Effect of graphene and graphene oxide on human pluripotent stem cells and vascular cells
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Pappa, Athanasia-Zoi
Παππά, Αθανασία-Ζωή
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Επιστημών Υγείας. Τμήμα Ιατρικής
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
The present study constitutes a translational application of graphene nanoplatelets in tissue
engineering and regenerative medicine, aiming at developing a graphene containing vascularised brain
organoid. Therefore, we focused on the effect of graphene on the cell types which would constitute
the vascularised organoid. The cells were: human pluripotent stem cells (PSCs, H1), pluripotent stem
cells differentiated to vascular progenitor cells (CD34+VPCs), ECs (umbilicial vein ECs, HUVECs) and
mural cells (vascular smooth muscle cells, VSMCs). The role of graphene on neural cells was not
addressed in this study.
An initial screening of 9 types of graphene, differing in diameter, was performed using HUVECs to select
the optimum graphene nanoparticle size and surface area. HUVECs were selected as we considered
them to be a very sensitive cell type. Following the screening, three graphene types were selected for
analysis in the other cell types mentioned above, graphene 30 micron (G2), 1.5 micron (G9) and
graphene oxide (GO). The reasoning behind the choice of graphene size was that the 1.5 micron and
30 micron nanoparticle were devoid of side effects on proliferation, in addition the 30 micron size
would not be internalised avoiding potential damage to intracellular organelles and being more of a
scaffold to which cells might attach. GO offers an altered surface charge and a wide range of
nanoparticle sizes.
The 3 graphene types selected (G2, G9 and GO) were then tested regarding their effects on the
proliferation of PSCs, CD34+VPCs and VSMCs cells. Our results indicated that 1 μg/ml of G2, G9 and GO
did not alter cell proliferation, even though the CD34+ VPCs showed some sensitivity at this
concentration. Likewise, the same concentration of graphenes did not alter the pluripotency marker
OCT3/4 and did not affect the differentiation of H1 hPSCs to CD34+VPCs. With respect to VSMCs, we
have developed a differentiation protocol that generates synthetic (sSMCs) and contractile (cSMCs)
phenotypes. These phenotypes were stable in 1 μg/ml of G2, G9 and GO undergoing no transition
between phenotypes when analysed using the appropriate markers (a-SMA, calponin and SM22).
Testing graphene nanomaterials in more complex assays indicated that G2 nanoplatelets did not
internalise, as expected, whereas the G9 and GO ones did and were identified in lysosomes that
appeared to be not compromised, however this requires more experiments. Regarding other assays,
G2, G9 and GO did not alter vascular organoid formation at 1 μg/ml, whereas functional analysis of
vascular organoids sprouting (sSMCs/ CD34+VPCs and cSMCs / CD34+VPCs), revealed that graphene
bears an angiogenic potential since it increased the number, length, and network depth of the
developing sprouts.
Η παρούσα εργασία αποτελεί μια μελέτη της εφαρμογής των νανοσωματιδίων γραφενίου στη μηχανική των ιστών και την αναγεννητική ιατρική με σκοπό την ανάπτυξη ενός αγγειοποιημένου οργανοειδούς εγκεφάλου που περιλαμβάνει γραφένιο. Γι’ αυτό το λόγο, εστιάσαμε στην επίδραση του γραφενίου στις επιμέρους κυτταρικές σειρές που απαρτίζουν το αγγειοποιημένο οργανοειδές. Τα κύτταρα που χρησιμοποιήσαμε ήταν τα εξής: πολυδύναμα ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα (PSCs, H1), πολυδύναμα βλαστικά διαφοροποιημένα προς ανώριμα ενδοθηλιακά (CD34+ κύτταρα), ώριμα ενδοθηλιακά (HUVECs) και τοιχωματικά κύτταρα (αγγειακά λεία μυϊκά κύτταρα, VSMCs). Ο ρόλος του γραφενίου στα νευρικά κύτταρα δεν διερευνήθηκε σε αυτή τη μελέτη. Με σκοπό την επιλογή των κατάλληλων τύπων γραφενίου που θα εξεταστούν περαιτέρω στην παρούσα εργασία, πραγματοποιήσαμε μία διαλογή 9 τύπων γραφενίου, που διέφεραν σε ειδική επιφάνεια και διάμετρο, και στη συνέχεια τα προσθέσαμε σε καλλιέργεια ώριμων ενδοθηλιακών κυττάρων. Από τη διαλογή, καταλήξαμε σε 3 τύπους, τύπος 2 (30 μm διάμετρος-G2), τύπος 9 (1.5 μm διάμετρος-G9) και οξείδιο του γραφενίου (GO), βασιζόμενοι στην ανασταλτική τους δράση ως προς τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό των παραπάνω κυτταρικών σειρών. Οι τρεις τύποι γραφενίου που επιλέχθηκαν (G2, G9 and GO) δοκιμάστηκαν στη συνέχεια ως προς την επίδρασή τους στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό των PSCs, CD34+ και VSMCs κυττάρων. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η συγκέντρωση 1 μg/ml των G2, G9 and GO δεν είχε αρνητική επίδραση αν και τα CD34+ κύτταρα έδειξαν κάποια ευαισθησία ως προς αυτή τη συγκέντρωση. Αντίστοιχα, η ίδια συγκέντρωση των G2, G9 and GO δεν επηρέασε την έκφραση του δείκτη πολυδυναμίας OCT3/4 αλλά ούτε και τη διαφοροποίηση των H1 hPSCs προς CD34+ cells. Αναφορικά με τα VSMCs, αναπτύξαμε ένα πρωτόκολλο διαφοροποίησης για την παραγωγή συνθετικών (sSMCs) και συσταλτών (cSMCs) φαινοτύπων. Αυτοί οι φαινότυποι παρέμειναν σταθεροί στο 1 μg/ml των G2, G9 and GO ενώ δεν παρατηρήθηκε κάποια αλληλομετατροπή μεταξύ τους, εξετάζοντας τα επίπεδα έκφρασης των κατάλληλων δεικτών (a-SMA, calponin and SM22). Η πραγματοποίηση πιο περίπλοκων δοκιμασιών έδειξε ότι τα G2 νανοσωματίδια δεν εσωτερικεύονται, όπως αναμενόταν, αν και το G9 και GO συσσωρεύτηκαν στα λυσοσώματα. Σχετικά με άλλες αναλύσεις, τα G2, G9 and GO δεν επέδρασαν στη δημιουργία αγγειακών οργανοειδών στο 1 μg/ml, αν και η ανάλυση της λειτουργικότητας των αγγειακών οργανοειδών (sSMCs/ CD34+ και cSMCs/CD34+), αποκάλυψε ότι το γραφένιο φέρει ένα αγγειογενετικό δυναμικό με αυξημένες τις τιμές στον αριθμό, μήκος και βάθος του αγγειακού δικτύου των αναπτυσσόμενων εκβλαστήσεων. Συμπερασματικά, βασιζόμενοι στα παραπάνω αποτελέσματα και στο γεγονός ότι θεωρούμε καλύτερο να επιλέξουμε κάποιον τύπο γραφενίου ο οποίος δεν εσωτερικεύεται, έχει το βέλτιστο τύπο11 και μέγεθος και θα μπορούσε να αναλυθεί περαιτέρω είναι ο τύπος 2 (30μm διάμετρος) στη συγκέντρωση 1 μg/ml.
Η παρούσα εργασία αποτελεί μια μελέτη της εφαρμογής των νανοσωματιδίων γραφενίου στη μηχανική των ιστών και την αναγεννητική ιατρική με σκοπό την ανάπτυξη ενός αγγειοποιημένου οργανοειδούς εγκεφάλου που περιλαμβάνει γραφένιο. Γι’ αυτό το λόγο, εστιάσαμε στην επίδραση του γραφενίου στις επιμέρους κυτταρικές σειρές που απαρτίζουν το αγγειοποιημένο οργανοειδές. Τα κύτταρα που χρησιμοποιήσαμε ήταν τα εξής: πολυδύναμα ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα (PSCs, H1), πολυδύναμα βλαστικά διαφοροποιημένα προς ανώριμα ενδοθηλιακά (CD34+ κύτταρα), ώριμα ενδοθηλιακά (HUVECs) και τοιχωματικά κύτταρα (αγγειακά λεία μυϊκά κύτταρα, VSMCs). Ο ρόλος του γραφενίου στα νευρικά κύτταρα δεν διερευνήθηκε σε αυτή τη μελέτη. Με σκοπό την επιλογή των κατάλληλων τύπων γραφενίου που θα εξεταστούν περαιτέρω στην παρούσα εργασία, πραγματοποιήσαμε μία διαλογή 9 τύπων γραφενίου, που διέφεραν σε ειδική επιφάνεια και διάμετρο, και στη συνέχεια τα προσθέσαμε σε καλλιέργεια ώριμων ενδοθηλιακών κυττάρων. Από τη διαλογή, καταλήξαμε σε 3 τύπους, τύπος 2 (30 μm διάμετρος-G2), τύπος 9 (1.5 μm διάμετρος-G9) και οξείδιο του γραφενίου (GO), βασιζόμενοι στην ανασταλτική τους δράση ως προς τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό των παραπάνω κυτταρικών σειρών. Οι τρεις τύποι γραφενίου που επιλέχθηκαν (G2, G9 and GO) δοκιμάστηκαν στη συνέχεια ως προς την επίδρασή τους στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό των PSCs, CD34+ και VSMCs κυττάρων. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η συγκέντρωση 1 μg/ml των G2, G9 and GO δεν είχε αρνητική επίδραση αν και τα CD34+ κύτταρα έδειξαν κάποια ευαισθησία ως προς αυτή τη συγκέντρωση. Αντίστοιχα, η ίδια συγκέντρωση των G2, G9 and GO δεν επηρέασε την έκφραση του δείκτη πολυδυναμίας OCT3/4 αλλά ούτε και τη διαφοροποίηση των H1 hPSCs προς CD34+ cells. Αναφορικά με τα VSMCs, αναπτύξαμε ένα πρωτόκολλο διαφοροποίησης για την παραγωγή συνθετικών (sSMCs) και συσταλτών (cSMCs) φαινοτύπων. Αυτοί οι φαινότυποι παρέμειναν σταθεροί στο 1 μg/ml των G2, G9 and GO ενώ δεν παρατηρήθηκε κάποια αλληλομετατροπή μεταξύ τους, εξετάζοντας τα επίπεδα έκφρασης των κατάλληλων δεικτών (a-SMA, calponin and SM22). Η πραγματοποίηση πιο περίπλοκων δοκιμασιών έδειξε ότι τα G2 νανοσωματίδια δεν εσωτερικεύονται, όπως αναμενόταν, αν και το G9 και GO συσσωρεύτηκαν στα λυσοσώματα. Σχετικά με άλλες αναλύσεις, τα G2, G9 and GO δεν επέδρασαν στη δημιουργία αγγειακών οργανοειδών στο 1 μg/ml, αν και η ανάλυση της λειτουργικότητας των αγγειακών οργανοειδών (sSMCs/ CD34+ και cSMCs/CD34+), αποκάλυψε ότι το γραφένιο φέρει ένα αγγειογενετικό δυναμικό με αυξημένες τις τιμές στον αριθμό, μήκος και βάθος του αγγειακού δικτύου των αναπτυσσόμενων εκβλαστήσεων. Συμπερασματικά, βασιζόμενοι στα παραπάνω αποτελέσματα και στο γεγονός ότι θεωρούμε καλύτερο να επιλέξουμε κάποιον τύπο γραφενίου ο οποίος δεν εσωτερικεύεται, έχει το βέλτιστο τύπο11 και μέγεθος και θα μπορούσε να αναλυθεί περαιτέρω είναι ο τύπος 2 (30μm διάμετρος) στη συγκέντρωση 1 μg/ml.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Stem cells, Tissues engineering, Organoids, Graphene, Βλαστοκύτταρα, Μηχανική ιστών, Οργανοειδή, Γραφένιο
Θεματική κατηγορία
Stem cells
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
en
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Επιστημών Υγείας. Τμήμα Ιατρικής
Όνομα επιβλέποντος
Murphy, Carol
Εξεταστική επιτροπή
Murphy, Carol
Φώτσης, Θεόδωρος
Φριλίγγος, Ευστάθιος
Γκόγκας, Χρήστος
Φώτσης, Θεόδωρος
Φριλίγγος, Ευστάθιος
Γκόγκας, Χρήστος
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Επιστημών Υγείας
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
102 σ.
Λεπτομέρειες μαθήματος
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States