Circadian Timekeeping Is Disturbed in Rheumatoid Arthritis at Molecular Level

Peer reviewe

Osseointegraation edistäminen

The aim of this study was to find methods that could potentially improve the osseointegration of an implant. The prerequisites for implant integration into bone are the adhesion of the osteoblastic cells and the ability of the progenitor cells (stem cells) to differentiate into bone cells on the surface of the implant. It was found that patterning with diamond-like carbon, Cr, Ta or Ti improved the cytocompatibility of Si substrates with osteoblastic cells and mesenchymal stem cells (MSC). The patterns affected the density of the cells, causing local cellular spots on the patterns initiating the clustering of the cells and the cell–cell contacts, which are considered necessary for osteogenesis. Indeed, patterning improved the osteogenic differentiation of MSCs compared to planar non-patterned surfaces. With three-dimensional surfaces, the aim was to promote tissue-like growth and activationof the cytoskeleton; many previous studies have shown that this improves osteogenesis. However, this work showed that activation of the cytoskeleton alone is not osteoinductive. The osteoblastic differentiation of MSCs on 20 μm high pillars was studied, and it was found that the cytoskeleton of the cells was highly activated, but that osteogenesis was not stimulated; in fact, it was suppressed. The likely reason for this behaviour was the failure of adequate osteoinductive cell–cell contacts. In addition to growth substrate variables, the fate of the stem cells is regulated by physicalforces and soluble factors. It was found that pulsed electromagnetic fields improved the viability of the MSCs, but that they had no significant effect on their osteogenic differentiation at the relatively low seeding density used here. In contrast, a prohormone (dehydroepiandrosterone, DHEA) improved osteogenesis at least in part due to an intracrine conversion of DHEA into a sex steroid (dihydrotestosterone), but also via some other as yet undefined mechanisms. In addition to the integration of implants with tissues via contact with other cells and extracellular matrix, another important factor regulating implant integration and the lifetime of the implant is the amount of contact it has with commensials and pathogenic microbes, in particular bacteria. Diagnostics of peri-implant infections is usually based on the bacterial culture, neutrophil infiltrates and other methods. Nonetheless, the current methods are not reliable enough. In the final part of this thesis, two methods that could potentially be utilised to diagnose implant infections were evaluated. It was found that time-of-flight secondary ion mass spectrometry is a potential tool for differentiating of acellular bacterial from eukaryotic footprints (i.e. extracellular polymeric substance and extracellular matrix produced by the respective cells) and may have potential for the post-hoc diagnosis of colonisation, biofilm formation and implant-related infections even in culture negative cases.Tämän väitöskirjan tavoitteena oli kehittää menetelmiä, joilla implantin kiinnittymistä luuhun voidaan edistää. Implantin kudosintegraation kannalta on tärkeää, että solut kiinnittyvät implantin pintaan ja että kantasolut kykenevät erilaistumaan luusoluiksi implantin pinnalla. Tutkimuksessa havaittiin, että kun piin pinta kuvioitiin eri materiaaleilla (timantinkaltainen hiili, Cr, Ta tai Ti), bioyhteensopivuus luusolujen ja kantasolujen kanssa parani. Kuviot edesauttoivat solujen paikallista konsentroitumista, mikä voi aiheuttaa soluryppäiden syntymisen ja edesauttaa solujen välisiä kontakteja, jotka ovat edellytyksenä osteogeneesille. Kuvioidun pinnan havaittiinkin edistävän luunmuodostusta verrattuna sileään pintaan. Kolmiulotteisten pintojen avulla tavoitteena oli tukea solujen kolmiulotteista kasvua ja solutukirangan aktivoitumista, jonka on todettu edistävän luunmuodostusta lukuisissa aikaisemmissa tutkimuksissa. Tässä tutkimuksessa kuitenkin havaittiin, että pelkkä tukirangan aktivoituminen ei riitä aiheuttamaan luunmuodostusta. Kantasolujen erilaistumista tutkittiin pilaripinnoilla, joilla 20 μm pilareihin kiinnittyneiden solujen tukiranka aktivoitui voimakkaasti, mutta luunmuodostus oli kontrolleihin verrattuna vähäistä. Tähän todennäköisenä syynä oli kiinnittymiskohtiensa välillä venyvien yksinäisten solujen välisten kontaktien vähäisyys, mitkä myös ovat välttämättömiä luunmuodostukselle. Materiaalin lisäksi kantasolujen erilaistumiseen voidaan vaikuttaa fysikaalisilla voimilla ja liukoisilla tekijöillä. Tutkimus osoitti pulssitettujen sähkömagneettisten kenttien edistävän solujen eloonjäämistä ja jakautumista, mutta luun muodostuksessa kentillä ei ollut vaikutusta kokeissa käytetyillä alhaisilla solutiheyksillä. Sukupuolihormonien esiasteen, dehydroepiandrosteroinin, havaittiin muokkautuvan soluissa aktiiviseksi sukupuolihormoniksi (dihydrotestosteroniksi) ja edistävän luunmuodostusta, mutta tukevan luunmuodostusta jossain määrin myös joidenkin muiden mekanismien kautta. Kudoskontaktin lisäksi toinen merkittävä seikka, joka vaikuttaa implantin integroitumiseen ja elinikään, on kontakti normaalin mikrobiflooran ja patogeenien kanssa. Bakteeri-infektioiden diagnosoiminen nykyisillä bakteeriviljelyihin, neutrofiilikertymiin ja muihin seikkoihin perustuvilla menetelmillä ei ole kyllin luotettavaa. Väitöskirjan viimeisessä osiossa tutkittiin kahta potentiaalista uutta menetelmää bakteeri-infektioiden tunnistamiseen. Lentoaikaerotteisella sekundaari-ioni massaspektrometrilla (ToF-SIMS) oli mahdollista erottaa bakteerien tuottamat jalanjäljet (solunulkoinen polymeerinen aines) eukaryoottisolujen tuottamista jalanjäljistä (soluväliaine). Väärien negatiivisten bakteeriviljelyiden osalta ToF-SIMS menetelmällä on potentiaalia implantin pinnalla esiintyneiden bakteeri-infektioiden osoittamiseen

Glutamate detection by amino functionalized tetrahedral amorphous carbon surfaces

Peer reviewe

Electrochemical detection of hydrogen peroxide on platinum-containing tetrahedral amorphous carbon sensors and evaluation of their biofouling properties

Hydrogen peroxide is the product of various enzymatic reactions, and is thus typically utilized as the analyte in biosensors. However, its detection with conventional materials, such as noble metals or glassy carbon, is often hindered by slow kinetics and biofouling of the electrode. In this study electrochemical properties and suitability to peroxide detection as well as ability to resist biofouling of Pt-doped ta-C samples were evaluated. Pure ta-C and pure Pt were used as references. According to the results presented here it is proposed that combining ta-C with Pt results in good electrocatalytic activity towards H2O2 oxidation with better tolerance towards aqueous environment mimicking physiological conditions compared to pure Pt. In biofouling experiments, however, both the hybrid material and Pt were almost completely, blocked after immersion in protein-containing solutions and did not produce any peaks for ferrocenemethanol oxidation or reduction. On the contrary, it was still possible to obtain clearpeaks for H2O2 oxidation with them after similar treatment Moreover, quartz crystal microbalance experiment showed less protein adsorption on the hybrid sample compared to Pt which is also supported by the electrochemical biofouling experiments for H2O2 detection. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.Peer reviewe

Carbon thin films as electrode material in neural sensing

Peer reviewe