mφ-Monokulturen in vitro verifizierten wir Effizienz, Reversibilität und Nicht-Toxizität der 4MU-Wirkung auf die Zellen unserer Population erfolgreich. Darauf aufbauend legten wir in vitro-Ko-Kulturen mit murinen Fb und M2-Mφ an. Der residente M2-Status der Mφ wurde durch vorherige IL-4-Applikation über mehrere Tage erreicht. 4MU-beeinflusste Ko-Kulturen wurden gegen nicht beeinflusste Ko-Kulturen verglichen. Zudem variierten wir die Kultivierungsdauer (48 h; 72 h) und das Zellzahlverhältnis der Ko-Kulturen: Eine Ko-Kulturkondition umfasste zehn Anteile Fb und einen Anteil Mφ (10:1-Ko-Kultur); die andere Kondition umfasste einen Anteil Fb und zehn Anteile Mφ (1:10-Ko-Kultur). Nach Ko-Kultivierung trennten wir Fb und Mφ mittels Magnetismus-basierter Separation anhand der CD11b-Oberflächenpräsentation in CD11b-positive Fraktion (murine Mφ) und CD11b-negative Fraktion (murine Fb). Die Reinheit der Separation wurde mittels Durchflusszytometrie verifiziert. Anschließend analysierten wir in Mφ die Expression von Genen, welche die Schlüsselkomponenten eines profibrotischen Signalwegs mit folgender Sekretion von TGF-β1 darstellen (Tlr2, Tlr4, Myd88, Tgfb1). Zudem wurde der bedeutendste HA-Transmembranrezeptor CD44 auf mRNA- und Zelloberflächenebene untersucht. Hinsichtlich der Fb analysierten wir die Genexpression der Kollagene Typ I und III (Col1a1, Col3a1), des fibrillären Matrixproteins ED-A-FN1, sowie verschiedener Gene, die mit dem verstärkten Ansprechen auf TGF-β1 korrelieren (Tgfb1, Tgfbr1, Ccn2, Cox2). Durch Genexpressionsanalyse des Myofibroblastenmarkers αSMA wurde ein möglicher Differenzierungsprozess der Fb durch Wirkung von TGF-β1 untersucht. In Mφ- und Fb-Monokulturen, die als Kontrollen angelegt wurden, konnte im Wesentlichen keine signifikante Wirkung des 4MU auf die untersuchten Gene festgestellt werden. Mögliche Unterschiede auf mRNA-Ebene innerhalb ko-kultivierter Zellen wurden dadurch aussagekräftig. Durch Fb-Monokulturen, welche mit TGF-β1 im Überschuss versetzt wurden, verifizierten wir die Stimulierbarkeit unserer Fb-Population. Die genannten Gene sollten nach TGF-β1-Gabe in Fb vermehrt induziert werden; hier zeigten sich mehrheitlich adäquate Resultate. Wir konnten in Mφ aus 4MU-behandelten Ko-Kulturen eine tendenziell erhöhte Genexpression der Toll-like-Rezeptoren (Tlr2, Tlr4) sowie des Tlr-assoziierten Myd88 feststellen. Zudem wurde mithilfe einer durchflusszytometrischen Analyse gezeigt, dass Mφ nach 4MU-Applikation insgesamt weniger CD44 auf der Zelloberfläche präsentieren. Dies ist ein Indiz dafür, dass Mφ ihre extrazelluläre Umgebung wahrnehmen und ihre Rezeptorexpression ab-hängig vom HA-Gehalt verändern. In ko-kultivierten Fb wurde nach 4MU-Applikation eine signifikant verstärkte Genexpression der Kollagene Typ I und III gemessen; dieses Ergebnis war konkludent zu den erläuterten in vivo-Daten. Ebenfalls wurde bei Untersuchungen des Myofibroblastenmarkers αSMA sowie von Genen, die mit dem Ansprechen auf TGF-β1 korrelieren, eine höhere Geninduktion bei HA-supprimierter Kultur nachgewiesen. Diese Daten aus ko-kultivierten Fb liefern Hinweise dafür, dass nach HA-Suppression durch Anwesenheit von Mφ eine Zellkommunikation mit profibrotischem Effekt bei Fb ablaufen könnte. Tendenziell schwache Unterschiede zwischen 4MU-behandelten und 4MU-unbehandelten Ko-Kulturen sind vor dem Hintergrund einer mäßigen 4MU-Wirkung zu sehen: Nach ELISA-Messung fiel die HA-Suppression in den Ko-Kulturen schwächer aus als in vorherigen Mono-kultur-Versuchen und Vergleichsstudien. Als Gründe für diese schwächere HA-Reduktion sind Interaktionen mit dem Medium und ko-kultivierenden Mφ zu vermuten – die 4MU-Wirkung auf Immunzellen und ko-kultivierende Zellen in vitro ist in der Literatur nur unzureichend untersucht. Zudem sind einige Sekundär-Effekte von 4MU bekannt, die sich auf die Proliferation der Fb, die Synthese und Aktivierung verschiedener ECM-Komponenten neben dem HA sowie auf den allgemeinen Zellmetabolismus auswirken. Diese Effekte könnten potenziell Einfluss auf unsere Resultate nehmen. Insgesamt konnten wir Hinweise dafür gewinnen, dass HA-Suppression direkte Folgen für den Umbau der ECM hat. Ebenfalls konnten wir Hinweise dafür sammeln, dass unter HA-Suppression eine profibrogene Zellkommunikation zwischen Mφ und Fb besteht. Diese Kommunikation resultierte bei Fb in erhöhter Transkription von Komponenten des TGF-β1-Signalwegs, von Kollagenen und Markern eines profibrotischen Differenzierungsstatus. Da sich diese erhöhten Genexpressionen zumeist erst nach 72 h zeigten, wäre eine Betrachtung der Ko-Kulturen mit längeren Kultivierungszeiten sinnvoll. Ebenso könnten eine Genexpressionsanalyse zusätzlicher profibrotischer Zytokine und Mediatoren, die von Mφ sezerniert werden (bspw. IL-6) sowie ein TGF-β1-ELISA aus Ko-Kultur-Überständen angeschlossen werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt neue Ergebnisse bezüglich des Forschungsfeldes zu vermindertem HA-Gehalt. Hinsichtlich des zuvor wenig charakterisierten Has2-KO-Modells konnte eine signifikante Vermehrung von Kollagenen bei HA-Suppression beschrieben wer-den. Ebenso wurde erstmals in vitro eine spezifische Rolle von vermindertem HA innerhalb der mannigfaltigen Beziehungen zwischen Fb und M2-Mφ untersucht. Hierbei konnten wir Indizien für einen Mφ-vermittelten Signalweg bei HA-Verminderung gewinnen. Diese Arbeit bildet somit eine Grundlage für sich anschließende in vivo- und in vitro-Studien zum Komplex der HA-Suppression in der Haut.:INHALTSVERZEICHNIS I ABBILDUNGSVERZEICHNIS V TABELLENVERZEICHNIS VII ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS IX 1. EINLEITUNG 1 1.1. Funktion und Aufbau der menschlichen Haut 1 1.2. Zelluläre und Extrazelluläre Bestandteile der Dermis 3 1.2.1. Allgemeine Zelluläre Bestandteile 3 1.2.2. Myofibroblasten – Funktion und Charakterisierung 5 1.2.3. Extrazelluläre Matrix (ECM) 6 1.3. Hyaluronan als zentraler Bestandteil der ECM 8 1.3.1. Aufbau, biochemische Eigenschaften, Funktionen und Vorkommen 8 1.3.2. Metabolismus 10 1.3.3. Rezeptoren und Signalwege 11 1.4. Ziel der Dissertation 14 2. MATERIALIEN 17 2.1. Mausstämme 17 2.2. Puffer, Lösungen und Medien 17 2.3. Chemikalien, Enzyme und Reagenzien 18 2.4. DNA-Primer 20 2.5. Kits 21 2.6. Antikörper für Durchflusszytometrie 21 2.7. Geräte 22 2.8. Verbrauchsmaterialien 24 2.9. Software 25 3. METHODEN 27 3.1. Arbeiten am Tiermodell 27 3.2. Induzierbarer Has2-KO in Versuchstieren 27 3.2.1. Das Cre/loxP-System 27 3.2.2. Induktion des Has2-KO in vivo 29 3.3. In vitro-Versuche 30 3.3.1. Zellkulturen 30 3.3.2. Isolation muriner Fb und Kulturerhalt 30 3.3.3. Trypsinieren und definiertes Aussäen der Fb 31 3.3.4. Isolation muriner Mφ und Kulturerhalt 31 3.3.5. Durchführung der Ko-Kultur-Versuche 32 3.4. Molekularbiologische Untersuchungen 33 3.4.1. RNA-Isolation aus Zellkulturen 33 3.4.2. RNA-Isolation aus Hautgewebe 33 3.4.3. RNA-Konzentrationsbestimmung und Analyse der Reinheit 34 3.4.4. cDNA-Synthese durch reverse Transkription 34 3.4.5. Herstellung von Standard-Plasmiden für RT-PCR 35 3.4.6. Quantitative RT-PCR 37 3.4.7. HA-ELISA 39 3.4.8. Hydroxyprolin-Assay 40 3.5. Analyse spezifischer Zellpopulationen 41 3.5.1. Separation von CD11b-positiven Zellen aus Ko-Kulturen 41 3.5.2. Durchflusszytometrie 42 3.6. Histologische Analysen 44 3.6.1. Anfertigen von Paraffinschnitten sowie Entparaffinierung 44 3.6.2. Histochemische Masson-Trichrom-Färbung 45 3.7. Statistische Methoden 46 4. ERGEBNISSE 47 4.1. Histologische Analyse des Has2-KO-Phänotyps in ruhender Haut 47 4.2. mRNA-Analyse am Has2-KO-Modell in vivo 48 4.3. Proteinanalysen am Has2-KO-Modell in vivo 49 4.4. Umstellung der HA-Suppression auf 4MU-Modell 50 4.4.1. Pharmakologische Unterdrückung der HA-Synthese durch 4MU sowie Evaluierung der Dosis 51 4.4.2. Untersuchungen zu Effizienz und Reversibilität der 4MU-Wirkung 52 4.4.2.1. Kultivierung muriner Fb mit 4MU über 96 h 53 4.4.2.2. Kultivierung muriner Fb mit 4MU über 15 Tage 54 4.4.2.3. Kultivierung von murinen Mφ mit 4MU 56 4.5. Fb-Mφ-Kokultur-Versuche 59 4.5.1. Etablierung des Ko-Kultur-Settings 59 4.5.2. HA-ELISA aus Ko-Kultur-Überständen 62 4.5.3. Genexpressionsanalysen in Mφ aus Ko-Kulturen 63 4.5.3.1. Analyse von Tlr2 63 4.5.3.2. Analyse von Tlr4 65 4.5.3.3. Analyse von Myd88 66 4.5.3.4. Analyse von Tgfb1 67 4.5.3.5. Analyse von Cd44 69 4.5.4. Genexpressionsanalysen in Fb aus Ko-Kulturen 71 4.5.4.1. Analyse von αSMA 71 4.5.4.2. Analyse von Col1a1 73 4.5.4.3. Analyse von Col3a1 75 4.5.4.4. Analyse von ED-A-FN1 76 4.5.4.5. Analyse von Tgfbr1 78 4.5.4.6. Analyse von Ccn2 79 4.5.4.7. Analyse von Cox2 81 4.5.4.8. Analyse von Tgfb1 82 4.5.5. Zusammenfassung der Genexpressionsanalysen aus Ko-Kulturen 84 4.5.6. Durchflusszytometrische Untersuchungen 85 4.5.6.1. Evaluierung der Reinheit von Fb- und Mφ-Separation 85 4.5.6.2. Analyse von CD44 auf der Zellmembran von Mφ 86 5. DISKUSSION 89 5.1. Grundlage der Arbeitsidee 89 5.2. Betrachtung der in vivo-Ergebnisse (Has2-KO) 90 5.3. Effizienz und Einflüsse der verwendeten HA-Suppressionsmodelle 94 5.4. Betrachtung der in vitro-Ergebnisse (4MU-Applikation) 97 5.5. Fazit und Ausblick auf zusätzliche in vitro-Untersuchungen 106 6. ZUSAMMENFASSUNG 109 LITERATURVERZEICHNIS 115 ERKLÄRUNG ÜBER DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT i ANERKENNUNG DER PROMOTIONSORDNUNG iii LEBENSLAUF v DANKSAGUNG vii

No / There is evidence that both the herb Sanicle and the cytokine TGF- β3 can be beneficial in enhancing wound repair. In this study 3T3 fibroblast cells were cultured and the confluent monolayers were wounded (scarred) using a disposable plastic pipette. Various amounts of TGF-β3 (a growth factor) and Sanicle extract were applied to the cell monolayers. TGF-β3 was applied at concentrations of 50ng/ml, 5ng/ml, 500pg/ml, 50pg/ml and 5pg/ml to five different culture flasks with one additional flask acting as control. Sanicle was applied at concentrations of 100μg/ml, 10μg/ml, 1μg/ml, 100ng/ml and 10ng/ml with one additional flask as a control. The cells were imaged over a period of 20 hours with or without presence of TGF-β3 and Sanicle. The results indicated that although there were no significant increases in the rate of wound closure in relation to application of TGF-β3, there is an indication that TGF-β3 may enhance model wound closure at optimum working concentration between 5ng/ml and 50ng/ml. However, the sanicle extract did not stimulate enhanced repair of the model in vitro wound, but instead seemed to promote cell death along the wound margin. These results indicate that sanicle may be used in the care of wounds, but not as a growth promoter, but because it acts as an antibiotic agent, and possibly because it aids wound debridement.

Yes / Cytokines are extremely potent biomolecules that regulate cellular functions and play multiple roles in initiation and inhibition of disease. These highly specialised macromolecules are actively involved in control of cellular proliferation, apoptosis, cell migration and adhesion. This work, investigates the effect of transforming growth factor-beta2 (TGF-β2) on the biological regulation of chondrocyte and the repair of a created model wound on a multilayer culture system. Also the effect of this cytokine on cell length, proliferation, and cell adhesion has been investigated. Chondrocytes isolated from knee joint of rats and cultured at 4 layers. Each layer consisted of 2 × 105 cells/ml with and without TGF-β2. The expression of mRNA and protein levels of TGF-β receptors and Smad1, 3, 4, and 7 have been analysed by RT-PCR and western blot analysis. The effect of different supplementations in chondrocyte cell proliferation, cell length, adhesion, and wound repair was statistically analysed by One-way ANOVA test. Our results showed that the TGFβ2 regulates mRNA levels of its own receptors, and of Smad3 and Smad7. Also the TGF-β2 caused an increase in chondrocyte cell length, but decreased its proliferation rate and the wound healing process. TGF-β2 also decreased cell adhesion ability to the surface of the culture flask. Since, TGF-β2 increased the cell size, but showed negative effect on cell proliferation and adhesion of CHC, the effect of manipulated TGF-β2 with other growth factors and/or proteins needs to be investigated to finalize the utilization of this growth factor and design of scaffolding in treatment of different types of arthritis.

Previous studies report oxidative stress induced apoptosis and necrosis occur following myocardial infarction. Effects of conditioned medium (CM) prepared from mouse embryonic stem (ES) cells on H2O2 induced apoptosis and necrosis in different cells types is under investigation. Additionally, effects of CM from ES cells primed with TGF-b2 on stress-induced apoptosis and necrosis in H9c2 cells have not been determined. In this study, H20i induced apoptosis was confirmed by trypan blue staining, terminal deoxynucleotide transferase dUTP-mediated nick-end labeling (TUNEL), and apoptotic enzyme labeled immunosorhent assay (ELISA) whereas necrosis was determined by LDH assay. Next, we generated CM from ES cells primed with and without TGF-b2 and determined their effects on H2O2 induced apoptosis and necrosis in H9c2 cells. Apoptosis and necrosis was significantly (P < 0.05) reduced with ES-CM compared with cell culture control. Next, our data showed TGF-B2 primed ES-CM further reduced cell death compared with ES-CM, suggesting increased amounts of cytoprotective released factors from mouse ES cells following TGF-B2 treatment. Furthermore, the treatment of H9c2 cells with TGF-b2 alone did not significantly (P < 0.05) reduce apoptotic cell death. In conclusion, we suggest that factors released from ES cells with and without TGF-B2 treatment contain anti-apoptotic and anti-necrotic factors that inhibit H2O2 induced cell death. Further studies are needed to determine potential additional benefits of the · released factors from TGF-B2 primed ES cells.

No description available.

La paroi vasculaire est composée de cellules endothéliales, de cellules musculaires lisses vasculaires et de fibroblastes qui sont entourés d’un réseau structuré et complexe de protéines, la matrice extracellulaire. Les interactions réciproques entre la matrice et les cellules sont nécessaires à la croissance, au développement et au remodelage. Or, différents contextes pathologiques entraînent la perturbation de ces interactions et sont la cause de différentes maladies. Au cours du vieillissement, la matrice extracellulaire des grosses artères élastiques est modifiée. Ainsi, les lamelles élastiques de la paroi vasculaire se fragmentent ou sont dégradées, en plus de calcifier. De même, l’accumulation de protéines plus rigides, comme le collagène, entraîne le développement de la fibrose. Ces modulations vont mener à l’augmentation de la rigidité artérielle et au développement de l’hypertension systolique isolée. En utilisant un modèle animal de calcification basé sur l’inhibition d’une protéine anti-calcifiante, la matrix Gla protein, avec la warfarine, nous avons étudié la séquence des événements impliqués dans le développement de l’hypertension systolique isolée. Nous avons observé l’activation précoce et transitoire de MMP-9, puis du TGF-ß, précédant la modulation phénotypique des cellules musculaires lisses vasculaires, la calcification et les changements hémodynamiques. L’inhibition des métalloprotéinases et du TGF-ß a permis de prévenir la calcification vasculaire. Nous avons également étudié le rôle joué par une enzyme de la matrice extracellulaire, la transglutaminase 2, dans le développement de la calcification associée à l’hypertension systolique isolée. À l’aide d’un nouvel inhibiteur de cette enzyme, qui a permis de prévenir la calcification, nous avons établi que la transglutaminase était un élément clé dans le processus pathologique. Ces travaux ont permis de démontré l’intérêt de nouvelles avenues thérapeutiques ciblant directement la matrice extracellulaire, particulièrement la MMP-9, le TGF-ß et la transglutaminase 2, dans la pathologie de l’hypertension systolique isolée. / Within the vascular wall, endothelial cells, vascular smooth muscle cells and fibroblasts are surrounded by a complex and structured network of secreted macromolecules and proteins, the extracellular matrix. Reciprocal interactions between matrix and cells are essential to growth, development and remodeling. However, in pathological situations, the alteration of these interactions can lead to the development of different disease states. With aging, the extracellular matrix of large elastic arteries undergoes several modifications. The elastic lamellae are fragmented or degraded and calcify, whereas more rigid proteins, such as collagen, accumulate and cause fibrosis. These alterations are associated with the stiffening of arteries, which results in the development of isolated systolic hypertension. In order to study the sequence of events occuring in the development of this pathology, we used an animal model of calcification based on the inhibition of a matrix Gla protein, which physiologically prevents calcification, with warfarin. We observed an acute and transient activation of MMP-9 and TGF-ß, which preceded the phenotypic modulation of vascular smooth muscle cells, calcification and changes to hemodynamic parameters. Moreover, the inhibition of MMPs and TGF-ß prevented vascular calcification. We also studied the role of an extracellular matrix enzyme, transglutaminase 2, in the development of vascular calcification associated with isolated systolic hypertension. Using a novel inhibitor of this enzyme, we established a key role for transglutaminase 2 in this pathological process. This thesis demonstrates the relevance of directly targeting the extracellular matrix, particularly MMP-9, TGF-ß and transglutaminase 2, as a novel therapeutic avenue in the treatment of isolated systolic hypertension.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Ce travail a été mené afin d’étudier l’effet du FGF 2 et du TGF-β1 sur les étapes précoces de la régénération dentinaire en utilisant la micro-encapsulation de ces facteurs dans une matrice pour les protéger et contrôler leur libération et ensuite l’application des microparticules obtenues en coiffage pulpaire direct dans un modèle de culture de dents entières. Ce travail consiste d’abord à l’optimisation des moyens techniques mis en oeuvre pour réaliser l'encapsulation du TGFβ1, FGF-2 à l'aide de l'acide poly (lactique-glycolique) PLGA. Les études de la caractérisation colloïdal et physico chimique des microparticules montre que les microparticules gardent leurs caractéristiques physicochimiques après séchage et resuspension dans l’eau. La procèdes optimisé a été ensuite utilisé pour encapsuler les facteurs de croissance. L’encapsulation de FGF-2 et TGF-β1 a été obtenue avec une taille, une efficacité d’encapsulation et une profile de libération adaptés au type d’application choisi. Les études biologiques ne montrent aucun effet toxique des particules sur les fibroblastes pulpaires. Les facteurs de croissance ont gardé leur activité biologique spécifique. Un modèle de culture de dent entier humain a été utilisé pour réaliser l’application de nos microparticules comme un matériau de coiffage dentaire pour confirmer leurs activités biologiques ex-vivo. Ces microparticules peuvent être utiles dans les études des étapes précoces de la régénération dentinaire, l'activation et la migration des cellules progénitrices de la pulpe dentaire / The purpose of this work was to investigate the effect of FGF 2 and TGF-β1 on the early steps of dentin regeneration using microencapsulation of theses factors into a microparticles matrix to ensure growth factors protection and to provide bioactive sustained release in contact with dental pulp cells and then the application of the obtained microparticles in direct pulp capping using a culture model of entire tooth. This work involves the optimization of technical means used to achieve encapsulation of TGFβ1, FGF-2 using the poly (lactic-glycolic acid) PLGA. Physicochemical and colloidal characterization of microspheres shows that the microparticles retain their physicochemical characteristics after drying and re-suspended in water. The double emulsion method was used to separately encapsulate (FGF-2) and (TGFβ1). Microparticles morphology, loading, shelf life, potential toxicity and release kinetics were studied. Then the proliferation of dental pulp cells was examined in contact with microparticles. Biological studies show no toxic effect of particles on pulp fibroblasts. Growth factors have kept their specific biological activity. A culture model of human entire tooth was used to achieve the application of microparticles as a dental direct capping material to confirm their biological activities ex vivo. These microparticles can be useful in studies of early steps of dentin regeneration, activation and migration of progenitor cells in dental pulp