Bo Cao

Dit proefschrift beschrijft in detail de complexe interacties tussen de ruwheid van titaniumoppervlakken, met differentiatie van macrofagen, antimicrobiële activiteit en vorming van een bacteriële biofilm. Met behulp van een geïntegreerde experimentele aanpak, en de toepassing van geavanceerde analytische technieken, zijn nieuwe inzichten in de cellulaire en moleculaire processen onderzocht. In het bijzonder, werd het mechanisme van transcriptieregulatie als potentiële therapeutische middel voor immunomodulatie onderzocht.

Het beschrijft de complexe wisselwerking tussen wijzigingen in de ruwheid van titaniumoppervlakken, immuunreacties van macrofagen, bacteriële biofilm vorming en nieuwe therapeutische strategieën ter verbetering van de infectiebestendigheid van orthopedische implantaten. Deze studie biedt nieuwe inzichten in de rol van oppervlaktemorfologie bij het reguleren van de macrofaagfunctie en onderzoekt de mechanismen van transcriptieregulatie als een potentieel immuno modulerend aangrijpingspunt.

Hoofdstuk 1 beschrijft de klinische en biologische uitdagingen die verbonden zijn aan infecties van orthopedische implantaten, met bijzondere nadruk op de aanhoudende dreiging van bacteriële biofilms en de urgentie voor meer diepgaand onderzoek naar interacties tussen gastheer, pathogeen en materiaal, teneinde nieuwe benaderingen te vinden voor de behandeling van infecties in implantaatmaterialen. Het geeft ook een overzicht van de meest recente methoden binnen infectiebiologie en implantatieonderzoek, waaronder geavanceerde beeldvorming, transcriptomics en real-time in vitro infectiemodellering. Daarmee wordt een basis gelegd voor mechanistisch onderzoek naar interacties tussen gastheer, pathogeen en materiaal.

Hoofdstuk 2 onderzocht het effect van geïnfecteerde titaniumoppervlakteruwheid op macrofagen, en toonde aan dat een matig ruw oppervlak de hechting van macrofagen en hun polarisatie richting zowel M1-achtige als M2-fenotypes bevordert. Het M1-fenotype domineert, wat cruciaal is voor vroege antimicrobiële activiteit, met name in de context van lichaamsvreemd materiaal. Proteomics-analyses onthulden dat zowel metabole als NFATc1-gereguleerde immuun routes worden beïnvloed door oppervlaktestructuur, wat suggereert dat oppervlakte-engineering via het sturen van macrofaagimmuunreacties een nieuwe benadering kan bieden voor de kritieke vroege behandelingsfase van implantaatinfecties.

Hoofdstuk 3 introduceert een complexer biologisch scenario, door interacties tussen macrofagen en bacteriën op titaniumoppervlakken met verschillende topografieën te onderzoeken. Door GFP-exprimerende S. aureus-stammen te gebruiken in combinatie met elektronenmicroscopie, laser confocale microscopie en proteomics, werd aangetoond dat de gecombineerde effecten van oppervlaktestructuur en Staphylococcus Aureus de bacteriële klaring door macrofagen aanzienlijk verminderen. door M1-polarisatie, toename van adhesie aan het oppervlak, verbeterde fagocytose en verhoogde productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS). De resultaten tonen aan dat het aanpassen van de ruwheid van implantaatmaterialen nieuwe mogelijkheden biedt voor het ontwerp van bio-interfaces. Proteomics toonde ook aan dat de oppervlaktestructuur, zowel de NFATc1-signaleringsroute voor macrofaagpolarisatie als de metabole routes, die immuunreacties reguleren, beïnvloedt.

Hoofdstuk 4 richt zich op de DNA-transcriptie factor NFATc1 een belangrijke regulator van macrofaagfunctie. Met behulp van SPR werd de coöperatieve DNA-bindingskinetiek van de transcriptiefactoren NFATc1 en c-Jun onderzocht. De resultaten tonen dat hoewel beide factoren onafhankelijk aan DNA binden, hun coöperatieve binding de bindingskinetiek aanzienlijk versterkt, wat wijst op een synergistisch mechanisme van genregulatie. Dit mechanistisch inzicht vormt een conceptuele basis voor immuun-gerichte interventies die verder gaan dan traditionele antimicrobiële strategieën.

Hoofdstuk 5 bouwt direct voort op deze moleculaire bevindingen en introduceert een rationeel ontworpen peptide, MBB, dat structureel lijkt op c-Jun en selectief de NFATc1/c-Jun DNA-co-binding remt. Functionele testen toonden aan dat MBB de fagocytose van S. aureus en de ROS-productie door macrofagen verhoogt. Dit vertegenwoordigt een nieuwe klasse immuno therapeutische middelen voor implantaatinfecties, aangezien dit peptide selectief interfereert met NFATc1/c-Jun-co-binding en zo de macrofaagafhankelijke klaring versterkt.