Acredita-se que sinais elétricos endógenos afetem remodelamento, metabolismo, reparo e crescimento ósseos. Existe uma ampla literatura que trata do efeito de sinais elétricos externos sobre as respostas de síntese, mitogênese e proliferação em osteoblastos e células ósseas in vitro. Acredita-se que as respostas fisiológicas ao estimulo elétrico sejam devidas a mecanismos celulares que envolvem variações na concentração citosólica de cálcio. No presente estudo esse efeito celular foi observado através da estimulação direta, por campo elétrico de intensidade fisiologicamente significativa de 10mV/cm e frequência 1,5 MHz, de células ósseas em cultura primária obtidas a partir da calota calvária de ratos da raça Sprague-Dawley. Os mecanismos de transdução do campo elétrico são investigados pela mensuração em tempo real do efeito do campo elétrico na concentração citosólica de Ca2+ utilizando-se técnica de fluorescência de Fura-2, em um sistema que permite a medida em células individuais. As estimulações elétricas resultaram em variações significativas na concentração de cálcio citosólico. Mais especificamente, observou-se um aumento na amplitude e na duração das oscilações de cálcio iônico, com tempos de latência variáveis para as células estudadas. / Endogenous electrical signals have been thought to affect bone remodeling, metabolism, healing and growth. Much literature exists concerning the effect of external electrical signals on synthetic, mitogenic, and proliferative responses of osteoblasts or osteoblast-like cells in vitro. Physiological responses to electrical stimulation are thought to be due to cellular mechanisms involving cytosolic calcium concentration changes. In this study this cellular effect was observed by directly stimulating primary culture bone cells from Sprague-Dawley rat calvaria at physiological significant field strength of 10 mV/cm and frequency 1,5 MHz. Electric field transduction mechanisms are investigated by measuring the real-time electric field effect on cytosolic Ca+2 concentrations using Fura-2 fluorescence technology in a system capable of measurement on a cell-by-cell basis. The electrical stimulations resulted in significant changes in cytosolic calcium concentration. More specifically, an increase was noted in calcium oscillation amplitude and duration, and a variable response latency period for the cells studied.

O objetivo deste estudo foi investigar o papel do fator de crescimento derivado de plaquetas-BB (PDGF-BB) na concentração de 300ng/ml na taxa de proliferação e adesão de células derivadas da granulação óssea humana a fragmentos radiculares periodontalmente comprometidos. Na primeira etapa do estudo, foi estabelecida cultura primária de células da granulação óssea de dois pacientes adultos, sistemicamente saudáveis, não fumantes. Após a expansão celular, as células foram caracterizadas para determinação do fenótipo por meio de ensaios de viabilidade celular, MTT, ensaio de atividade de fosfatase alcalina, ensaio de mineralização e caracterização imunohistoquímica por meio de citometria de fluxo (segunda etapa). Na terceira etapa do estudo, os efeitos da adição de PDGF-BB recombinante humano na concentração de 300ng/ml na taxa de proliferação e adesão de células derivadas da granulação óssea a superfícies radiculares periodontalmente comprometidas foram investigados. A taxa de proliferação celular estimulada pelo PDGF-BB (grupo teste) ou pelo meio de cultura (grupo controle) foi investigada por meio de contagem de células viáveis nos frascos de cultura após 1, 3, 5 e 7 dias do cultivo celular. Foram obtidos 30 fragmentos dentários a partir de dentes extraídos por razões periodontais. Os fragmentos foram raspados com curetas Gracey e condicionados com solução em gel de EDTA a 24% durante 3 minutos, lavados com solução de soro fisiológico, secos e posicionados em placas de 24 poços. Foram incubadas sobre os fragmentos tratados 1x104 células GO por 24 horas, seguido por fixação e preparo para análise por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O número de células aderidas sobre os fragmentos foi analisado nas fotomicrografias. O padrão de crescimento das células GO foi compatível com células ósseas, com modificação do padrão do crescimento com o aumento do número de passagens. Houve atividade de fosfatase alcalina em meio osteogênico e convencional, com pico máximo aos 7 dias e atividade de mineralização estimulada ou não por meio osteogênico, com pico máximo aos 21 dias. A análise por meio de citometria de fluxo demonstrou que as células GO não expressaram CD105 e CD166 na 14a passagem, indicando sua diferenciação celular avançada nesse período. A adição de rhPDGF-BB resultou em mudança na taxa de proliferação celular, observando-se pico máximo de crescimento aos 7 dias, com diferenças estatisticamente significantes (p < 0.005; ANOVA post hoc Tukey) em relação aos períodos de 1, 3 e 5 dias. O ensaio de MTT demonstrou maior viabilidade celular no período de 48 hs, comparativamente aos períodos de 24 e 72 horas, quando a densidade óptica celular diminuiu de forma significativa (p< 0.05; Friedmann pósteste Dunn). No ensaio de adesão celular, pode-se observar que a adição de rhPDGFBB aumentou significativamente o número de células aderidas aos fragmentos dentários (p< 0.05; teste t não pareado com correção Welch), com alteração da morfologia celular. Esses resultados sugerem que as células GO tem características compatíveis com linhagem de células osteoblásticas, de fenótipo mais diferenciado após a 12a passagem. A adição de rhPDGF-BB (300ng/ml) resulta em aumento da taxa de proliferação das células GO e do número de células aderidas a fragmentos radiculares, indicando que, nesta concentração, o fator de crescimento é citocompatível, favorecendo a proliferação e adesão celular. / The goal of this study was to investigate the effects of recombinant human platelet derived growth factor (rhPDGF-BB) at the concentration of 300ng/ml in the proliferation and adhesion of human bone granulation cells to periodontally diseased root fragments. At the first stage of the study, the granulation tissue existent in healing sockets (21 days after its creation) was collected from two systemically healthy nonsmoking adults to the establishment of primary culture. The in vitro properties of bone granulation (BG) cell lineage were characterized by cell viability, MTT, alkaline phosphatase activity and mineralization assays. The effects of culture medium (control) and rhPGDF-BB 300ng/ml (test) in the proliferation and adhesion of BG cells were investigated. The rate of BG cells proliferation was investigated by the number of viable cells present at 1, 3, 5 and 7 days after platting. Thirty root fragments were obtained from teeth extracted for periodontal reasons. Root fragments were scaled and root planed, conditioned with EDTA 24% for 3 minutes, rinsed in saline solution, air-dryed and positioned in 24-well plates. Each fragment was seeded with 104 BG cells, fixated after 24 hours and prepared for analysis in SEM. The number of cells adhered to the fragments was analysed in photomicrographies. BG cells growth pattern was compatible with osteogenic cell lineage, showing modification with the increasing number of cell passage. GO cells expressed alkaline phosphatase activity in conventional and osteogenic culture medium, with maximum peak at 7 days, as well as mineralization activity stimulated or not by osteogenic or non-osteogenic culture medium, with maximum peak at 21 days. The analysis by flow cytometer showed that BG cells have not expressed CD105 and CD106 at the 14th passage, indicating its advanced cell differentiation. The addition of rhPDGF-BB resulted in modification of proliferation rate, with maximum peak observed at 7 days, significantly different from 1-, 3- and 5-day periods (p< 0.005; ANOVA post hoc Tukey). MTT assay showed greater cell viability after 48 hours than after 24 and 72 hours, when optical density has significantly diminished (p< 0.05; Friedmann post hoc Dunn). At cell adhesion assay, it could be observed that the adhesion of rhPDGF-BB has significantly increased the number of cells adhered to root fragments (p< 0.05; unpaired t test with Welchs correction), and alterations in cell morphology. These results suggest that BG cells present in vitro characteristics compatible with osteoblastic cell lineages, with a more differentiated phenotype after the 12th passage. The addition of rhPDGF-BB (300 ng/ml) results in increase of the rate of BG cell proliferation and in the number of cells adhered to root fragments, indicating that, at this concentration, the growth factor is compatible with BG cells and favors cells proliferation and adhesion.

A fosfatase alcalina é uma fosfomonohidrolase inespecífica, capaz de hidrolisar monoésteres de fosfato, pirofosfato, diésteres de fosfato, bem como catalisar reações de transfosforilação, e é denominada \"alcalina\" por sua habilidade de efetuar estas reações mais eficientemente em pH acima do neutro (pH 8-11). O objetivo deste trabalho foi padronizar uma metodologia para a obtenção de uma fração de membrana rica em fosfatase alcalina a partir de culturas de células osteoblásticas, provenientes de medula óssea de rato, sem a utilização de solventes orgânicos, colagenase ou outras proteases. O procedimento padronizado é simples e reprodutível, com a vantagem da considerável redução do tempo necessário para se obter esta fração de membrana, o que contribui para um menor efeito desnaturante sobre a enzima. A fosfatase alcalina é inserida à membrana plasmática por uma âncora GPI e foi solubilizada tanto com polidocanol (1%, p/v) quanto com PIPLC (0,2 U/mL), hidrolisando diversos substratos (PNFF, ATP, PPi, ADP, ?-glicerofosfato, glicose-1-fosfato, glicose-6-fosfato e frutose-6-fosfato) e sendo inibida por inibidores clássicos deste grupo de enzimas (levanisol, teofilina, ZnCl2, vanadato, fosfato e arsenato). Os efeitos de lipossomos constituídos por DPPC, DPPC:DPPS (9:1 e 8:2, razão molar) e DPPC:DODAB (9:1 e 8:2, razão molar) na habilidade tanto de inserção da enzima nos sistemas vesiculares, bem como de modulação da atividade da enzima reconstituída, também foram avaliados. A reconstituição da fosfatase alcalina nos lipossomos mistos constituídos de DPPC:DPPS (9:1), DPPC:DPPS (8:2) e DPPC:DODAB (8:2) proporcionou máxima incorporação da atividade PNFFase da enzima (cerca de 90%, 75% e 90%, respectivamente) após 4 horas, 5 horas e 40 minutos, respectivamente, de incubação dos diversos lipossomos com a proteína. No entanto, utilizando lipossomos de DPPC:DODAB (9:1), apenas cerca de 50% da atividade PNFFase da enzima foi incorporada aos sistemas mesmo após 5 horas de incubação. Para os lipossomos com carga positiva, uma maior proporção de DODAB nos sistemas de DPPC favoreceu a inserção da fosfatase alcalina aos sistemas após um curto período de incubação. Para os lipossomos com carga negativa, as diferentes proporções de DPPS utilizadas não exerceram grande influência tanto na velocidade de incorporação quanto na quantidade de enzima incorporada aos sistemas. Para todos os sistemas utilizados, o processo de incorporação é tempo dependente. A eletroforese dos proteolipossomos de DPPC revelou a presença de uma única banda protéica bem intensa, com massa molecular ao redor de 60 kDa (quando desnaturada), que apresentou atividade de fosfomonohidrolase em condição não-desnaturante, com massa molecular de 120 kDa. Assim, com esta estratégia, foi possível obter proteolipossomos ricos em fosfatase alcalina devido à inserção preferencial da âncora de GPI às bicamadas lipídicas, em detrimento das outras proteínas que não interagem favoravelmente com os sistemas vesiculares, comprovando que a metodologia de reconstituição padronizada pode ser usada eficientemente na obtenção de sistemas de proteolipossomos sem a necessidade de uma etapa de purificação prévia da enzima solubilizada, de modo a se obter um máximo de incorporação da enzima às vesículas com mínima perda em atividade. A reconstituição da enzima empregando-se células ghost resseladas foi obtida incubando-se volumes iguais de enzima (23 ?g/mL) e células ghost (0,22 mg/mL), por 2 horas, a 25ºC, com cerca de 40% da atividade PNFFase da fosfatase alcalina incorporada às vesículas. Para verificar o efeito do microambiente da membrana sobre a atividade da enzima reconstituída, foram determinados os parâmetros cinéticos de hidrólise para diferentes substratos (ATP, PPi e PNFF). Para todos os substratos, uma única classe de sítios de hidrólise foi observada, com valores de K0,5 que variaram de 0,14 a 2,7 mM. Excesso de PPi e ATP no meio reacional inibiu as atividades PPase e ATPase da enzima reconstituída, respectivamente, em todos os sistemas estudados. A hidrólise de PPi apresentou efeitos cooperativos positivos para todos os sistemas, enquanto que para a hidrólise de ATP, uma pequena cooperatividade positiva foi observada apenas para os sistemas constituídos de DPPC e contendo DPPS em sua composição. Assim, a enzima não perdeu a habilidade de hidrolisar nenhum dos substratos quando reconstituída nos diferentes sistemas vesiculares, e todos os dados obtidos reforçam a hipótese de que a composição lipídica do microambiente onde a fosfatase alcalina se encontra exerce grande influência na modulação tanto da atividade da enzima quanto da interação da mesma com os sistemas vesiculares. Assim, os resultados obtidos fornecem novas informações que poderão contribuir tanto para a compreensão dos mecanismos de interação da fosfatase alcalina com a membrana, quanto para estudos da função da enzima durante o processo de biomineralização. / Alkaline phosphatase is a multifunctional enzyme, capable of hydrolyzing phosphate monoesters, pyrophosphate, phosphodiesters, as well as catalyzing transphosphorylation reactions, and it is named \"alkaline\" due to its ability to perform these reactions more efficiently in pH above the neutral (pH 8-11). The aim of this work was to standardize a methodology to obtain a membrane fraction rich in alkaline phosphatase from osteoblastic cells cultures, originated from rat bone marrow, without the use of organic solvents, collagenase or others proteases. The standardized procedure is simple and easy to reproduce, with the advantage of considerable reduction in the time needed to obtain this membrane fraction, which contributes to a smaller denaturing effect on the enzyme. Alkaline phosphatase is a membrane-bound enzyme attached to the cell membrane via a GPI anchor and was solubilized with both polidocanol (1%, w/v) and PIPLC (0,2 U/mL), hydrolyzing several substrates (PNPP, ATP, PPi, ADP, beta-glycerophosphate, glucose-1-phosphate, glucose-6-phosphate and fructose-6-phosphate) and being inhibited by some classical inhibitors of this group of enzymes (levamisole, theophylline, ZnCl2, vanadate, phosphate and arsenate). The effect of liposomes constituted by DPPC, DPPC:DPPS (9:1 and 8:2, molar ratio) and DPPC:DODAB (9:1 and 8:2, molar ratio) on the enzyme insertion ability in the vesicular systems and activity modulation of the reconstituted enzyme were also evaluated. The alkaline phosphatase reconstitution in the mixed liposomes constituted by DPPC:DPPS (9:1), DPPC:DPPS (8:2) and DPPC:DODAB (8:2) presented maximum incorporation of the PNPPase enzyme activity (about 90%, 75% and 90%, respectively) after 4 hours, 5 hours and 40 minutes, respectively, of incubation of the several liposomes with the protein. However, using DPPC:DODAB (9:1) liposomes, only about 50% of the PNPPase enzyme activity was incorporated in the systems, even after 5 hours of incubation. For positive charged liposomes, a higher proportion of DODAB in the DPPC systems favored the alkaline phosphatase insertion into it after a short period of incubation. For negative charged liposomes, the different proportions of DPPS used did not have a big influence in both, incorporation velocity and quantity of incorporated enzyme into the systems. For all the systems used, the incorporation process is time dependent. SDS-PAGE of the DPPC proteoliposomes revealed only a single protein band, with molecular mass of about 60 kDa (when denaturated), which presented phosphomonohydrolase activity under non-denaturing conditions, with molecular mass of about 120 kDa. Thus, using this strategy, it was possible to obtain proteoliposomes rich in alkaline phosphatase due to the preferential insertion of the GPI anchor in the lipid bilayers, since the other proteins do not interact favorably with the vesicular systems. This proves that the standardized methodology for reconstitution can be used efficiently to obtain proteoliposomes systems without prior purification of the solubilized enzyme, with its maximum incorporation in the vesicles and a minimum loss of activity. The reconstitution of the enzyme using resealed ghost cells was obtained by incubating equal volumes of enzyme (23 microg/mL) and ghost cells (0,22 mg/mL), for 2 hours, at 25ºC, with about 40% of the alkaline phosphatase PNPPase activity being incorporated into the vesicles. To verify the effect of the membrane microenvironment on the activity of the reconstituted enzyme, the kinetic parameters for the hydrolysis of different substrates (ATP, PPi and PNPP) were determined. For all the substrates, only one class of hydrolysis sites was observed, with K0,5 values that varied from 0,14 to 2,7 mM. Excess of PPi and ATP in the reaction medium inhibited the PPase and ATPase activities of the reconstituted enzyme, respectively, in all systems studied. PPi hydrolysis presented positive cooperative effects for all systems, while for ATP hydrolysis a small positive cooperativity was observed only for the systems constituted by DPPC and containing DPPS in its composition. Thus, the enzyme did not lose the ability to hydrolyse any of the studied substrates when reconstituted in the different vesicular systems and all the data obtained strengthen the hypothesis that the lipid composition of the microenvironment where the alkaline phosphatase is located plays a great influence on the modulation of both enzyme activity and enzyme interaction with the vesicular systems. Thus, the results obtained provide new information that could contribute to the comprehension of the interaction mechanisms of the alkaline phosphatase with the membrane, as well as to studies of the enzyme function during the biomineralization process.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência das características química e de rugosidade da superfície de titânio sobre a adesão, proliferação e diferenciação de células semelhantes aos osteoblastos de rato (Osteo-1), cultivados em meio de cultura adicionado de BMP-7. MATERIAL E MÉTODO: Células Osteo-1 foram cultivadas sobre discos de titânio com superfícies:1) lisa, 2) jateada por areia de grânulos grandes e atacada por ácido (SLA) e 3) rugosa SLA e quimicamente modificada e hidrofílica (SLAactive) na presença ou ausência de 20ng/ml de rhBMP- 7 no meio de cultura. A adesão e viabilidade das células Osteo-1 foram analisadas após 24 horas de contato com as superfícies em estudo. A diferenciação celular foi avaliada através da análise do conteúdo de proteína total (PT), conteúdo de colágeno, atividade de fosfatase alcalina (ALPase), em 7, 14 e 21 dias, e da formação de matriz mineralizada, em 21 dias. Os resultados foram comparados pela análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey. RESULTADOS: A adesão (p=0.3485) e a viabilidade (p=0.5516) celular, o conteúdo de colágeno (p=0.1165) e a formação de matriz mineralizada (p=0.5319) não foram afetados pelas diferentes superfícies ou pela adição de rhBMP-7 ao meio. Células Osteo-1 cultivadas sobre superfície SLA apresentaram um aumento significativo no conteúdo de proteína total aos 21 dias. A relação atividade de ALPase/PT (p=0.0000) foi afetada pelos tratamento e tempo. CONCLUSÃO: Os resultados sugerem que a adição de rhBMP- 7 ao meio de cultura não promoveu efeito sobre a adesão, proliferação e diferenciação de células semelhantes a osteoblastos nas diferentes superfícies testadas. Todas as superfícies de titânio testadas permitiram uma completa expressão do fenótipo de osteoblasto como a mineralização da matriz pela célula Osteo-1. / The aim of the present study was to assess the influence of the chemical characteristics and roughness of titanium surfaces on the attachment, proliferation and differentiation of osteoblast-like cells cultured in medium supplemented with bone morphogenetic protein-7 (BMP-7). METHODS: Osteo-1 cells were grown on titanium discs presenting the following surfaces: 1) machined surface, 2) coarse gritblasted and acid-etched (SLA), and 3) modified SLA (SLAactive) in the absence or presence of 20 ng/ml rhBMP-7 in culture medium. The attachment and viability of osteo-1 cells were evaluated after 24 h. Cell differentiation was evaluated by analysis of total protein content (TP), collagen content and alkaline phosphatase (ALPase) activity at 7, 14 and 21 days and of mineralized matrix formation at 21 days. The results were compared by analysis of variance (ANOVA) and Tukey\'s test. RESULTS: Cell attachment (p=0.3485), cell viability (p=0.5516), collagen content (p=0.1165) and mineralized matrix formation (p=0.5319) were not affected by the different surfaces or by the addition of rhBMP-7 to the medium. Osteo-1 cells cultured on SLA surface presented a significant increase in TP at 21 days. The ALPase/TP ratio (p=0.0000) was affected by treatment and time. CONCLUSION: The results suggest that the addition of rhBMP-7 to the culture medium did not promote any effect on the adhesion, proliferation or differentiation of osteoblast-like cells grown on the different surfaces tested. All titanium surfaces analyzed permitted the complete expression of the osteoblast phenotype such as matrix mineralization by osteo-1 cells.

O flúor é um elemento natural encontrado em diversas concentrações tanto na água como no solo. É considerado um nutriente benéfico quando presente em níveis ótimos. Apesar de ser utilizado como medicamento em pacientes com osteoporose, sendo capaz de aumentar a densidade óssea, sua eficácia na redução de fraturas ainda apresenta muitas controvérsias, e a exposição a altos níveis e por tempo prolongado, pode levar à fluorose esquelética. Dessa forma o objetivo deste trabalho foi estudar in vitro o efeito do flúor no processo de mineralização por osteoblastos de duas espécies de camundongos com maior e menor densidade óssea, C3H/HeJ (C3) e C57BL/6J (B6) respectivamente. Os osteoblastos isolados da calvária através da digestão enzimática de animais recém nascidos foram expostos a diferentes doses de NaF, e os resultados mostraram que B6 foi mais suscetível ao NaF, apresentando redução da área mineralizada a partir da dose de 10M, enquanto que com C3, a dose significativa foi a partir de 50M, demonstrando que os osteoprogenitores mais diferenciados de C3, são mais resistentes à ação inibitória do flúor. Os testes de unidades formadoras de colônias indicaram um aumento do número de colônias de osteoprogenitores e do número de nódulos mineralizados com a exposição ao NaF. A atividade da metaloproteinase de matriz 2 (MMP-2) também foi aumentada no período de 7 dias em B6 e reduzida nos períodos de 14 e 21 dias em C3, evidenciando que a ação da MMP-2 nestes osteoblastos estão acopladas de forma distinta a diferentes pontos de restrição durante a progressão da diferenciação celular. A dualidade das respostas ao flúor apresentadas pelos modelos experimentais indica que a influência da ação anabólica do flúor, depende do número de alvos em potencial (quantidade de osteoprogenitores presentes na calvária, de células mesenquimais presentes na medula), da atividade intrínseca destes osteoblastos e do estágio de maturação dessas células. Desta forma, a abordagem in vitro fornece insights sobre as bases celulares e moleculares, o que permitirá um melhor diagnóstico e avaliação dos alvos terapêuticos. / Fluoride is a natural element found at varying concentrations in drinking water as well as in soil and it is considered a beneficial nutrient at optimal levels. However, although it is well recognized that the fluoride therapy is effective in increasing bone density and it has been used as therapeutic agent to treat osteoporosis, the efficacy in fracture reduction is highly controversial, and exposure to high levels and prolonged time can lead to skeletal fluorosis. The purpose of this study was to investigate the in vitro effects of fluoride exposure during mineralization of two inbread strains, C3H/HeJ (C3) and C57BL/6J (B6), with high and low bone mass respectively. The osteoblasts isolated from newborn mouse calvaria were exposed to several fluoride doses, and the results showed that B6 was more susceptible to NaF, as a reduction in the mineralized area with 10M was already seen; while in C3, the significative dose was with 50 M, indicating that more differentiated osteoprogenitors cells of C3 are more resilient to inhibitory fluoride action. The colony forming unit assays indicate an increase of colony numbers of osteoprogenitors cells and mineralized nodules with NaF treatment. The MMP-2 activity was up-regulated after 7 days of NaF exposure in B6 e down-regulated after 14 and 21 days in C3, showing the distinct coupled action of MMP-2 in different restrictions point during development sequence. The bifasic nature of fluoride responses present by these experimental models indicate that the anabolic action of fluoride is associated to the number of the potential targets (numbers of calvarial osteoprogenitors cells, mesenchymal stem cells), the intrinsic osteoblast activity and the maturation stage of these cells. The cell culture systems can provide molecular and cellular insights, and have the prospective to disclose potential targets and/or better efficacy and safety profile.

Orientador: Willian Fernando Zambuzzi / Resumo: As tendências na terapia com implantes têm incluído a modificação de suas superfícies utilizando ferramentas de nanotecnologia e princípios de bioengenharia, aumentando seu desempenho quando implantado. Embora muito se tenha alcançado em ferramentas para desenvolvimento destes materiais, metodologias de avaliação biológicas não avançaram nesta velocidade. Amparados por ferramentas de bioinformática e utilizando conceitos de biologia sistêmica, o objetivo deste trabalho foi produzir uma metodologia computacional, alternativa ao uso de experimentação animal, capaz de detectar e analisar o quinoma da resposta da interação célula-biomaterial, obtida com ensaio de microarranjo de peptídeos. Estes dados servirão para a construção de um banco de dados para guiar a produção de biomateriais para a área médico-odontológica. Batizaremos este de OsteoBLAST. Para tanto, fizemos uso de superfícies de titânio com diferentes superfícies (maquinado e duplo ataque ácido), as quais foram desafiadas com o cultivo de células tronco indiferenciadas. As amostras biológicas foram utilizadas para avaliar quinases diferencialmente ativadas através de substratos sintéticos, cuja metodologia é conhecida como PamGene, as quais foram reunidas em um banco de dados chamado OsteoBLAST, o qual fora constituído através de um algoritmo em quatro etapas que selecionou os resultados confiados de PamGene, em seguida obetendo o quinoma diferencial e um nível de similaridade com superfícies amplamente usadas na roti... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Current trends in implant therapy have included the modification of their surfaces using nanotechnology tools and principles of bioengineering, increasing their performance when deployed. Although much has been achieved in tools for developing these materials, biological analysis methodologies did not advance at this speed. Supported by bioinformatics tools and using concepts of systemic biology, the objective of this work was to produce a computational methodology, alternative to the use of animal experimentation, capable of detecting and analyzing the kinome of the response of the cell-biomaterial interaction, obtained with microarray peptides. These data will serve to build a database to guide the production of biomaterials for the medical-dental area. We will baptize this one from OsteoBLAST. To do so, we made use of titanium surfaces with different surfaces (machined and double acid etched), which were challenged with the cultivation of undifferentiated stem cells. Biological samples were used to evaluate differentially activated kinases through synthetic substrates, a methodology known as PamGene, as the banks were assembled in a database called OsteoBLAST, which consists of a four-step algorithm that selected the results confident of PamGene, then obtaining the differential kinome and a level of similarity with surfaces widely used in the routine. Our results showed that the EGRF, ENO2, EPHA4, FRK, KRT6B, NCF1, PDPK1, PDGFRB and KDR as proteins involved in this molecul... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A causa mais comum da osteoporose é o declínio do hormônio sexual feminino, o estrógeno, que ocorre após a menopausa. Esse hormônio regula a produção de citocinas que influenciam a proliferação dos osteoclastos, aumentando a reabsorção óssea. Os efeitos da cafeína no metabolismo ósseo são controversos e podem estar associados ao aumento significativo de doenças periodontais, fraturas, aumento do cálcio urinário e redução da densidade mineral óssea, por exercer efeitos inibidores sobre as funções dos osteoblastos. O principal objetivo deste estudo foi avaliar o efeito in vitro de diferentes concentrações de cafeína no metabolismo de células osteoblásticas da medula óssea de ratas osteoporóticas. Após aprovação pela Comissão de Ética no Uso de Animais, ratas Wistar foram divididas em dois grupos experimentais: controle (C) e submetidas à ovariectomia (OVX). Após 60 dias da cirurgia, as ratas foram sacrificadas para coleta dos fêmures e das células mesenquimais da medula óssea, que foram induzidas à diferenciação em osteoblastos com meio osteogênico com três concentrações de cafeína (1, 3 e 5 mM - grupos OVX1, OVX3 e OVX5) e cultivadas em placas de 24 poços (n = 5) para avaliação da proliferação celular, atividade de fosfatase alcalina (ALP) bioquímica e in situ, detecção e quantificação de nódulos mineralizados e análise da expressão de genes relacionados à atividade osteoblástica através de PCR em tempo real. Os ensaios foram realizados em triplicata e analisados por meio do software estatístico GraphPad Prism, com nível de significância fixado em 5%. A proliferação celular foi menor nos grupos osteoporóticos com adição de cafeína, tendo a menor queda o grupo com adição de 1mM. O método bioquímico de ALP não foi significante nos períodos analisados, entretanto, aos 10 e 14 dias, a atividade aumentou quando a concentração de cafeína era maior. Já na atividade de ALP in situ, o grupo OVX1 foi o que apresentou melhor resultado nos períodos avaliados (p < 0,05), com pico aos 14 dias. A quantificação de matriz mineralizada foi maior no grupo OVX comparado ao grupo C; entre as concentrações, a maior quantificação dos nódulos de cálcio se deu no grupo com 1mM de cafeína. Os resultados obtidos no PCR mostraram que o gene para fosfatase alcalina teve maior expressão no grupo OVX, seguido do grupo OVX1 aos 7 e 10 dias; a expressão gênica de osteocalcina foi maior para o grupo OVX1 aos 10 e 14 dias e esse grupo apresentou a maior expressão em todos os períodos para os genes Runx2 e RankL. No caso do Bmp4, o grupo OVX3 foi o mais expresso aos 10 e 14 dias. Os genes osteoprotegerina e osteopontina variaram sua expressão de acordo com o período e grupo avaliado. A expressão de osterix foi similar entre os grupos aos 7 e 10 dias, enquanto a expressão de Bsp, aos 7 e 14 dias, mostrou semelhança entre os grupos controle e OVX1. Frente aos resultados obtidos, sugere-se que a concentração de 1mM de cafeína pareceu ser a menos prejudicial ao metabolismo das células osteoblásticas neste modelo experimental de osteoporose. / The most common cause of osteoporosis is the decrease of estrogen after menopause. This hormone regulates the production of cytokines that influence osteoclast proliferation, increasing bone resorption. The effects of caffeine in bone metabolism are controversial and may be associated to periodontal disease, bone fractures, increase of urinary calcium levels and reduction of mineral bone density due to inhibition of osteoblast activities. Thus, the goal of this investigation was to evaluate the in vitro effect of different caffeine concentrations in the metabolism of bone marrow osteoblastic cells from osteoporotic rats (OVX). After Ethical Committee approval, wistar female rats were divided in two experimental groups: control (C) and submitted to ovariectomy (OVX). After 60 days of surgery, femurs were removed to isolate bone marrow mesenchymal cells, which were induced to osteoblastic differentiation in osteogenic medium along with three different concentrations of caffeine (1, 3 and 5 mM - OVX1, OVX3 e OVX5 respectively) and posteriorly seeded in 24-well plates (n = 5) to evaluate cell proliferation, alkaline phosphatase activity and its in situ detection, detection and quantification of mineralized nodules as well as assess quantitative expression of genes associated to osteoblastic activity by means of real time PCR. All the experiments were performed in triplicate and analyzed by means of the statistical software GraphPad Prism for p<0.05. Cell proliferation was diminished in the all osteoporotic groups that received caffeine, with group OVX1 being the less affected. Biochemical assay of ALP activity did not show differences among the groups in the periods analyzed; nevertheless there was a tendency to a higher activity proportional to the higher concentration of caffeine. The in situ detection of ALP showed better results in group OVX1 after 14 days of culture. Mineralized matrix quantification was higher in OVX groups when compared to control group; among the concentrations, the higher quantification of calcium nodules was in group OVX1. The results obtained with PCR showed that the gene for ALP had its highest expression in OVX group, followed by OVX1 at 7 and 10 days; expression of osteocalcin was higher in OVX1 after 10 and 14 days and this same group presented higher expression in all periods for genes Runx2 e Rankl. Analysis of Bmp4 gene showed that it was expressed in group OVX3 after 10 and 14 days. The genes that code for osteoprotegerin and osteopontin had different expression values in accordance to the period and group evaluated. The expression of osterix was similar between the groups after 7 and 10 days, whereas the expression of Bsp was similar between control and OVX1 groups after 7 and 14 days. The results suggest that the concentration of 1mM of caffeine is the most beneficial to the metabolism of osteoblastic cells in a model of osteoporosis.

A fotobioestimulação por laser e LED é uma tendência terapêutica inovadora e não invasiva. Os efeitos fotofísicos e fotoquímicos dessa terapia geram imunomodulação, aceleram a cicatrização e angiogênese, bem como reduzem a dor. Dessa forma tem se buscado o emprego desses estímulos no tecido ósseo, porém ainda inexistem padrões definidos para obter a melhor fotobioestimulação nas células ósseas. O objetivo desse trabalho foi avaliar a capacidade da fotobioestimulação na viabilidade celular e mineralização de células da granulação óssea de ratos (rGO). Células rGO na 6ª passagem foram plaqueadas em placas de 96 poços para os ensaios de viabilidade celular (1x10³) e em placas de 24 poços para os ensaios de cicatrização de feridas in vitro (1x104), mineralização e atividade da fosfatase alcalina (FALC) (4x104). As células receberam DMEM (10% SFB) e irradiações com laser (AlGaAs- 660nm e AlGaInP-810nm) e LED (637±15nm). Os grupos experimentais foram: laser vermelho (3 e 5 J/cm²), laser infravermelho (3 e 5 J/cm²) e LED (3 e 5s), além dos grupos controles, positivo (C+) e negativo (C-, 1%SFB). Para os ensaios de mineralização e atividade de fosfatase alcalina, além do meio convencional, grupos com meio osteogênico e os mesmos tratamentos luminosos foram acrescentados. A viabilidade celular foi avaliada pelos testes do MTT e cristal violeta nos períodos de 24, 48, 72 e 96h. O ensaio de cicatrização de feridas in vitro foi avaliado por meio da porcentagem da área de fechamento da ferida nos períodos de 12, 24, 36, 48h. O teste de mineralização foi feito por meio do teste com vermelho de alizarina nos períodos de 14, 21 e 28 dias enquanto que a atividade da FALC foi medida em 7, 14 e 21 dias. A análise estatística foi realizada através dos testes ANOVA complementados por Tukey (p<0,05). Os resultados mostraram que as terapias com luz de maneira geral aumentaram a viabilidade o fechamento da ferida in vitro, principalmente os grupos laser vermelho e LED5s (p<0,05). Pode-se observar um bom desempenho do grupo LED5s no ensaio de mineralização, onde nos grupos que receberam meio osteogênico houve um efeito somatório com a ação da fotobioestimulação promovendo maior produção de nódulos in vitro. Também, as terapias com luz, estimularam a produção de nódulos mineralizados nos grupos que receberam meio convencional de forma a superar o C+ osteogênico (p<0,05), denotando uma ação de indução osteogênica a partir da fotobioestimulação. A fosfatase alcalina foi estimulada pelos tratamentos com luz no período de 7 dias (p<0,05). Em conclusão, as terapias com laser e LED foram capazes de estimular a viabilidade e migração celular e eventos de mineralização em osteoblastos, sendo que o laser vermelho e LED promoveram os melhores resultados. / Photobiomodulation by laser and LED is a new therapeutic non-invasive trend. Photophysical and photochemical effects occur in immunomodulation, acceleration of wound healing and angiogenesis and reduction of pain. These effects are desired in bone tissue but there are no defined parameters for light irradiation and no consensus for the best effect on osseous cells. The aim of this study was to evaluate photobiomodulation effects on cell viability and mineralization events of rat osseous granulation cells (rGO). Cells in 6th passage were plated in 96-well plates for viability tests (1x10³ cells), and 24-well plates for in vitro wound healing test (1x104 cells), mineralization and alkaline phosphatases (AF) activity (4x104 cells). Cells were cultured in DMEM (10% bovine fetal serum) and irradiation with lasers (AlGaAs-660nm e AlGaInP-810nm) and LED (637±15nm). Experimental groups were red laser (3 and 5 J/cm²), infrared laser (3 and 5 J/cm²), LED (3 and 5s), positive(C+) and negative controls (C-, 1% bovine fetal serum). For mineralization and AF assays, other groups with osteogenic medium and same light treatments were added. Cell viability was evaluated by MTT and crystal violet tests at 24, 48, 72 and 96h. In vitro wound healing test evaluated the percentage of wound closure area by cells migration at 12, 24, 36, 48h. Mineralization test was done by alizarin red at 14, 21 and 28 days. AF activity was measured at 7, 14 and 21 days. Statistical analysis was performed by ANOVA complemented by Tukeys test (p<0,05). Results showed that light therapies in general increased viability and wound healing closure, mostly red laser and LED5s (p<0,05). Best results in mineralization stimulation were observed for LED5s. In groups with osteogenic medium, a synergistic effect of photobiomodulation resulted in higher numbers of mineral nodules. Light groups stimulated higher mineral nodule formation than positive control (p>0.05) even in groups with regular medium, showing an osteogenic induction by light. Increased AF activity was observed at 7 days in light treatment groups (p<0,05). In conclusion, laser and LED photobiostimulation increased viability, cell migration and mineralization events in osteoblasts with best results for red laser and LED.

O objetivo desse estudo foi avaliar a citotoxicidade do alendronato de sódio (ALN), em diferentes concentrações, sobre osteoblastos em cultura celular. Foi utilizado para o experimento meio sem droga (controle) e meio contendo a droga em diferentes concentrações a saber: 0,5; 1; 5; 10; 20 e 40 mg/ml. Para o estudo foi utilizado uma linhagem de osteoblastos de rato (Osteo-1). A viabilidade celular foi inferida a partir da análise da atividade mitocondrial das células através do método da redução do MTT nos tempos experimentais de 0, 24, 48 e 72 horas. Após análise estatística (teste de Mann-Whitney, p<0,05), os resultados mostraram que, com exceção da concentração de 40mg/ml, todos os grupos apresentaram células viáveis, embora todas as concentrações de ALN tenham reduzido a atividade mitocondrial em mais de 50% em relação ao grupo controle, sugerindo que o ALN nessas concentrações estudadas foi citotóxico para os osteoblastos. / The aim of this study was to analyze the cytotoxicity of a bisphosphonate (sodium alendronate) on rat osteoblasts. The experimental groups were GI (control) no sodium alendronate, and GII, GIII, GIV, GV, GVI, and GVII with sodium alendronate at the concentrations of 0.5, 1, 5, 10, 20, and 40mg/ml, respectively. The cell viability was evaluated by MTT assay in experimental times 0, 24, 48, and 72 h. Data were statistically analyzed. Cultures treated with sodium alendronate showed cell viability percentages significantly lower (p < 0.05) than those of the control groups. In GVII, no viable cell was observed in all experimental times. It could be concluded that sodium alendronate, on direct contact with rat osteoblasts, is cytotoxic in all concentrations studied.

Man, Chi Wai. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2009. / Includes bibliographical references (leaves 141-184). / Abstract also in Chinese. / Acknowledgements --- p.ii / Abstract --- p.iv / Abbreviations --- p.xi / List of Tables --- p.xviii / List of Figures --- p.xx / Major Conference Presentations --- p.xxii / Publications in Preparation --- p.xxiv / Study Flowchart --- p.xxv / Chapter Chapter 1 --- Study Background --- p.1 / Chapter 1. --- Introduction --- p.2 / Chapter 1.1. --- General Overview of Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) --- p.2 / Chapter 1.2. --- Natural History --- p.3 / Chapter 1.3. --- Current Treatments --- p.5 / Chapter 1.4. --- Additional Phenotypes Abnormalities --- p.9 / Chapter 1.5. --- Bone Modeling and Remodeling in Adolescents --- p.14 / Chapter 1.6. --- Bone Development --- p.15 / Chapter 1.7. --- Bone (re)modeling by osteoclasts and osteoblasts --- p.17 / Chapter 1.8. --- Factors Affecting Osteoblasts Regulation --- p.19 / Chapter 1.9. --- Current Hypothesis on the Etiology of AIS --- p.21 / Chapter 1.10. --- Melatonin --- p.26 / Chapter Chapter 2 --- Hypothesis and Objectives --- p.47 / Chapter 2. --- Hypothesis and Objectives --- p.48 / Chapter 2.1. --- Study Hypothesis --- p.48 / Chapter 2.2. --- Objectives --- p.48 / Chapter Chapter 3 --- Study on the Anthropometric Parameters and Bone Geometry of Girls with Severe AIS --- p.49 / Chapter 3.1. --- Introduction --- p.50 / Chapter 3.2. --- Methodology --- p.51 / Chapter 3.2.1. --- Recruitment of Subjects --- p.51 / Chapter 3.2.2. --- Evaluation of Curve Severity of Scoliosis --- p.52 / Chapter 3.2.3. --- Anthropometric Measurements --- p.53 / Chapter 3.2.4. --- Measurements of BMD --- p.53 / Chapter 3.2.5. --- Data Analysis --- p.54 / Chapter 3.3. --- Results --- p.55 / Chapter 3.3.1. --- Anthropometry --- p.55 / Chapter 3.3.2. --- BMD of Femoral Neck and Midshaft of Radius --- p.56 / Chapter 3.4. --- Discussion --- p.57 / Chapter Chapter 4 --- Response of Osteoblasts to Melatonin in AIS Girls In vitro Study --- p.69 / Chapter 4.1. --- Introduction --- p.70 / Chapter 4.2. --- Methodology --- p.72 / Chapter 4.2.1. --- Subjects Recruitments --- p.72 / Chapter 4.2.2. --- Cell Isolation --- p.73 / Chapter 4.2.3. --- Effect of Melatonin on Proliferation and Differentiation of AIS Osteoblasts --- p.76 / Chapter 4.2.4. --- Data Analysis --- p.79 / Chapter 4.3. --- Results --- p.80 / Chapter 4.3.1. --- Isolated Osteoblasts from Normal Human and AIS Patients --- p.80 / Chapter 4.3.2. --- Effect of Melatonin on Osteoblasts Proliferation --- p.80 / Chapter 4.3.3. --- Effect of Melatonin on Cell Differentiation --- p.81 / Chapter 4.4. --- Discussion --- p.83 / Chapter Chapter 5 --- Expression of MT1 and MT2 receptors in AIS Osteoblasts --- p.101 / Chapter 5.1. --- Introduction --- p.102 / Chapter 5.2. --- Methodology --- p.104 / Chapter 5.2.1. --- Osteoblast Samples --- p.104 / Chapter 5.2.2. --- Protein Expression of Melatonin Receptors in AIS Osteoblasts. --- p.105 / Chapter 5.2.3. --- Genotyping of MT2 receptors by Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP) --- p.109 / Chapter 5.2.4. --- Clinical Evaluations of the AIS Patients --- p.110 / Chapter 5.2.5. --- Data Analysis --- p.110 / Chapter 5.3. --- Results --- p.111 / Chapter 5.3.1. --- Semi quantification of Melatonin Receptors in AIS Osteoblasts 111 --- p.111 / Chapter 5.3.2. --- RFLP --- p.112 / Chapter 5.3.3. --- Functional Response Between the Different AIS Groups --- p.112 / Chapter 5.3.4. --- Correlation of the Clinical Phenotypes with the Different AIS Subgroups --- p.114 / Chapter 5.4. --- Discussion --- p.115 / Chapter Chapter 6 --- Summary and Conclusion --- p.132 / Chapter 6.1. --- Summary and Discussion --- p.133 / Chapter 6.2. --- Limitations and Further Studies --- p.136 / Chapter 6.3. --- Conclusion --- p.138 / Bibliography --- p.141 / Appendix I --- p.185 / Appendix II --- p.186 / Appeddix III --- p.187 / Appendix IV --- p.188 / Appendix V --- p.189 / Appendix VI --- p.190