Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13895
Title: Μελέτη της ποιότητας οστών και αρθρώσεων μυών με έλλειψη του αυξητικού παράγοντα Πλειοτροπίνη χρησιμοποιώντας φασματοσκοπικές και απεικονιστικές τεχνικές
Other Titles: Study of the quality of bones and joints in mice lacking the pleiotrophin growth factor using spectroscopic and imaging techniques
Authors: Γιαννούτσου, Παναγιώτα
Keywords: Πλειοτροπίνη
Οστά
Φασματοσκοπία Raman
Μικροτομογραφία ακτίνων Χ
Keywords (translated): Pleiotrophin
Bones
Raman spectroscopy
micro-CT
Abstract: Η Πλειοτροπίνη (PTN) είναι ένα εκκρινόμενο, πλούσιο σε λυσίνη πεπτίδιο, το οποίο λειτουργεί ως αυξητικός παράγοντας και εκφράζεται στα οστά. Η συσχέτισή της με τη σκελετική ομοιόσταση και τις σκελετικές ασθένειες, είναι υπό διερεύνηση. Έχει βρεθεί ότι η ΡΤΝ υπερεκφράζεται σε ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα, χωρίς να είναι γνωστός μέχρι σήμερα ο ρόλος της στην παθοφυσιολογία της ασθένειας. Εντούτοις είναι ελάχιστες οι μελέτες που εξετάζουν τις επιδράσεις από την έλλειψη του συγκεκριμένου αυξητικού παράγοντα σε οστά και αρθρώσεις. Η κατάσταση των οστών και των αρθρώσεων εκτιμάται συνήθως με κλινική εξέταση, μελέτες απεικόνισης και ιστοπαθολογικές αναλύσεις. Στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκε η φασματοσκοπία Raman που δίνει πληροφορίες για τη σύσταση των ιστών και η μικροτομογραφία ακτίνων Χ (μCT) για τη δημιουργία τρισδιάστατων απεικονίσεων αλλά και την παροχή διάφορων παραμέτρων μικροαρχιτεκτονικής και υγείας των οστών. Για τη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν αρσενικοί και θηλυκοί μύες, strain Black6, ηλικίας περίπου επτά, πενήντα και ογδόντα εβδομάδων ζωής. Η κάθε ηλικιακή ομάδα περιλάμβανε μύες που εξέφραζαν την PTN (“control”, PTN+/+), μύες που εξέφραζαν με μερική έλλειψη το γονίδιο της PTN (PTN+/-) και μύες στους οποίους έχει γίνει ολική απαλοιφή του γονιδίου της ΡΤΝ (“knock-out”, PTN-/-). Στην παρούσα μελέτη εξετάστηκαν μηριαία-κνημιαία οστά, κεφαλές μηριαίων οστών, μηριαίοι κόνδυλοι και οσφυϊκοί σπόνδυλοι των πειραματοζώων. Φασματόμετρο micro-Raman χρησιμοποιήθηκε για τη λήψη φασμάτων από τις περιοχές αυτές και από τις σχετικές εντάσεις των κορυφών των φασμάτων που προέκυψαν υπολογίστηκαν δείκτες Raman οι οποίοι παρέχουν πληροφορίες για τη χημική σύσταση και την ποιότητα των κύριων συστατικών των οστών. Συγκεκριμένα υπολογίστηκαν οι δείκτες: ανόργανου προς οργανικό συστατικό (MMR), ο λόγος των σταυροδεσμών του κολλαγόνου (CLR), ο λόγος των ανθρακικών προς τα φωσφορικά του βιοαπατίτη (CPR) και ο δείκτης της κρυσταλλικότητας (1/FWHM). Τέλος, επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων από τη φασματοσκοπία Raman έγινε με μικροτομογραφία Ακτίνων-Χ (micro-CT). Συμπερασματικά, από τη μελέτη των διαφόρων περιοχών με φασματοσκοπία Raman ξεχώρισαν κάποιες τάσεις συμπεριφοράς των βιοδεικτών MMR, CLR και 1/FWHM, ήταν όμως κυρίως στατιστικώς μη σημαντικές διαφοροποιήσεις, μεταξύ knock-out πειραματοζώων και μαρτύρων. Ιδιαιτέρως σημαντικό αποτέλεσμα που προέκυψε από τη μελέτη με φασματοσκοπία Raman, ήταν η αύξηση του βιοδείκτη MMR, στις κεφαλές μηριαίων οστών, για τα knock-out πειραματόζωα ηλικίας 50 και 80 εβδομάδων, σε σύγκριση με τους αντίστοιχους μάρτυρες. Τα δεδομένα αυτά υποδεικνύουν οστεοαρθριτικές αλλοιώσεις στην κεφαλή μηριαίου, πολύ πιο έντονες για τους μύες στους οποίους είχε γίνει απαλοιφή του γονιδίου της PTN. Από τη μελέτη με μικροτομογραφία ακτίνων Χ αποκαλύφθηκαν επιπλέον σημαντικές διαφοροποιήσεις μεταξύ Knock-out και μαρτύρων, αρχικά για το συμπαγές οστό της διάφυσης του μηριαίου, οι οποίες έδειξαν πως τα knock-out δείγματα - ηλικίας 80 εβδομάδων – είναι περισσότερο αλλοιωμένα. Αναλυτικότερα, διαπιστώνεται μείωση του δείκτη «όγκος ασβεστοποιημένου οστού/όγκος μελετούμενου ιστού», αύξηση του δείκτη «επιφάνεια οστού/όγκος οστού», μείωση του μέσου πάχους του συμπαγούς οστού και αύξηση του πορώδους του συμπαγούς του μηριαίου. Αντίστοιχες μεταβολές των παραμέτρων ισχύουν και για την κεφαλή μηριαίου οστού, συν του ότι σημειώνεται και μείωση της οστικής πυκνότητας (BMD), φαίνεται λοιπόν η άρθρωση των γηραιών knock-out δειγμάτων να είναι περισσότερο οστεοπορωτική σε σύγκριση με τους υγιείς μάρτυρες. Παρόμοιες οστεοπορωτικές μεταβολές, όχι όμως εξίσου έντονες, σημειώθηκαν και για τις άλλες δύο οστικές περιοχές που εξετάσθηκαν, δηλαδή για την άρθρωση γονάτου και τον οσφυϊκό σπόνδυλο. Τέλος, και εκεί παρατηρείται οστεοπορωτική εικόνα (μείωση όγκου ασβεστοποιημένου οστού, μεγαλύτερα διάκενα δοκίδων) για τα γηραιά knock-out δείγματα. Από τα παραπάνω φαίνεται πως το συμπαγές οστό της διάφυσης του μηριαίου και το σπογγώδες οστό της άρθρωσης του ισχίου, επηρεάζονται περισσότερο από την έλλειψη έκφρασης του γονιδίου της PTN στις μεγάλες ηλικίες (80 εβδομάδες ζωής), και έτσι τα knock-out χαρακτηρίζονται από κατώτερη ποιότητα και πιο έντονη οστεοπόρωση, σε σύγκριση με τους μάρτυρες.
Abstract (translated): Pleiotrophin (PTN) is a secreted, lysine-rich peptide that acts as a growth factor and is expressed in bone. Its association with skeletal homeostasis and skeletal diseases is under investigation. PTN has been found to be overexpressed in patients with osteoarthritis, however its role in the pathophysiology of the disease has not been clarified to date. Only a small number of studies have investigated the effects the lack of this particular growth factor has, on bones and joints. Bone and joint health is usually assessed by clinical examination, imaging studies and histopathological analyzes. In this thesis, Raman spectroscopy was used in order to provide information on the composition of the tissues. X-ray micro computed tomography (micro-CT) was also employed, in order to create three-dimensional imaging and to provide various parameters of bone microarchitecture and bone health. Male and female mice of the strain Black6, aged about seven, fifty and eighty weeks old, were used for the study. Each age group included mice which expressed the PTN gene (“control”, PTN+/+), mice that partially expressed the PTN gene (PTN+/-) and mice in which the PTN gene had been completely muted (“knock -out ”, PTN-/-). In the present study, femoral and tibial bones, femoral heads, femoral tubers, and lumbar vertebrae of the animals were examined. A micro-Raman spectrometer was used to obtain spectra from these areas and from the relative intensities of the resulting spectrum peaks, Raman indices were calculated. These indices provided information on the chemical composition and quality of the main bone components. Specifically, the calculated indicators were; inorganic to organic component of bone (MMR), the ratio of collagen cross-links (CLR), the ratio of carbonate to phosphate substitutes in the bioapatitic lattice (CPR) and the index of crystallinity (1 / FWHM). Finally, micro-CT was employed to cross-confirm the Raman spectroscopy results. From the study of the different bone and joint regions with Raman spectroscopy, some behavioral tendencies of the MMR, CLR and 1/FWHM biomarkers stood out, but they were mainly statistically insignificant differences between knock-out animals and controls. A particularly significant result from the Raman spectroscopy study was the increase in the MMR biomarker in the femoral heads of knock-out animals, which belonged at the 50- and 80-weeks age-groups, compared with the corresponding controls. These data indicate osteoarthritic lesions in the femoral head, much more pronounced for the mice in which the PTN gene had been completely muted. The X-ray study also revealed significant differences between knock-out and control samples. Firstly, the cortical bone of the femur diaphysis showed that the knock-out specimens (80 weeks old) were in worse condition than the corresponding control samples. More specifically, there is a decrease in the index "Bone Volume/Total Volume", an increase in the index "Bone Surface/Volume Ratio", a decrease in the average thickness of the cortical bone and an increase in its porosity. Similar changes in these parameters apply to the femoral head, but there is also a decrease in bone mineral density (BMD). It seems that the older knock-out samples are far more osteoporotic compared to the healthy controls. Likewise, such osteoporotic changes - but not as heavily pronounced - were observed for the rest of the skeletal sites that were examined, namely the knee joint and the lumbar vertebra. In conclusion, the reduction of calcified bone volume and larger gaps between the trabeculae “paint” an osteoporotic picture for the older knock-out samples. From all of the above, it can be seen that the cortical bone of the femur and the trabecular bone of the femoral head are the ones most affected by the lack of expression of the PTN gene. So, in old age (80 weeks old), the knock-out samples are characterized by lower bone quality and more severe osteoporosis, compared to the corresponding controls.
Appears in Collections:Τμήμα Φαρμακευτικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
GiannoutsouP - Master - final.pdf8.93 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.