Publication

Mimicking Loading-Induced Cartilage Self-Heating in Vitro Promotes Matrix Formation in Chondrocyte-Laden Constructs with Different Mechanical Properties

Résumé

Articular cartilage presents a mechanically sensitive tissue. Chondrocytes, the sole cell type residing in the tissue, perceive and react to physical cues as signals that significantly modulate their behavior. Hyaline cartilage is a connective tissue with high dissipative capabilities, able to increase its temperature during daily activities, thus providing a dynamic thermal milieu for the residing chondrocytes. This condition, self-heating, which is still chiefly ignored among the scientific community, adds a new thermal dimension in cartilage mechanobiology. Motivated by the lack of studies exploring this dynamic temperature increase as a potential stimulus in cartilage-engineered constructs, we aimed to elucidate whether loading-induced evolved temperature serves as an independent or complementary regulatory cue for chondrocyte function. In particular, we evaluated the chondrocytes' response to thermal and/or mechanical stimulation in two types of scaffolds exhibiting dissipation levels close to healthy and degenerated articular cartilage. It was found, in both scaffold groups, that the combination of dynamic thermal and mechanical stimuli induced superior effects in the expression of major chondrogenic genes, such as SOX9 and LOXL2, compared to either signal alone. Similar effects were also observed in proteoglycan accumulation over time, along with increased mRNA transcription and synthesis of TRPV4, and for the first time demonstrated in chondrocytes, TREK1 ion channels. Conversely, the chondrogenic response of cells to isolated thermal or mechanical cues was generally scaffold-type dependent. Nonetheless, the significance of thermal stimulus as a chondro-inductive signal was better supported in both studied groups. Our data indicates that the temperature evolution is necessary for chondrocytes to more effectively perceive and translate applied mechanical loading.

À propos de ce résultat
Cette page est générée automatiquement et peut contenir des informations qui ne sont pas correctes, complètes, à jour ou pertinentes par rapport à votre recherche. Il en va de même pour toutes les autres pages de ce site. Veillez à vérifier les informations auprès des sources officielles de l'EPFL.
Concepts associés (36)
Ingénierie tissulaire
L'ingénierie tissulaire ou génie tissulaire (en anglais, tissue engineering) est l'ensemble des techniques faisant appel aux principes et aux méthodes de l'ingénierie, de la culture cellulaire, des sciences de la vie, des sciences des matériaux pour comprendre les relations entre les structures et les fonctions des tissus normaux et pathologiques des mammifères, afin de développer des substituts biologiques pouvant restaurer, maintenir ou améliorer les fonctions des tissus.
Cartilage
Le cartilage est un tissu conjonctif souple parfois élastique que l'on retrouve chez les animaux sous différents types dans le corps y compris à la surface des articulations entre les os et dans la cage thoracique, l'oreille, le nez, les bronches ou les disques intervertébraux. Le cartilage est formé de cellules de forme arrondie, les chondrocytes, incluses dans des logettes nommées chondroplastes au sein d'une matrice extracellulaire constituée de glycosaminoglycanes et de collagène.
Chondrocyte
vignette|redresse=2|Une cellule chondrocytaire possède à la surface de sa membrane des mécanorécepteurs (annexines, CD44, intégrines) sensibles à la pression et à l'étirement de la membrane cellulaire. Ces récepteurs transforment le qui se traduit par la synthèse et la dégradation des composants de la matrice extracellulaire cartilagineuse. Les chondrocytes (du grec ancien / khóndros, et / kutos, d'où ) sont les cellules composant le cartilage. Ce sont des cellules arrondies et volumineuses (d'un diamètre de 10 à ) présentes dans le cartilage.
Afficher plus
Publications associées (35)

Enhancing Chondrocyte Biosynthetic Activities: Harnessing the Power of Loading-Induced Evolved Temperature

Theofanis Stampoultzis

Chondrocytes within articular cartilage possess the capacity to perceive and react to signals generated by the typical load-bearing actions of daily life, such as walking or running. Articular cartilage is predominantly oriented toward compression-based fu ...
EPFL2024

Synergetic Support of Cartilage Homeostasis via Coupled Thermal-Hydrostatic Pressure Stimuli

Yanheng Guo

Cartilage homeostasis, crucial for musculoskeletal function, is orchestrated by interconnected biophysical cues. In healthy cartilage, repetitive compressive loading not only elicits a range of mechanical stimuli but also induces a gradual transient temper ...
EPFL2024

Self-heating analysis of monolithically integrated hybrid III-V/Si PIN diode

Kirsten Emilie Moselund

Self-heating is a crucial effect in integrated nanophotonic devices regarding their power consumption. In this work, we employ coupled 3D thermo-electrical simulations to gain insight into the thermal behavior related to traps in a monolithic InP-InGaAs-In ...
SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING2022
Afficher plus
MOOCs associés (18)
SES Swiss-Energyscope
La transition énergique suisse / Energiewende in der Schweiz
Neuroscience Reconstructed: Cell Biology
This course will provide the fundamental knowledge in neuroscience required to understand how the brain is organised and how function at multiple scales is integrated to give rise to cognition and beh
Neuroscience Reconstructed: Cell Biology
This course will provide the fundamental knowledge in neuroscience required to understand how the brain is organised and how function at multiple scales is integrated to give rise to cognition and beh
Afficher plus

Graph Chatbot

Chattez avec Graph Search

Posez n’importe quelle question sur les cours, conférences, exercices, recherches, actualités, etc. de l’EPFL ou essayez les exemples de questions ci-dessous.

AVERTISSEMENT : Le chatbot Graph n'est pas programmé pour fournir des réponses explicites ou catégoriques à vos questions. Il transforme plutôt vos questions en demandes API qui sont distribuées aux différents services informatiques officiellement administrés par l'EPFL. Son but est uniquement de collecter et de recommander des références pertinentes à des contenus que vous pouvez explorer pour vous aider à répondre à vos questions.