Fibrinogen - surface interaction studied with atomic force microscopy

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής ήταν η διερεύνηση των μηχανισμών προσρόφησης των πρωτεϊνών και η μέτρηση των δυνάμεων απoκόλλησής τους από την επιφάνεια τεχνητών υλικών. Ως βασικό εργαλείο για τα πειράματα χρησιμοποιήθηκε το Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης (AFM), με το οποίο ελήφθησαν εικόνες από δείγματα μέσα σε υδατικό διάλυμα καθώς και καταγράφηκαν οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μορίων με επιφάνειες. Η πρωτεΐνη ινωδογόνο επιλέχθηκε για τη μελέτη εξαιτίας της σημασίας της για τη βιοσυμβατότητα των βιοϋλικών, καθώς ο πολυμερισμός της σε ινώδες είναι δυνατό να καταλήξει στο σχηματισμό θρόμβων. Ως υποστρώματα προσρόφησης χρησιμοποιήθηκαν η μίκα και το γυαλί λόγω της απαίτησης λείων επιφανειών για το AFM. Το πρώτο στάδιο της έρευνας περιελάμβανε την ποσοτικοποίηση της προσρόφησης μεμονωμένων μορίων ινωδογόνου πάνω σε επιφάνεια μίκας υπό μεταβλητές συνθήκες ιοντικής ισχύος και pH. Στόχος ήταν η κατανόηση του τρόπου, μέσω του οποίου η κατανομή των ηλεκτροστατικών φορτίων, τόσο στα πρωτεϊνικά μόρια όσο και στην επιφάνεια, επηρεάζει την αλληλεπίδρασή τους. Η μελέτη της προσρόφησης με μεμονωμένα πρωτεϊνικά μόρια, αντί του συνήθους συμπαγούς στρώματος, προτιμήθηκε για να αποφευχθεί η παρεμβολή των πλευρικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μορίων στο τελικό αποτέλεσμα. Έτσι, οι εικόνες, οι οποίες ελήφθησαν με την τεχνική της ταλαντούμενης ακίδας σε φωσφορικό ρυθμιστικό διάλυμα και η στατιστική ανάλυση της επιφανειακής κάλυψης στις διάφορες συνθήκες διαλύματος έδειξαν ότι η ισορροπία των απωστικών ηλεκτροστατικών δυνάμεων και των δυνάμεων ενυδάτωσης με τις ελκτικές van der Waals καθορίζει την έκβαση της προσρόφησης από τα πρώτα στάδιά της, όταν δηλαδή την επιφάνεια προσεγγίζουν ανεξάρτητα πρωτεϊνικά μόρια. Περαιτέρω διερεύνηση του ρόλου της ιοντικής ισχύος και του pH στην αλληλεπίδραση ινωδογόνου?επιφανειών επιχειρήθηκε με μέτρηση της δύναμης έλξης και αποκόλλησης ακίδων του AFM από δείγματα μίκας. Οι ακίδες είχαν προηγουμένως τροποποιηθεί με μικροσφαιρίδια, στην επιφάνεια των οποίων είχε προσδεθεί ομοιοπολικά, με κατάλληλη χημική διαδικασία, ένα στρώμα μορίων ινωδογόνου. Οι καμπύλες προσέγγισης?απομάκρυνσης, οι οποίες περιγράφηκαν θεωρητικά με βάση το με βάση το μοντέλο DLVO, απέδειξαν την ύπαρξη συσχέτισης ανάμεσα στις μετρούμενες δυνάμεις και το βαθμό προσρόφησης στις διάφορες συνθήκες. Ειδικότερα οι μετρήσεις σε pH 3.5 έδωσαν ισχυρές ενδείξεις για αλλαγές της μοριακής διάταξης του ινωδογόνου, οι οποίες μπορούν να συσχετιστούν με τις ενζυμικά καταλυόμενες αναδιατάξεις της δομής του κατά το σχηματισμό του ινώδους. Η τελευταία ομάδα των πειραμάτων επικεντρώθηκε στη μέτρηση της δύναμης αποκόλλησης μεμονωμένων μορίων ινωδογόνου από την επιφάνεια γυαλιού. Για το σκοπό αυτό η πρωτεΐνη προσδέθηκε ομοιοπολικά στις ακίδες του AFM μέσω αλυσίδων πολυαιθυλενικής γλυκόλης (PEG), αφού πρώτα εξετάστηκαν τρεις διαφορετικές τεχνικές επιφανειακής χημικής τροποποίησης (3? αμινοπροπυλο?τριαιθοξυσιλάνιο, αιθανολαμίνη και 3?αμινοπροπυλο?διμεθυλ?αιθοξυσιλάνιο)

Obstructive apneas induce early activation of mesenchymal stem cells and enhancement of endothelial wound healing

Background: The aim was to test the hypothesis that the blood serum of rats subjected to recurrent airway obstructions mimicking obstructive sleep apnea (OSA) induces early activation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSC) and enhancement of endothelial wound healing. Methods: We studied 30 control rats and 30 rats subjected to recurrent obstructive apneas (60 per hour, lasting 15 s each, for 5 h). The migration induced in MSC by apneic serum was measured by transwell assays. MSC-endothelial adhesion induced by apneic serum was assessed by incubating fluorescent-labelled MSC on monolayers of cultured endothelial cells from rat aorta. A wound healing assay was used to investigate the effect of apneic serum on endothelial repair. Results: Apneic serum showed significant increase in chemotaxis in MSC when compared with control serum: the normalized chemotaxis indices were 2.20 +- 0.58 (m +- SE) and 1.00 +- 0.26, respectively (p < 0.05). MSC adhesion to endothelial cells was greater (1.75 +- 0.14 -fold; p < 0.01) in apneic serum than in control serum. When compared with control serum, apneic serum significantly increased endothelial wound healing (2.01 +- 0.24 -fold; p < 0.05). Conclusions: The early increases induced by recurrent obstructive apneas in MSC migration, adhesion and endothelial repair suggest that these mechanisms play a role in the physiological response to the challenges associated to OSA

Effects of longitudinal stretch on VSM tone and distensibility of muscular conduit arteries

With progressing age, large arteries diminish their longitudinal stretch, which in extreme cases results in tortuosity. Increased age is also associated with loss of vessel distensibility. We measured pressure-diameter curves from muscular porcine carotid arteries ex vivo at different longitudinal stretch ratios (lambda(z) = 1.4 and 1.8) and under different vascular smooth muscle (VSM) conditions (fully relaxed, normal VSM tone, and maximally contracted). Distensibility was found to be halved by decreasing longitudinal stretch from lambda(z) = 1.8 to 1.4 at physiological pressures. This counterintuitive observation is possible because highly nonlinear elastic modulus of the artery and anisotropic properties. Furthermore, a significantly larger basal VSM contraction was observed at lambda(z) = 1.8 than 1.4, although this was clearly not related to a myogenic response during inflation. This dependence of VSM tone to longitudinal stretch may have possible implications on the functional characteristics of the arterial wall

Obstructive apneas induce early activation of mesenchymal stem cells and enhancement of endothelial wound healing

Background: The aim was to test the hypothesis that the blood serum of rats subjected to recurrent airway obstructions mimicking obstructive sleep apnea (OSA) induces early activation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSC) and enhancement of endothelial wound healing. Methods: We studied 30 control rats and 30 rats subjected to recurrent obstructive apneas (60 per hour, lasting 15 s each, for 5 h). The migration induced in MSC by apneic serum was measured by transwell assays. MSC-endothelial adhesion induced by apneic serum was assessed by incubating fluorescent-labelled MSC on monolayers of cultured endothelial cells from rat aorta. A wound healing assay was used to investigate the effect of apneic serum on endothelial repair. Results: Apneic serum showed significant increase in chemotaxis in MSC when compared with control serum: the normalized chemotaxis indices were 2.20 +- 0.58 (m +- SE) and 1.00 +- 0.26, respectively (p < 0.05). MSC adhesion to endothelial cells was greater (1.75 +- 0.14 -fold; p < 0.01) in apneic serum than in control serum. When compared with control serum, apneic serum significantly increased endothelial wound healing (2.01 +- 0.24 -fold; p < 0.05). Conclusions: The early increases induced by recurrent obstructive apneas in MSC migration, adhesion and endothelial repair suggest that these mechanisms play a role in the physiological response to the challenges associated to OSA