{"id":9517,"date":"2026-04-08T09:16:31","date_gmt":"2026-04-08T09:16:31","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/michiel-siebelt\/"},"modified":"2026-04-23T08:08:04","modified_gmt":"2026-04-23T08:08:04","slug":"michiel-siebelt","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/michiel-siebelt\/","title":{"rendered":"Michiel Siebelt"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":13261,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-9517","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"OSTEOARTHRITIS: PATHOGENESIS AND THERAPEUTIC INTERVENTIONS FOR A WHOLE JOINT DISEASE","samenvatting":"Een gewricht is een complexe structuur in het menselijk lichaam dat beweging mogelijk maakt. Artrose is een ziekte van een gewricht waarbij pathologische veranderingen plaatsvinden in kraakbeen, subchondraal bot, gewrichtskapsel, menisci, ligamenten en tal van andere structuren. Het is vooralsnog onduidelijk waarom artrose in de ene pati\u00ebnt snel progressief is en in anderen tientallen jaren stabiel blijft. Om meer inzicht te krijgen in de pathogenese van artrose en de effecten van therapeutische interventies hebben we in dit proefschrift diverse beschikbare diermodellen gebruikt. Monitoren van het ziekteproces vond plaats middels beeldvormende technieken zoals \u00b5CT en \u00b5SPECT\/CT.\n\nIn Hoofdstuk 2 beschrijven we een nieuwe analysemethode om accuraat kraakbeen uit scans van \u00b5CT-arthrogrammen (\u00b5CTa) te segmenteren. In de tijd hebben we drie ratmodellen voor artrose vervolgd met behulp van \u00b5CTa. Voor elk van deze drie modellen vonden wij een eigen patroon van verergering van artrose. Bij dieren die blootgesteld werden aan hardlopen, nam de concentratie van gesulfateerde glycosaminoglycanen (sGAGs) in het kraakbeen sterk af, leidend tot een sterk verminderde kwaliteit. Echter, ook wanneer deze dieren niet meer hoefden te rennen, bleef het artrose proces onverminderd doorgaan. Dit wekt de suggestie, dat een toename van de biomechanische prikkel een cascade van gebeurtenissen in het kraakbeen initieert waarbij het natuurlijke herstelmechanisme overschreden wordt.\n\nIn Hoofdstuk 3 presenteren we in een ratmodel hoe een milder hardloopschema geen negatief effect heeft op de kwaliteit van het kraakbeen in gezonde knie\u00ebn van ratten. Wanneer wij door middel van papaine injecties in deze knie de hoeveelheid sGAGs in het kraakbeen lieten afnemen, leidde dit milde hardloopschema echter tot een sterke toename van artrose met erosie van kraakbeen, sclerose in het subchondrale bot, ontsteking in het gewrichtskapsel en een forse toename van osteofyten.\n\nHet is bekend dat tijdens progressie van artrose chondrocyten in het kraakbeen tekenen van hypertrofie aannemen en uiteindelijk sterven via een mechanisme dat apoptose heet. Het canonieke Wnt\/\u03b2-catenine systeem is een belangrijke regulator van kraakbeen homeostase en heeft daarnaast invloed op de celdood via apoptose. Glycogeen synthase kinase-3\u03b2 (GSK3\u03b2) reguleert in dit systeem transductie van het canonieke Wnt signaal door de afbraak van \u03b2-catenin te stimuleren. In Hoofdstuk 4 laten we zien dat remming van GSK3\u03b2 leidt tot een toename van celdood van de chondrocyt door apoptose, gepaard gaande met een toename van artrose.\n\nEen ander eiwit van invloed op apoptose is heat shock protein 70 (Hsp70), geproduceerd door chondrocyten. Een toename van Hsp70 leidt tot minder celdood en stimuleert kraakbeen kwaliteit door toename van sGAG productie. Hsp70 productie kan gestimuleerd worden door belasting van kraakbeen middels hardlopen. Echter, dit gunstige effect blijkt gelimiteerd. Mogelijk leidt co-inductie van een ander stresseiwit, Hsp90, tot een tenietdoening van het gunstige effect van Hsp70. In Hoofdstuk 5 hebben we getest of remming van de werking van Hsp90 in staat was artrose te voorkomen. Het bleek inderdaad dat Hsp90 remming een stimulans is voor chondrocyten om meer Hsp70 te produceren, met als gevolg meer productie van sGAG en minder schade aan het kraakbeen ten opzichte van onbehandelde dieren.\n\nZoals gezegd wordt artrose gekenmerkt door verandering van normaal fenotype van de chondrocyt naar een hypertrofe morfologie. Dit proces is geassocieerd met calcineurin (Cn) activiteit. In Hoofdstuk 6 hebben we bestudeerd of remming van Cn activiteit door behandeling met FK506 het normale fenotype van chondrocyten kan beschermen en middels die wijze artrose zou kunnen voorkomen. Onze in vitro studies lieten zien dat door behandeling met FK506 een toename van anabolische, maar afname van catabolische activiteit door chondrocyten plaatsvond. In vivo experimenten lieten zien dat behandeling met FK506 leidde tot minder afbraak van kraakbeenmatrix en vermindering van progressie van artrose in andere weefsels van het gewricht.\n\nDe interface tussen kraakbeen en bot wordt al jaren onderzocht als mogelijke ontstaansplek van artrose. Tal van verandering in deze interface leiden uiteindelijk tot een toename van een sclerotisch botfenotype en artrose. Mogelijk ontstaat deze sclerose door een verstoorde balans tussen botresorberende osteoclasten en botmakende osteoblasten. In Hoofdstuk 7 hebben we getest of het remmen van botresorptie door osteoclasten leidt tot een vermindering van artrose. In dit experiment gebruikten we alendronaat om botresorptie door osteoclasten te stoppen. Hoewel door alendronaat botsclerose niet voorkomen werd, bleek sprake van minder afbraak van kraakbeenmatrix. Dit kan duiden op een centrale rol van pathologisch toegenomen osteoclast activiteit in progressie van artrose.\n\nGedurende progressie van artrose worden macrofagen in het gewrichtskapsel geactiveerd. Van deze macrofagen is bekend dat zij transforming growth factor (TGF) \u03b2 produceren. Dit groeihormoon induceert aanmaak van botgroei stimulerende eiwitten door synoviocyten in het gewrichtskapsel, leidend tot benige uitsteeksels (osteofyten) in een gewricht. Het is bekend dat intra-articulair ge\u00efnjecteerde corticostero\u00efden een sterk remmend effect hebben op de vorming van deze osteofyten. In Hoofdstuk 8 hebben we onderzocht op welke manier intra-articulaire injecties met een corticostero\u00efd (triamcinolon) invloed heeft op de activatie van macrofagen. Verrassend genoeg vonden wij dat triamcinolon leidt tot een forse toename van macrofaag activiteit. Deze behandeling wist wel de vorming van osteofyten volledig te voorkomen. Helaas zagen wij geen gunstige effecten op kraakbeenkwaliteit en zelfs een toename van sclerose in de behandelde dieren.\n\nMononucleaire beenmergcellen (BMMNCs) en mesenchymale stamcellen (MSCs) zijn cellen die anti-inflammatoire stoffen en groeifactoren kunnen uitscheiden, met allerlei immunomodulatoire en trofische eigenschappen. In Hoofdstuk 9 hebben we onderzocht of BMMNCs and MSCs een gunstig effect op artrose kunnen hebben. Daarvoor werden MSC in artrotische knie\u00ebn van ratten ingespoten. Door middel van fluorescentie hebben we de aanwezigheid van MSCs tot twee weken na injectie kunnen traceren. De MSCs hadden een minimaal gunstig effect op pijn die de ratten in hun artrotische knie ervaarden. Zowel MSCs als vers ge\u00efsoleerde mononucleaire beenmergcellen bleken echter geen therapeutisch effect te hebben op artrotische veranderingen in bot, kraakbeen en gewrichtskapsel.\n\nConventionele afbeeldende technieken (zoals r\u00f6ntgenfoto\u2019s en MRI) geven ons onvoldoende informatie om de pathologie van artrose te ontrafelen. Met nieuwe beeldvormende technieken, zoals \u00b5CTa, kunnen we mogelijk artrose in een veel vroeger stadium diagnosticeren. Om deze dierexperimentele CT techniek naar de kliniek te transleren hebben we een tweetal experimenten uitgevoerd. In Hoofdstuk 10 vergeleken we kraakbeen analyse van klinisch vervaardigde CT arthrogrammen (CTa) met ex vivo gemeten sGAG concentraties met EPIC-\u00b5CTscans. Deze vertoonden een hoge correlatie, welke aanzienlijk verbeterde wanneer naast data over sGAG, ook informatie werd toegevoegd met informatie over de collageen structuur van het kraakbeen.\n\nOmdat beeldvormende technieken zoals CT gebruik maken van r\u00f6ntgenstraling, is het noodzakelijk om te onderzoeken of CTa scans met een lagere stralingsdosis nog steeds kraakbeen kwaliteit kunnen meten. In Hoofdstuk 11 beschrijven we dat 6 verschillende CTa scans met een stralingsdosis tussen de 81.33mGy en 8.13mGy betrouwbare informatie over de concentratie sGAG in kraakbeen genereerden. Deze uitkomst impliceert dat CTa laagdrempelig gebruikt kan worden bij het diagnosticeren van pati\u00ebnten met artrose. Een beperking van de lagere stralingsdosis was, dat de spati\u00eble analyse van de CTa scans minder nauwkeurig werd. Daarom is CTa met een lage stralingsdosis minder geschikt voor studies waarbij een accurate spati\u00eble analyse noodzakelijk is.\n\nConcluderend onderstrepen de resultaten van dit proefschrift de hypothese dat artrose een ziekte van het hele gewricht is. Meermaals laten onze uitkomsten zien dat de verschillende weefsels in gewrichten zich continue aanpassen aan wisselende biomechanische omstandigheden. Wanneer de gewrichtweefsels in kwaliteit afnemen, of wanneer de biomechanische belasting sterk toeneemt, kan het fysiologisch functioneren van het gewricht ondermijnd worden, leidend tot activatie van cascades welke artrose induceren. Door middel van verschillende (medicamenteuze) interventies is het mogelijk om afzonderlijke cellen in het gewricht te be\u00efnvloeden, waarmee de kwaliteit van weefsels wordt beschermd en artrose voorkomen. In de toekomst zullen beeldvormende technieken voor kraakbeen (zoals het gebruik van CT arthrogrammen) en nieuwe moleculaire technieken (zoals SPECT\/CT), een prominente rol gaan spelen om de pathogenese van artrose te ontrafelen. Het gebruik van dergelijke technieken stelt ons in staat specifieke artrose pati\u00ebnten te selecteren die aan eenzelfde subtype van artrose lijden. Meer homogeniteit van pati\u00ebntgroepen zal leiden tot een toename van kansen om daadwerkelijk een nieuwe behandeling voor artrose te ontwikkelen.","summary":"The articular joint is a complex structure in the human body that allows movement under high mechanical loading during daily activities. Osteoarthritis (OA) is a degenerative disease of articular joints that involves pathologic changes in articular cartilage, subchondral bone, synovium, menisci, ligaments, and probably even other structures as well. In this thesis, we studied different aspect of progressing OA pathology in different animal models using multi-modality imaging techniques (like \u00b5CT and \u00b5SPECT\/CT) dedicated for small laboratory animal research. Furthermore, we investigated several therapeutic strategies that might be beneficial for OA management.\n\nFirst, we longitudinally analyzed OA progression in different OA models using \u00b5CT-arthrography (\u00b5CTa) scans. In Chapter 2, we describe a new approach to more accurately segment cartilage from \u00b5CTa scans, enabling more detailed analysis of cartilage degradation in time. When applied for analysis of OA progression during a 24 week follow-up time in three different OA models, each model showed distinct patterns of disease progression. In particular, the strenuous running model showed a marked loss of sulphated glycosaminoglycans (sGAG) from articular cartilage during treadmill running. Unexpectedly, when rats did not run anymore, this sGAG loss progressed during follow-up. This finding suggests that increased biomechanical exposure through strenuous running initiates an ongoing cascade of OA processes that likely exceeds the ability for spontaneous cartilage repair.\n\nIn contrast to our finding in Chapter 2, from literature it is known that physiological joint loading through exercise can stimulate cartilage quality and enhance cartilage sGAG content in healthy joints. In Chapter 3, we investigated whether physical exercise exerts a similar effect on sGAG depleted cartilage. In this chapter we show that moderate exercise is harmless for healthy cartilage, but is detrimental for articular joints in rats with severely sGAG depleted cartilage. Not only cartilage degraded to a far more severe extent, there was also more formation of subchondral sclerosis, fulminant activation of macrophages, and increased osteophytosis.\n\nNext, we performed experiments that target chondrocytes in order to intervene with OA progression. The canonical Wnt\/\u03b2-catenin signaling pathway is a critical regulator of cartilage homeostasis and development and influences cell death through apoptosis mechanisms. In this pathway, glycogen synthase kinase-3\u03b2 (GSK3\u03b2) down-regulates transduction of the canonical Wnt signal by promoting degradation of \u03b2-catenin. In Chapter 4, we show that inhibition of GSK3\u03b2 leads to chondrocyte apoptosis and induces OA.\n\nAnother interesting regulator of cartilage homeostatis are heat shock proteins (Hsp). Hsp70 can be upregulated in chondrocytes through exercise, which protects chondrocytes against apoptotic cell death. However, this effect is limited due to suspected upregulation of Hsp90, which has an antagonistic function on Hsp70. In Chapter 5, we tested whether Hsp90 inhibition might prevent degenerative effects from strenuous running on articular cartilage. We found that Hsp90 inhibition upregulated Hsp70 in articular chondrocytes and stimulated sGAG production, which ultimately prevented cartilage ECM damage in the rat running model.\n\nA loss of chondrogenic phenotype due to OA induced chondrocyte hypertrophy is associated with calcineurin (Cn) activity. In Chapter 6 we studied whether Cn inhibition through FK506 treatment improves chondrocyte phenotype in vitro and whether FK506 might prevent OA in vivo. In vitro monolayer and 3D pellet cultures of chondrocytes treated with FK506 showed both induced anabolic and reduced catabolic extracellular matrix (ECM) marker expression. When FK506 was applied in vivo, it prevented degradation of ECM, reduced subchondral sclerosis, and synovial macrophage activation. Our data suggest that FK506 induces an anabolic response in articular chondrocytes that protects cartilage ECM.\n\nThe cartilage-bone interface is long suspected to be the key-region in OA development. It has been hypothesized that a functional coupling between osteoclasts and osteoblasts exists that eventually will lead to sclerosis formation during OA progression. In Chapter 7, we investigated whether inhibited osteoclastic bone resorption through alendronate treatment intervened with formation of subchondral sclerosis formation and its effect on OA progression. Alendronate treatment functionally inhibited osteoclastic bone resorption, but the formation of sclerosis was not prevented. This suggests that other cells, like osteocytes, might play an important role in the formation of sclerosis. However, alendronate treatments did (somewhat) protect against ECM degradation, indicating that increased osteoclastic activity does contribute to during OA progression.\n\nWithin the synovium reside macrophages that become activated during OA progression. It is known that these activated macrophages produce transforming growth factor (TGF) \u03b2. Due to enhanced TGF\u03b2 production, the synoviocytes enhance bone morphogenetic protein (BMP) production. Consequently, these BMPs stimulate development of osteophytes. It is also known, that intra-articular use of corticosteroids inhibits osteophytosis. However, the mechanisms through which this effect is generated are still unknown. In Chapter 8 we studied what effect intra-articular injections of triamcinolone have on synovial macrophage activation. Triamcinolone was able to prevent osteophyte formation in a severe model for OA. Interestingly, triamcinolone injections severely enhanced macrophage activation. Unfortunately, we did not find an effect on cartilage quality or quantity. In fact, triamcinolone proved to enhance subchondral sclerosis in this model for OA.\n\nMesenchymal stem cells (MSCs) are promising candidates for cartilage regeneration. MSCs also have immunomodulatory and trophic capacities by secreting anti-inflammatory factors and growth factors. Cell tracking experiments showed that MSCs are able to survive up to two weeks after injection into the knee joint (Chapter 9). Although we found that MSCs exerted a favorable effect on pain in the mono-iodoacetate (MIA) model for OA, both MSC and freshly isolated bone marrow mononuclear cells (BMMNCs) did not modify any of the MIA induced OA changes in bone, cartilage and synovium. Further evaluation on multiple pain aspects is needed to assess the efficacy of MSC as a therapy to alleviate pain in clinical OA.\n\nCurrent imaging modalities used in clinical practice (e.g. radiographs, MRI), are not likely to give us the necessary knowledge about OA pathogenesis. \u00b5CT-arthrography is a pre-clinical technique that enables us to detect early OA events before our laboratory animals develop any clinical symptoms of disease progression. Therefore, we conducted experiments in order to translate this technique towards a clinical setting. In Chapter 10, CT-arthography (CTa) scans made using a clinical CT system and compared to outcomes from EPIC-\u00b5CT scans. CTa had an excellent correlation with cartilage sGAG content. This correlation even further improved when we combined information on sGAG content with data that reflected the cartilage ECM composition. This indicates that cartilage analysis using CTa serves as an accurate measure for cartilage quality.\n\nIn order to use a radiation based technique (like CT) in clinical practice, it is necessary to investigate whether CTa scan protocols using a lower radiation dose are still able to measure cartilage quality. In Chapter 11 we report that CTa scans made with radiation doses ranging from 8.13 mGy to 81.33mGy, were all able to measure overall cartilage quality. CTa is therefore suitable for quantitative analysis of cartilage in clinical research. However, spatial analysis of cartilage quality on a single CT slice was highly affected by lowering the radiation dose. So, for new studies that require a high spatial resolution, will need to use a higher radiation dose.\n\nTo conclude, the results of this thesis support that OA is a \u2018whole joint disease\u2019. Our data suggest that there is a dedicated balance within joint tissues to cope with the daily biomechanical demands it faces. Physiological joint functioning is impaired through loss of tissue quality, increased biomechanical demands, or a combination of both. When physiological functioning is disturbed, OA is likely to develop. We have shown that targeted interventions at different cells in the joint enable preservation of tissue quality, through which OA might be prevented. New imaging techniques for quantitative cartilage analysis (e.g. CT-arthrography) and emerging techniques that visualize cellular and molecular aspects of OA (e.g. SPECT\/CT) will enhance our knowledge of OA. With these techniques, we will be able to more accurately select patients all suffering from a similar etiology of OA. The fewer the variables within OA study populations, the higher the chances in developing disease modifying agents that successfully target OA can be identified.","auteur":"Michiel Siebelt","auteur_slug":"michiel-siebelt","publicatiedatum":"3 juni 2015","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/michielsiebelt?iframe=true","url_download_pdf":"","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202604080912","isbn":"978-94-91487-22-4","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Erasmus Universiteit Rotterdam","afbeeldingen":13261,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Erasmus Universiteit Rotterdam","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9517","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=9517"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9517\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":9520,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9517\/revisions\/9520"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/13261"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=9517"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=9517"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}