Ocena sekrecji pozapalnych cytokin przez ludzkie chondrocyty hodowane na bioresorbowalnych materiałach polimerowych

• Autorzy: Wawszczyk J. , Orchel A. , Jelonek K. , Paduszyński P. , Orchel J. , Dobrzyński P. , Kasperczyk J. , Bielecki I.

Warianty tytułu

EN

Secretion of proinflammatory cytokines by human chondrocytes cultured on biodegradable polymers

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Tkanka chrzęstna charakteryzuje się małą zdolnością regeneracji oraz niewielkim potencjałem do prawidłowej odbudowy, dlatego też, dotychczas stosowane metody leczenia uszkodzeń chrząstki są niewystarczające. Nadzieję na przełom w leczeniu wielu chorób chrząstki, jak również regenerację tej tkanki, daje inżynieria tkankowa wykorzystująca m.in. syntetyczne polimery z grupy poliestrów alifatycznych i poliwęglanów takie jak kopoolimery glikolidu, ε-kaprolaktonu, L-laktydu oraz trimetylenowęglanu zsyntetyzowane za pomocą nowatorskiej metody wykorzystującej jako inicjator polimeryzacji acetyloctan cyrkonu. W ramach niniejszej pracy dokonano oceny biozgodności wybranych biodegradowalnych materiałów w oparciu o poziom sekrecji prozapalnych cytokin IL-1α i IL-1β, IL-6 oraz IL-8 oznaczonych metodą ELISA. Spośród badanych polimerów biodegradowalnych pod-łoża o składzie PCLGA 92:8, PLAGA 85:15, PLATMC 70:30, PLATMC 30:70, PLATMC 50:50 wydają się charakteryzować największą biozgodnością, gdyż ich obecność nie powodowała istotnego wzrostu sekrecji cytokin prozapalnych przez chondrocyty rosnące na ich powierzchni. Pozostałe badane materiały polimerowe powodowały pewne niepożądane reakcje komórek związane ze stymulacją uwalniania niektórych spośród analizowanych cytokin prozapalnych przez chondrocyty. Uzyskane wyniki pozwoliły na wyciągnięcie wniosku, iż podłoża wykonane z analizowanych w pracy polimerów biodegradowalnych zsyntetyzowanych przy użyciu acetyloacetonianu cyrkonu zasługują na dalszą uwagę, gdyż niosą nadzieję na umożliwienie leczenia ubytków tkanki chrzęstnej.

EN

Cartilage characterizes low potential to regeneration and proper reconstruction. Nowadays, methods of cartilage lesions treatment are unsatisfactory. Tissue engineering is very promising in therapy of many cartilage injures as well as regeneration of this tissue. Biodegradable aliphatic polyesters and polyesterocarbonates such as copolymers of glycolide, L-lactide, ε-caprolactone and trimethylene carbonate were synthesized using a novel method employing non-toxic zirconium acetylacetonate as initiator of polymerization. The aim of the study was to examine biocompatibility of selected biodegradable materials based on the level of secretion of proinflammatory cytokines IL-1α, IL-1β, IL-6 and IL-8. Our results show, that among the studied biodegradable polymers the PCLGA 92:8, 85:15 PLAGA, PLATMC 70:30, PLATMC 30:70, 50:50 PLATMC were characterized by highest biocompatiblity, because they do not cause a significant increase in secretion of proinflammatory cytokines by chondrocytes growing on their surface. Other polymers could cause up-regulation of some proinflammatory cytokines secretion by chondrocytes cultured on their surface. The other tested polymeric materials did not induce the release of proinflammatory cytokines by chondrocytes. Generally, it should be concluded that the studied biodegradable copolymers synthesized with the use of zirconium acetylacetonate as initiator of polymerization deserve further attention, as being promising for the treatment of cartilage defects.

Słowa kluczowe

PL

chondrocyt; IL-6; IL-8; polimery biodegradowalne

EN

chondrocytes; IL-6; IL-8; biodegradable polymers

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 14, no. 104
• Strony: 14--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wawszczyk J.

• Katedra i Zakład Biochemii, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, ul. Narcyzów1, 41-200 Sosnowiec

autor

Orchel A.

• Katedra i Zakład Biofarmacji, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, ul. Narcyzów1, 41-200 Sosnowiec

autor

Jelonek K.

• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, ul. M. Curie-Skłodowskiej 34, 41-819 Zabrze

autor

Paduszyński P.

• Katedra i Zakład Biofarmacji, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, ul. Narcyzów1, 41-200 Sosnowiec

autor

Orchel J.

• Katedra i Zakład Biologii Molekularnej, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, ul. Narcyzów1, 41-200 Sosnowiec

autor

Dobrzyński P.

• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, ul. M. Curie-Skłodowskiej 34, 41-819 Zabrze

autor

Kasperczyk J.

• Katedra i Zakład Biofarmacji, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, ul. Narcyzów1, 41-200 Sosnowiec
• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, ul. M. Curie-Skłodowskiej 34, 41-819 Zabrze

autor

Bielecki I.

• Katedra i Klinika Chirurgii Dziecięcej, Śląski Uniwersytet Medyczny, ul. Medyków16, 40-752 Katowice

Bibliografia

• [1] Kaźnica A., Joachimiak R., Drewa T., Drewa G.: Zastosowanie inżynierii tkankowej w wybranych działach medycyny regeneracyjnej. Med. Biol. Sci. 21 (2007) 9-14.
• [2] Lloyd A. W.: Interfacial bioengineering to enhance surface bio-compatibility. Med. Device Technol. 13 (2002) 18-21.
• [3] Hrycaj P., Łącki J.K.: Od zwyrodnienia do zapalenia - współczesne poglądy na patogenezę choroby zwyrodnieniowej stawów. Nowa Med. 2 (2002) 7-16.
• [4] Verbruggen C.: Chondroprotective drugs in degenerative joint diseases. Rheumatology. 45 (2006) 129-138.
• [5] Malejczyk J.: Regulacja odtwarzania i niszczenia macierzy chrząstki stawowej. Terapia 5 (1997) 46-48.
• [6] Goldring M.B.: The role of the chondrocyte in osteoarthritis. Arthritis Rheum. 43 (2000) 1916-1926.
• [7] Martel-Pelletier J., McCollum R., Fujimoto N., Obata K., Cloutier J.M., Pelletier J.P.: Excess of metalloproteases over tissue inhibitor of metalloprotease may contribute to cartilage degradation in osteo-arthritis and rheumatoid arthritis. Lab. Invest. 70 (1994) 807-815.
• [8] Sanchez C., Deberg M.A., Burton S., Devel P., Reginster J.Y., Henrotin Y.E.: Differential regulation of chondrocyte metabolism by oncostatin M and interleukin-6. Osteoarthr. Cartilage 12 (2004) 801-810.
• [9] Aida Y., Maeno M., Suzuki N., Namba A., Motohashi M., Matsumoto M., Makimura M., Matsumura H.: The effect of IL-1beta on the expression of inflammatory cytokines and their receptors in human chondrocytes. Life Sci. 79 (2006) 764-771.
• [10] Westacott C.I., Sharif M.: Cytokines in osteoarthritis: mediators or markers of joint destruction? Semin. Arthritis Rheu. 25 (1996) 254-272.
• [11] Goldring M.B.: The role of cytokines as inflammatory mediators in osteoarthritis: lessons from animal models. Connect Tissue Res. 40 (1999) 1-11.
• [12] Kraan M.C., Patel D.D., Haringman J.J., Smith M.D., Weedon H., Ahern M.J., Breedveld F.C., Tak P.P.: The development of clinical signs of rheumatoid synovial inflammation is associated with increased synthesis of the chemokine CXCL8 (interleukin-8). Arthritis Res. 3 (2001) 65-71.
• [13] Legendre F., Dudhia J., Pujol J.P., Bogdanowicz P.: JAK/STAT but not ERK1/ERK2 pathway mediates interleukin (IL)-6/soluble IL-6R down-regulation of Type II collagen, aggrecan core, and link protein transcription in articular chondrocytes. Association with a down-regulation of SOX9 expression. J. Biol. Chem. 278 (2003) 2903-2912.
• [14] Kontny E., Maśliński W.: Interleukina 6 – znaczenie biologiczne i rola w patogenezie reumatoidalnego zapalenia stawów. Reumatologia 47 (2009) 24-33.
• [15] Cronstein B.N.: Interleukin-6. A key mediator of systemic and local symptoms in rheumatoid arthritis. Bull NYU Hosp Jt Dis 65 (2007) S11-S15.
• [16] Attur M.G., Dave M., Akamatsu M., Katoh M., Amin A.R.: Osteoarthritis or osteoarthrosis: the definition of inflammation becomes a semantic issue in the genomic era of molecular medicine. Osteoarthr. Cartilage 10 (2002) 1-4.
• [17] Houssiau F.A., Devogelaer J.P., van Damme J.,de Deuxchaisnes C.N., Van Snick J.: Interleukin-6 in synovial fluid and serum of patients with rheumatoid arthritis and other inflammatory arthritides. Arthritis Rheum. 31 (1988) 784-788.
• [18] Pulsatelli L., Dolzani P., Piacentini A., Silvestri T., Ruggeri R., Gualtieri G., Meliconi R., Facchini A.: Chemokine production by human chondrocytes. J. Rheumatol. 26 (1999) 1992-2001.
• [19] Madhok R., Crilly A., Watson J, Capell H.A.: Serum interleukin 6 levels in rheumatoid arthritis: correlation with clinical and laboratory indices of disease activity. Ann. Rheum. Dis. 52 (1993) 232-234.
• [20] Schutte R.J., Xie L., Klitzman B., Reichert W.M.: In vivo cytokine-associated responses to biomaterials. Biomaterials 30 (2009) 160-168.
• [21] Żywicka B., Czarny A., Zaczyńska E., Karaś J.: Aktywacja jądrowego czynnika transkrypcyjnego NF-kB, indukcja cytokin prozapalnych in vitro oraz badania biozgodności ceramiki węglanowej in vivo. Polimery w Medycynie 36 (2006) 23-36.
• [22] Nair L. S., Laurencin C. T.: Biodegradable polymers as biomaterials. Prog. Polym. Sci. 32 (2007) 762-798.
• [23] Dobrzyński P., Kasperczyk J.: Synthesis of biodegradable copolymers with low-toxicity zirconium compound. IV. Copolymerization of glycolide with trimethylene carbonate and 2,2-dimethyltrimethy-lene carbonate : microstructure analysis of copolymer chains by high-resolution Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 14 (2006) 98-114.
• [24] Orchel A., Dylla A., Jelonek K., Kasperczyk J., Dobrzyński P., Owczarek A., Bielecki I., Dzierżewicz Z.: Growth of human chondrocytes on biodegradable synthetic polymers. Eng.Biomater.2008 58-60 (2006) 223-226.
• [25] Czajkowska B, Dobrzynski P, Bero M.: Interaction of cells with L-lactide/glycolide copolymers synthesized with the use of tin or zirconium compounds. J. Biomed. Mater. Res. A. 74 (2005) 591-597.
• [26] Pamula E., Blazewicz M., Czajkowska B., Dobrzynski P., Bero M., Kasperczyk J.: Elaboration and Characterization of Biodegradable Scaffolds from poly (L-Lactide-co-glycolide) synthesized with Low-Toxic Zirconium Acetylacetonate. Ann. Transplant. 9 (2004) 64-67.
• [27] Orchel J., Orchel A., Kasperczyk J., Pamuła E., Paduszyński P., Dobrzyński P., Pałasz A., Bielecki I., Jelonek K., Dzierżewicz Z.:Growth and differentiation of human chondrocytes on biodegradable polymeric scaffolds. Inż.Biomater. / Eng.Biomater 81-84 (2008) 8-11.
• [28] Orchel A., Jelonek K., Kasperczyk J., Dobrzyński P., Orchel J., Dzierżewicz Z.: Biocompatibility of biodegradable synthetic polymers for human fibroblasts. Eng.Biomater. 81-84 (2008) 5-8.
• [29] Seid J.M., Rahman S., Graveley R., Bunning R.A., Nordmann R., Wishart W., Russell R.G.: The effect of interleukin-1 on cytokine gene expression in cultured human articular chondrocytes analyzed by messenger RNA phenotyping. Arthritis Rheum. 36 (1993) 35-43.
• [30] De Ceuninck F., Dassencourt L., Anract P.: The inflammatory side of human chondrocytes unveiled by antibody microarrays. Biochem. Biophys. Res. Commun. 323 (2004) 960-969.
• [31] Pelletier J.P., Martel-Pelletier J., Abramson S.B.: Osteoarthritis, an inflammatory disease: potential implication for the selection of new therapeutic targets. Arthritis Rheum. 44 (2001) 1237-1247.
• [32] Bender S., Haubeck H.D., Van de Leur E., Dufhues G., Schiel X., Lauwerijns J., Greiling H., Heinrich P.C.: Interleukin-1 beta induces synthesis and secretion of interleukin-6 in human chondrocytes. FEBS Lett. 263 (1990): 321-324.
• [33] David F., Farley J., Huang H., Lavoie J.P., Laverty S.: Cytokine and chemokine gene expression of IL-1beta stimulated equine articular chondrocytes. Vet. Surg. 36 (2007) 221-227.
• [34] Rotter N., Ung F., Roy A.K., Vacanti M., Eavey R.D., Vacanti C.A., Bonassar L.J.: Role for interleukin 1alpha in the inhibition of chondrogenesis in autologous implants using polyglycolic acid-polylactic acid scaffolds. Tissue Eng. 11 (2005) 192-200.