Βιοϊατρική και βιο-νανοτεχνολογική προσέγγιση εκφυλιστικών νοσημάτων

Abstract

Osteoarthritis is a degenerative disease of the joints, that progressively leads to destruction and loss of function of the articular cartilage. Within the framework of this doctoral thesis, studies were carried out to find biomarkers in the blood that would allow the diagnosis of the disease with nanotechnology and molecular biology techniques, as well as studies to construct an "intelligent" biomaterial capable of inducing in vivo chondrogenesis and contributing to regeneration of the articular cartilage. The study of the expression of COMP, ADAMTS-5 and TIMP-3 genes in the blood of patients and healthy donors, while as the detection of miR-93 in the blood serum of patients and healthy donors using gold nanoparticles in solution and silicon surfaces, showed that these molecules can be used as diagnostic biomarkers of the disease. In addition, smaller functional areas of the C-terminal domain of transforming growth factor TGF-β1 that may induce in vitro chondrogenesis have been designed and synthesized. The results showed that the shorter protein regions of the C-terminal domain of TGF-β1 increased in vitro chondrogenesis in three-dimensional cultures compared to the one-dimensional ones, with the best results being achieved by addition of peptide 8 of the C-terminal domain of TGF-β1. At the same time, the shorter protein regions of the C-terminal domain of TGF-β1 reduce the expression of the aggrecanase ADAMTS-5 gene, which is positively regulated by the exogenous addition of TGF-β1, thus promoting cell differentiation and extracellular matrix formation. In this case, the lower expression was demonstrated by the peptide 6 addition and immediately after the peptide 8 addition, indicating that the two small peptides could be used to construct a biomaterial for articular cartilage regeneration.

Η οστεoαρθρίτιδα (OA) αποτελεί μια εκφυλιστική νόσο των αρθρώσεων που προοδευτικά οδηγεί σε καταστροφή του αρθρικού χόνδρου και απώλεια της λειτουργίας του. Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκαν μελέτες με τεχνικές νανοτεχνολoγίας και μοριακής βιολογίας για την εύρεση βιοδεικτών στο αίμα που θα επιτρέψουν τη διάγνωση της νόσου καθώς και μελέτες κατασκευής ενός «έξυπνου» βιοϋλικού ικανού να επάγει την in vivo χονδρογένεση και να συμβάλει στη αποκατάσταση του κατεστραμμένου αρθρικού χόνδρου. Η μελέτη της έκφρασης των γονιδίων COMP, ADAMTS-5 και ΤΙΜΡ-3 στο αίμα ασθενών και υγιών δοτών καθώς η ανίχνευση του miR-93 σε όρο αίματος ασθενών και υγιών δοτών με τη χρήση νανοσωματιδίων χρυσού σε διάλυμα αλλά και σε επιφάνειες πυριτίου, έδειξαν πως τα μόρια αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βιοδείκτες για τη διάγνωση της νόσου. Επιπρόσθετα, σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν μικρότερες λειτουργικές επικράτειες της C-τελικής περιοχής του αυξητικού παράγοντα μετασχηματισμού TGF-β1 που δύναται να επάγουν την in vitro χονδρογένεση. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως οι βραχύτερες πρωτεϊνικές επικράτειες της C-τελικής περιοχής του TGF-β1 επάγουν σε μεγαλύτερο βαθμό την in vitro χονδρογένεση στις τριδιάστατες καλλιέργειες σε σχέση με τις μονοδιάστατες, με τα καλύτερα αποτελέσματα να επιτυγχάνονται στην περίπτωση χρήσης του πεπτιδίου 8 της C-τελικής περιοχής του TGF-β1. Ταυτόχρονα, οι βραχύτερες πρωτεϊνικές επικράτειες της C-τελικής περιοχής του TGF-β1 μειώνουν την έκφραση του γονιδίου της αγκρεκανάσης ADAMTS-5, το οποίο ρυθμίζεται θετικά από την εξωγενή προσθήκη του TGF-β1, προάγοντας έτσι τη διαφοροποίηση των κυττάρων και τον σχηματισμό της εξωκυττάριας μήτρας. Στη προκειμένη περίπτωση τη χαμηλότερη έκφραση επέδειξε το πεπτίδιο 6 και αμέσως μετά το πεπτίδιο 8, υποδεικνύοντας ότι τα δύο μικρότερα πεπτίδια θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ενός βιοϋλικού που αποσκοπεί στην αναγέννηση του αρθρικού χόνδρου.