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Introduction. Cancellous bone is frequently used for filling bone defects in a clinical setting. It provides favourable conditions for regenerative cells such as MSC and early EPC. The combination of MSC and EPC results in superior bone healing in experimental bone healing models. Materials and Methods. We investigated the influence of osteogenic culture conditions on the endothelial properties of early EPC and the osteogenic properties of MSC when cocultured on cancellous bone. Additionally, cell adhesion, metabolic activity, and differentiation were assessed 2, 6, and 10 days after seeding.
Results. The number of adhering EPC and MSC decreased over time; however the cells remained metabolically active over the 10-day measurement period. In spite of a decline of lineage specific markers, cells maintained their differentiation to a reduced level. Osteogenic stimulation of EPC caused a decline but not abolishment of endothelial characteristics and did not induce osteogenic gene expression. Osteogenic stimulation of MSC significantly increased their metabolic activity whereas collagen-1α and alkaline phosphatase gene expressions declined. When cocultured with EPC, MSC’s collagen-1α gene expression increased significantly. Conclusion. EPC and MSC can be cocultured in vitro on cancellous bone under osteogenic conditions, and coculturing EPC with MSC stabilizes the latter’s collagen-1α gene expression.
Fragestellung: In einem ausgedehnten Knochendefekt kann das Einwachsen von knochenbildenden Zellen limitiert sein, da ohne Gefässe die Ernährung der regenerativen Zellen im Knochenkonstrukt insuffizient ist. Endotheliale Progenitorzellen (EPC) sind wichtig bei der Neovaskularisierung. Die frühe Vaskularisierung von grossen Knochendefekten kann für das Überleben und die Funktion von mesenchymalen Stammzellen (MSC) und knochenbildenden Zellen entscheidend sein. Kann die Implantation von EPC und MSC auf osteokonduktiven beta-Tricalciumphosphat (beta-TCP) in einem "critical-size" Knochendefekt des Femur von athymischen Ratten die frühe Vaskularisierung und die Knochenheilung in vivo verbessern?
Methodik: Humane EPC wurden aus Buffy-Coat und humane MSC aus Knochenmarkaspirat durch Dichtezentrifugation isoliert. 2.5 x 105 kultivierte und differenzierte EPC und MSC wurden in vitro auf beta-TCP geladen. In 145 athymischen, männlichen Ratten wurde das Femur osteotomiert, ein 5 mm Knochendefekt erzeugt und mit Fixateur externe stabilisiert. Die Knochendefekte wurden mit beta-TCP (Gruppe 1), beta-TCP und MSC (Gruppe 2), beta-TCP und EPC (Gruppe 3), beta-TCP und EPC und MSC (Gruppe 4) oder autologem Knochen (Gruppe 5) gefüllt. Nach 1 Woche (n=40), 4 Wochen (n=40), 8 Wochen (n=40) und 12 Wochen (n=25) wurden die Ratten getötet. Bei Pinlockerung wurde die Ratte ausgeschlossen. Die (immun)histologische Analyse (Färbung mit HE, VEGF-R2, vWF) der Vaskularisierung und Knochenneubildung erfolgte mit Image-Analysis-System. Nach 8 und 12 Wochen erfolgte ein µCT und ein 4-Punkte-Biegungstest. Für die statistische Analyse wurde der Kruskal-Wallis-Test verwendet.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Nach 1 Woche zeigte sich bei der Implantation von EPC/MSC und EPC allein signifikant mehr primitive vaskuläre Plexus (p=0.01;p=0.048) als in Vergleichsgruppen. Im Vergleich zur TCP Gruppe war in allen anderen Versuchsgruppen signifikant mehr Knochenneubildung zu sehen (p<0.01). Ausserdem war in der EPC/MSC-Gruppe signifikant mehr Knochenbildung zu erkennen als in der MSC-Gruppe (p=0.03). Nach 12 Wochen zeigten alle Gruppen eine knöcherne Durchbauung des Defektes, jedoch zeigten bereits 8 Wochen nach Implantation von MSC/EPC 83% der Defekte eine stabile, knöcherne Durchbauung. Bei der Implantation von MSC kam es in 18% der Knochendefekte zum knöchernen Durchbau. Alle anderen experimentellen Gruppen zeigten nach 8 Wochen keine knöcherne Durchbauung. Diese Resultate konnten im µCT, biomechanischen Test und in der Histologie quantifiziert werden. EPC scheinen die frühe Vaskularisierung innerhalb eines Knochenkonstrukt in vivo zu stimulieren und das Einwachsverhalten von MSC zu verbessern, was zu einer beschleunigten Knochenheilung im Knochendefektmodell der Ratte führt.
Acute ethanol gavage attenuates hemorrhage/resuscitation-induced hepatic oxidative stress in rats
(2012)
Acute ethanol intoxication increases the production of reactive oxygen species (ROS). Hemorrhagic shock with subsequent resuscitation (H/R) also induces ROS resulting in cellular and hepatic damage in vivo. We examined the role of acute ethanol intoxication upon oxidative stress and subsequent hepatic cell death after H/R. 14 h before H/R, rats were gavaged with single dose of ethanol or saline (5 g/kg, EtOH and ctrl; H/R_EtOH or H/R_ctrl, resp.). Then, rats were hemorrhaged to a mean arterial blood pressure of 30 ± 2 mmHg for 60 min and resuscitated. Two control groups underwent surgical procedures without H/R (sham_ctrl and sham_EtOH, resp.). Liver tissues were harvested at 2, 24, and 72 h after resuscitation. EtOH-gavage induced histological picture of acute fatty liver. Hepatic oxidative (4-hydroxynonenal, 4-HNE) and nitrosative (3-nitrotyrosine, 3-NT) stress were significantly reduced in EtOH-gavaged rats compared to controls after H/R. Proapoptotic caspase-8 and Bax expressions were markedly diminished in EtOH-gavaged animals compared with controls 2 h after resuscitation. EtOH-gavage increased antiapoptotic Bcl-2 gene expression compared with controls 2 h after resuscitation. iNOS protein expression increased following H/R but was attenuated in EtOH-gavaged animals after H/R. Taken together, the data suggest that acute EtOH-gavage may attenuate H/R-induced oxidative stress thereby reducing cellular injury in rat liver.
Angiogenesis, the process by which endothelial cells (ECs) form new blood vessels from existing ones, is intimately linked to the tissue’s metabolic milieu and often occurs at nutrient-deficient sites. However, ECs rely on sufficient metabolic resources to support growth and proliferation. How endothelial nutrient acquisition and usage are regulated is unknown. Here we show that these processes are instructed by Yes-associated protein 1 (YAP)/WW domain-containing transcription regulator 1 (WWTR1/TAZ)-transcriptional enhanced associate domain (TEAD): a transcriptional module whose function is highly responsive to changes in the tissue environment. ECs lacking YAP/TAZ or their transcriptional partners, TEAD1, 2 and 4 fail to divide, resulting in stunted vascular growth in mice. Conversely, activation of TAZ, the more abundant paralogue in ECs, boosts proliferation, leading to vascular hyperplasia. We find that YAP/TAZ promote angiogenesis by fuelling nutrient-dependent mTORC1 signalling. By orchestrating the transcription of a repertoire of cell-surface transporters, including the large neutral amino acid transporter SLC7A5, YAP/TAZ-TEAD stimulate the import of amino acids and other essential nutrients, thereby enabling mTORC1 activation. Dissociating mTORC1 from these nutrient inputs—elicited by the loss of Rag GTPases—inhibits mTORC1 activity and prevents YAP/TAZ-dependent vascular growth. Together, these findings define a pivotal role for YAP/TAZ-TEAD in controlling endothelial mTORC1 and illustrate the essentiality of coordinated nutrient fluxes in the vasculature.