The extracellular matrix (ECM) is secreted by the host tissue and is an important key for mechanisms of cell responses. The main properties of the ECM materials include biodegradability, biocompatibility, and nanostructured in a 3D fibre network. In addition, ECM is composed of important molecules like growth factors, glycosaminoglycans (GAGs), collagens, fibronectin, and lamin, while final composition depends on the native tissue. We have selected for this study ECMs from cortical bone (B-ECM) and pericardium (P-ECM) tissue. These ECMs were digested by collagenase, pepsin and trypsin. Each of these digested ECMs was used to produce PLLA-ECM based electrospun scaffolds by two different methodologies (1) non-crosslinked (NCLK) hybrid electrospun scaffolds composed of PLLA and digested ECMs and (2) PLLA-collagen electrospun scaffolds crosslinked with digested ECMs (CLK scaffolds). This research proposes the characterization of the digestion promoted by collagenase, pepsin and trypsin on the ECMs, followed by the evaluation of the potential of the digested ECMs and of the PLLA-ECM scaffolds for bone regeneration. The proteinaceous mixture, produced from the ECM digestion, had compositions, which were dependent on the type of ECM, and on the enzymatic treatment, as shown by protein quantification, GAGs quantification, TGA, SDS-page and TPEF-SHG. All the results point to an extensive digestion caused by collagenase and pepsin and a milder digestion caused by trypsin. The digested ECMs were incorporated into nanofibrous scaffolds, and the products were characterized by SEM, TGA, DSC and TPEF-SHG. The porous nanofibrous mesh from non-crosslinked scaffolds exhibited fibres without beads and a uniform diameter. However, the crosslinked scaffolds presented non-organized agglomerates around the fibres making a less porous surface. TGA and DSC suggest the incorporation of the ECMs on the scaffolds. However, the distribution of the protein on the polymer was mostly dependent on the incorporation method, as showed by TPEF-SHG. To access the biomaterial ability for bone regeneration, bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) were cultured on the scaffolds over 21 days. Osteogenic markers such as ALP activity, mineral nodule formation by ARS staining, col1a2 immunostaining, and gene expression were analysed to access how the materials could induce BMMSCs osteodifferentiation. Comparing NCLK to CLK scaffolds the key factor for osteogenesis is the release of soluble factors, showing NCLK scaffolds with a higher ability to induce mineralization than CLK scaffolds. However, when comparing the effect of the enzymatic digestion on the mineralization of the scaffolds over the days, it is possible to establish that the effect of the enzymatic treatment is also related to the type of ECM. Despite all those differences, some PLLA-ECM scaffolds exhibited potential to induce earlier mineralization, observed by the analysis of bglap, runX2, Osx, sparc and col1a2 genes as osteogenic markers. / A matriz extracelular (ECM) é secretada pela células no tecido nativo e reúne propriedades chave para respostas celulares. Entre suas principais propriedades destacam-se: biodegradabilidade, biocompatibilidade e nanoestruturada tridimensionalmente. Além disso, é rica em sinalizadores celulares tais como: fatores de crescimento, glicosaminaglicanas (GAGs), colágeno, fibronectina e laminina, no entanto sua composição depende do tecido na qual se encontra. Para este estudo, foram selecionadas ECMs provenientes de osso cortical e de pericárdio. Estas ECMs foram digeridas por colagenase, pepsina e tripsina. Cada um dos produtos de digestão foi utlizado para a produção de suportes eletrofiados de PLLA-ECM, utilizando-se dois diferentes métodos de incorporação, (1) Suportes eletrofiados híbridos de PLLA-ECM obtidos a partir da eletrofiação da co-solução em 1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propanol, e (2) imobilização das ECM digeridas sobre suportes eletrofiados de PLLA-colágeno. O presente trabalho propõe-se a caracterizar as ECMs digeridas e a avaliar o potencial dos suportes eletrofiados de PLLA-ECM para a regeneração óssea. A mistura proteinácea obtida a partir da digestão das ECMs, mostrou que a sua composição é dependentes do tipo de ECM e da digestão enzimática, resultado este confirmado através da quantificação de proteínas, quantificação de glicosaminoglicanas, TGA, SDS-page e TPEF-SHG. A partir destes, foi observada que a colagenase é a enzima que promove a maior degradação das ECMs, enquanto que a tripsina promove uma degradação em menor escala. As matrizes digeridas foram incorporadas no material nanoestruturado, estes foram caraterizados por SEM, TGA, DSC e TPEF-SHG. Observou-se que a malha eletrofiada a partir da co-solução de PLLA-ECM exibiu a formação de fibras de diâmetro uniforme, enquanto que os suportes imobilizados apresentaram a formação de aglomerados sólidos ao redor das fibras, originando uma malha menos porosa. As análises de TGA e DSC confirmaram a incoporação das ECMs nas malhas eletrofiadas, e através da técnica de TPEF-SHG observou-se a distribuição das proteinas no polímero. O potencial dos materiais para a regeneração óssea foi avaliado através da cultura de células tronco mesenquimais de medula óssea sobre os suportes eletrofiados durante 21 dias, e em seguida, medidas de ALP, quantificação de coloração com vermelho de alizarina, imunofluorescência com anticorpo col1a2, e expressão de gênica foram analisadas para a avaliação de como os materiais eletrofiados de PLLA-ECM induzem a osteodiferenciação. Comparando-se materiais produzidos por co-solução e os materiais imobilizados foi possível observar que a resposta osteogênica é maior nos materiais híbridos devido a liberação de fatores solúveis dos suportes eletrofiados. No entanto, comparando-se o efeito da digestão enzimática na capacidade de mineralização dos suportes , é possível observar que o efeito da digestão enzimática é dependente do tipo de ECM. Em geral, foi possível observar que os suportes eletrofiados de PLLA-ECM exibem potencial para uso em engenharia de tecidos, em específico, regeneração óssea, uma vez que apresentaram-se regulados o conjunto de genes bglap, RunX2, Osx, sparc e col1a2.

O emprego do osso desmineralizado (OD), sobretudo de origem bovina, tem sido extensivamente avaliado em modelos experimentais; no entanto, há dúvidas se a quantidade de proteínas ósseas morfogenéticas (BMP) seria suficiente para induzir à reparação óssea. A associação com membranas, além de evitar o encapsulamento das partículas de OD, também poderia prevenir a dissolução precoce das poucas BMPs presentes no OD. O objetivo deste trabalho foi realizar uma avaliação histológica da reparação óssea induzida por OD em defeitos criados na mandíbula de ratos, e o efeito da utilização de membranas reabsorvíveis de colágeno impregnadas com sais de cálcio. O estudo envolveu 25 ratos Wistar, nos quais discos de OD foram utilizados no preenchimento de defeitos bicorticais na região de ângulo de mandíbula; no lado esquerdo, a face lingual e vestibular foi recoberta com membranas. Os animais foram divididos em grupos de cinco indivíduos cada e, então sacrificados depois de três, 10, 20, 30 e 60 dias pós-operatórios. A análise histológica revelou que nos primeiros 20 dias, houve intensa proliferação óssea nas duas extremidades, tanto na face vestibular quanto lingual, sendo provável também que a proliferação tenha ocorrido em toda margem do defeito circular. No entanto, aos 30 dias, houve uma inversão do quadro histopatológico: a resposta inflamatória até então moderada, cedeu lugar para um intenso infiltrado inflamatório envolvendo o OD, com ausência total da membrana, reduzindo a intensidade no grupo de 60 dias, que apresentou remanescentes de reação de corpo estranho em torno do OD, sem ocorrer preenchimento do defeito por osso neoformado. Pelos resultados observados, pode-se concluir que há presença de BMPs, responsável pela grande proliferação inicial, mas em quantidade insuficiente para conduzir à reparação total do defeito ósseo; a apresentação física em lâmina do OD, a partir do qual os discos foram preparados, parece ter dificultado a reabsorção da matriz óssea remanescente, provocando uma reação de corpo estranho. Por fim, a membrana de colágeno cálcica teve pouco efeito na proliferação óssea, gerando infiltrado inflamatório moderado ao seu redor. / The use of demineralized bone (DB), in special from bovine source, has been evaluated extensively in experimental models; however, doubts exist if there is sufficient quantity of bone morphogenetic proteins (BMP) to induce the bone repairing. The combination of membranes avoids the encapsulating of DB particles and also it could prevent the early dissolution of the few BMPs present in the DB. The aim of this study was to carry out a histological evaluation of the bone repairing induced by DB on defects created in the rat mandibles, and the effect of using resorbable collagen membranes impregnated with calcium salts. The study involves 25 Wistar rats, in which DB discs were employed to fill bicortical defects in the region of mandibular angle; at the left side, membranes recovered the lingual and buccal side. The animals were divided into groups of five individuals each one and then killed after three, 10, 20, 30 and 60 postoperative days. Within first 20 days, the histological analysis revealed intense bone proliferation in the two bone ends, buccal as much lingual, and it is also probable the proliferation has occurred all around of the circular margin defect. However, from 30 days, there was an inversion in the histological findings: the inflammatory reaction until then moderate became na intense inflammatory infiltrate that was involving the DB, with total absence of the membrane, and then reducing the intensity at 60-days group, which presented remnants of foreign body reaction enveloping the DB, without new bone filling of the defect. From these results, it can conclude by the presence of BMPs, responsible by the great initial bone proliferation; the physical form of DB in sheets, of which discs were prepared, seemed to have prevented resorption of the remnant bone matrix and raised foreign body reaction. Finally, the calcium-collagen membrane had little effect in the bone proliferation, raising moderate inflammatory infiltrate around it.

A osteoporose é uma doença sistêmica caracterizada pela perda de conteúdo mineral do osso propiciando fraturas críticas. A regeneração óssea guiada e a terapia de fotobiomodulação (PBMT do inglês photobiomodulation therapy) favorecem a regeneração óssea. O objetivo do estudo foi avaliar o efeito da PBMT no reparação óssea guiada de lesões críticas de 36 ratas com osteoporose induzida por ooforectomia. Foram realizadas lesões ósseas estandardizadas nos ossos parietais e então tratadas de acordo com os seguintes grupos experimentais (n=12 lesões por grupo): Controle: sem tratamento adicional; Membrana - Colocação de uma membrana de colágeno suíno comercial (Bio-Gide®) dentro do leito cirúrgico; PBMT1- membrana e aplicação da PBMT1; PBMT2- membrana e aplicação da PBMT2. A PBMT foi realizada com laser de diodo infravermelho no modo contínuo, pontual e em contato (808nm, 40mW, 1,42W/cm2; PBMT1: 3s, 4J/cm2, 0,12J por ponto e PBMT2: 10s, 14J/cm2, 0,4J por ponto) imediatamente, 48 e 96 horas após a cirurgia. Quatro e oito semanas após a cirurgia os animais foram eutanasiados, a calota craniana dissecada, fixada e submetida à análise por microtomografia computadorizada. Foram coletados os seguintes dados: volume ósseo relativo (razão entre o volume ósseo e o volume total), número, espessura e separação de trabéculas, conectividade por densidade e índice de estrutura de modelo (SMI do inglês structure model index). Os dados de cada análise foram comparados pelo teste ANOVA dois critérios/Tukey ou Kruskal Wallis/Dunn e os dados de análises diferentes pelo teste de correlação de Spearman (p<0,05). Diferenças significativas foram observadas em 8 semanas. A PBMT, em especial nos parâmetros de menor energia (0,12J), acelerou o reparo ósseo resultando na obtenção de maior volume ósseo, com grande número de trabéculas, de espessura média, próximas e interconectadas e com valores baixos de SMI. Dentro das limitações deste trabalho in vivo, concluímos que a PBMT acelera a formação e maturação do tecido ósseo neoformado em lesões ósseas críticas de ratas osteoporóticas. / Osteoporosis is a systemic disease characterized by loss of bone mineral content leading to critical fractures. Guided bone regeneration and photobiomodulation therapy (PBMT) favor bone regeneration. The objective of the study was to evaluate the effect of PBMT on the guided bone repair of critical lesions of 36 rats with osteoporosis induced by oophorectomy. Standardized bone lesions were performed on the parietal bones and then treated according to the following experimental groups (n = 12 lesions per group): Control: no additional treatment; Membrane - Placement of a commercial swine collagen membrane (Bio-Gide®) within the surgical bed; PBMT1 membrane and PBMT1 application; PBMT2-membrane and PBMT2 application. PBMT was performed with continuous wave infrared diode lasers in punctual and contact mode (808nm, 40mW, 1.42W / cm2, PBMT1: 3s, 4J / cm2, 0,12J per ponit and PBMT2: 10s, 14J / cm2, 0.4J per point) immediately, 48 and 96 hours after surgery. Four and eight weeks after surgery, the animals were euthanized, the skulls dissected, fixed and submitted to the analysis by computerized microtomography. The following data were collected: bone volume, relative bone volume (ratio of bone volume to total volume), number, thickness and separation of trabeculae, density connectivity and model structure index (SMI). The data from each analysis were compared using the ANOVA two criteria / Tukey or Kruskal Wallis / Dunn test and the different analysis data by the Spearman correlation test (p <0.05). Significant differences were observed at 8 weeks. PBMT, especially in the lower energy parameters (0.12J), accelerated bone repair resulting in higher bone volume, with a large number of trabeculae, medium thickness, close to each other and interconnected, and with low SMI values. Within the limitations of this in vivo study, we concluded that PBMT accelerates the formation and maturation of neoformed bone tissue in critical bone lesions of osteoporotic rats.

Biomateriais que promovem e auxiliam a regeneração óssea vêm ganhando grande visibilidade em pesquisas na área de engenharia tecidual, em destaque os biocompósitos a partir de cerâmicas e polímeros. Muitos desafios abrangem essa área de pesquisa, sendo o principal, criar um material que mais se assemelha ao osso, não só em sua resistência mecânica, mas também em sua bioatividade e porosidade. Esse projeto tem como foco o desenvolvimento e processamento de blocos de biocompósito formados a partir de hidroxiapatita (HAp) e fibroína de seda (FS). A fibroína de seda, obtida a partir dos casulos do bicho-da-seda, foi lavada em solução de carbonato de sódio com concentração de 5% por 30 minutos. Sua dissolução foi realizada através de solução ternária contendo cloreto de cálcio, etanol e água, na proporção molar de 1:2:8. A HAp foi co-precipitada na FS dissolvida em solução ternária através de solução de fosfato (Na2HPO4) sob agitação constante. Os blocos foram prensados manualmente e avaliou-se sua morfologia, relação Ca/P e absorção de líquido definindo a melhor proporção de %HAp e %FS. Após a determinação da proporção 75%HAp e 25% FS, os blocos foram conformados em prensa hidráulica com pressões fixas de 50 e 100 MPa. As características morfológicas foram avaliadas através de análises de MEV, porosidade, absorção de líquidos, microtomografia computadorizada (?-CT) e medição da área superficial específica (BET). As características químicas e estruturais foram analisadas por EDS, FTIR, TGA e DRX. Além disso, avaliou-se a resistência à compressão, a bioatividade e a citotoxicidade do biocompósito. Os resultados mostram que o biocompósito estudado apresenta características químicas e estruturais próxima ao osso trabecular, resistência à compressão entre 2 e 10 MPa e porosidade entre 30% e 70%, é biocompatível e possui capacidade de formação de apatita. O biomaterial em estudo apresenta-se como uma boa perspectiva na área de engenharia tecidual óssea. / Biomaterials that promote and aid bone regeneration have gained great visibility in tissue engineering research, with emphasis on biocomposites from ceramics and polymers. Many challenges cover this area, the main is being to create a material similar to bone, not only in its mechanical strength but also in its bioactivity and porosity. This project focuses on the development and processing of biocomposite blocks formed by hydroxyapatite (HAp) and silk fibroin (SF). The silk fibroin, obtained from the cocoons of the silkworm, was washed in 5% sodium carbonate solution for 30 minutes. Its dissolution was carried out through a ternary solution containing calcium chloride, ethanol and water, in a molar ratio of 1: 2: 8. The HAp was co-precipitated in SF dissolved in ternary solution through phosphate solution (Na2HPO4) under constant stirring. The blocks were manually pressed and their morphology, Ca/P ratio and liquid absorption were evaluated to determine the best HAp/FS ratio. After defined the best ratio, 75%HAp and 25% FS, blocks were formed in a hydraulic press with fixed pressures (50 and 100 MPa). The morphological characteristics were evaluated by SEM, Porosity, Liquid Absorption, Computerized Microtomography (?-CT) and specific surface area (BET). The chemical and structural characteristics were analyzed by EDS, FTIR, TGA and XRD. In addition, the compressive strength, bioactivity and cytotoxicity of the composite were evaluated. The results show a biocomposite with chemical and structural characteristics close to the trabecular bone, mechanical resistance between 2 and 10 MPa and porosity between 30% and 70%, it is biocompatible and with apatite formation capacity. The biomaterial studied presents a good perspective in the field of bone tissue engineering.

Materiais bioativos têm a capacidade de interagir com tecidos naturais, provocando reações que favorecem o desenvolvimento de processos como fixação e biodegradação do material implantado, além de regeneração de tecidos. Dessa forma, o objetivo deste trabalho está relacionado ao desenvolvimento de novos biomateriais, os quais foram obtidos a partir de combinações de fases orgânicas e inorgânicas em escala nanométrica, resultando em propriedades aprimoradas, como bioatividade, hidrofilicidade, resistência mecânica e biodegradabilidade. Foram sintetizadas e caracterizadas membranas autossuportadas constituídas por blendas biopoliméricas reforçadas com fosfato de cálcio. Essas blendas foram preparadas a partir da mistura, nas proporções 2,5:2,5 e 3,5:1,5 % (p/v), entre colágeno hidrolisado e polissacarídeos, como quitosana e -carragenana devido as suas notáveis propriedades e a sua semelhança com constituintes da matriz extracelular óssea nativa. A incorporação da fase inorgânica composta por fosfato de cálcio na matriz orgânica se deu por meio de três metodologias diferentes: (1) Precipitação in locu nos interstícios da matriz biopolimérica; (2) Adição das nanopartículas previamente sintetizadas; (3) Adição de hidroxiapatita bovina na matriz biopolimérica. A partir dos resultados obtidos por meio da microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia vibracional na região do infravermelho (FTIR) e difração de raios X (DRX), observou-se que as membranas híbridas formados a partir da metodologia (1), resultaram em deposição homogênea e continua de HAp por toda a matriz biopolimérica. Como consequência, o módulo de Young desses materiais híbridos foi o maior em relação aos valores obtidos para as suas respectivas matrizes biopoliméricas na ausência do mineral, como indicado pelo aumento do módulo de Young até 130% para membranas compostas por quitosana e até 115% para as membranas contendo -carragenana. Verificou-se que a redução da concentração de polissacarídeo na composição das blendas, afeta significativamente o módulo de Young e a taxa de degradação das membranas híbridas em solução salina tamponada de fosfato (PBS, do inglês phosphate buffered saline) a 37°C. Além disso, foi observado que as membranas compostas por quitosana apresentam menor taxa de degradação quando comparadas as membranas híbridas compostos por -carragenana. A incorporação da fase mineral resultou em aumento da hidrofilicidade e energia livre de superfície. A exposição das membranas híbridas ao fluido corporal simulado (SBF, do inglês Simulated body fluid) resultou na deposição de uma camada de fosfato de cálcio sobre a superfície das amostras. A resposta biológica dessas membranas foi avaliada por cultura de osteoblastos, indicando que os materiais contendo quitosana não são tóxicos. No entanto, o mesmo não foi observado para amostras contendo -carragenana, pois essas membranas, devido a elevada taxa de degradação, apresentam baixa estabilidade e integridade no meio de cultura celular. Nanopartículas de prata (NpAg), com tamanho variando de 3-9 nm, foram sintetizadas e incorporadas nas membranas híbridas obtidas pela metodologia 1. Após essa adição, observou-se uma ação antibacteriana contra as bactérias Escherichia coli, Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa. Esses resultados indicam que as membranas híbridas obtidas neste trabalho podem, potencialmente, ser usadas como membranas de regeneração tecidual guiada temporária em defeitos ósseos / Bioactive materials present the ability to interact with natural tissues, causing reactions that favor the development of processes such as implant and biodegradation of implanted material, as well as tissue regeneration Thus, the objective of this study is to the develop new biomaterials combining organic and inorganic phases at the nanoscale resulting in improved properties such as bioactivity, hydrophilicity, mechanical strength and biodegradation. Herein, hybrid self-supported membranes formed by polymer blends and reinforced with calcium phosphate were synthesized and characterized. These blends were prepared from the combination, in the proportions 2,5 : 2.5 and 3,5 : 1,5 wt%, between hydrolyzed collagen and polysaccharides, such as chitosan and -carrageenan due to its remarkable properties and its similarity to the constituents of the native extracellular matrix. The incorporation of the inorganic phase consisting of calcium phosphate in the organic matrix was performed using three different methodologies: (1) Precipitation in locus in the interstices of the polymer matrix; (2) Addition of previously synthesized nanoparticles; (3) Addition of bovine hydroxyapatite in polymeric matrix. From the results obtained by scanning electron microscopy (SEM), infrared vibration spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD), it was observed that the hybrid systems formed from the methodology (1) resulted in a homogeneous and continuous deposition of HAp throughout the biopolymer matrix. As a consequence, the Young\'s modulus of these hybrid materials was the higher in relation to the values obtained for the biopolymer matrices in the absence of the mineral, as indicated by the increase of the Young\'s modulus up to 130% for membranes composed by chitosan and up to 115% for the membranes containing -carrageenan. It was noted that the reduction of the polysaccharide concentration in the blends composition significantly affects the Young\'s modulus and the rate of degradation of the hybrid systems in phosphate buffered saline (PBS) at 37 °C. In addition, it was observed that membranes composed of chitosan have a lower degradation rate compared to hybrid membranes composed of -carrageenan. The incorporation of the mineral phase resulted in increased hydrophilicity and surface free energy. Exposure of hybrid membranes to simulated body fluid (SBF) resulted in the deposition of a layer of calcium phosphate under the surface of the samples. The biological response of these membranes was assessed by culturing osteoblasts, indicating that chitosan-containing systems are non-toxic. However, the same was not observed for samples containing carrageenan, because these membranes, due to the high degradation rate, present low stability and integrity in the cell culture medium. Silver nanoparticles (NpAg), ranging in size from 3-9 nm, were synthesized and incorporated into the hybrid membranes obtained by methodology 1. After this addition, an antibacterial action against the bacteria Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa was observed. These results indicate that the hybrid membranes obtained in this study can potentially be used as membranes for temporary guided tissue regeneration in bone defects.

One strategy for bone regenerative engineering is to use matrices associated to osteogenic and angiogenic molecules to increase bone formation. The aim of the present study was to evaluate the efficacy of treatment of extensive cranial bone defects with the F1 protein obtained from latex adsorbed at different concentrations (0,01%, 0,025%, 0,05% e 1%) to two different bonesubstitutes biomaterials, deproteinized bovine bone (DBB) and biphasic calcium phosphate ceramics (pBCP) using a preclinical model in rats. Defects of 8-mm diameter were created in parietal bones of 72 rats filled with the pure biomaterial or carried with the different concentrations of F1 protein, in the microtomographic images a visual analysis of the microtomographic reconstructions of the skull through transverse, coronal and sagittal sections. Subsequently, the segmentation of the defect in the reconstructions will be done through an image processing algorithm to quantify the parameters. Analyzing, in the BP-G group, the total volume of bone (TV), in the CSBD-CG group, the total volume of new bone (TV-NB), and in the treated groups, the total volume of the grafted region (TV/GR), the total volume of new bone (TV-NB) and biomaterials (TV/DBB and TV/pBCP). In tissue sections stained with Hematoxylin and Eosin a descriptive histological analysis was performed to verify the tissue response to treatment with F1 protein and its association with osteoconductive biomaterial and correlate it with the histomorphometric determination to obtain percent values and volume of neoformed bone tissue, biomaterial, bone marrow and soft tissue. In the characterization of DBB and pBCP biomaterials, it was performed through the combined analytical methodology by SEM and SDD-EDS, to analyze external morphology and elemental chemical composition. All the results were compared between the groups by the ANOVA variance analysis and the Tukey tests at the 5% level of significance (Statistica v.5.1, StatSoft). After 12 weeks, defects treated with biomaterials without F1 presented greater bone formation in relation to the control group. The association of 0.025% and 0.05% of F1 plus DBB showed higher bone formation (32.6% and 25.1%, respectively) when compared to pBCP, being 19.3% and 15.1%, respectively. We conclude that the stimulation of angiogenesis and osteogenesis depends on its concentration of F1e and the physicochemical properties of the carrier material. / Uma estratégia da engenharia regenerativa óssea é usar matrizes associadas a moléculas osteogênicas e angiogênicas para aumentar a formação óssea. O objetivo do presente estudo foi avaliar a eficácia do tratamento de defeitos ósseos cranianos extensos com a proteína F1 obtida do látex adsorvido em diferentes concentrações (0,01%, 0,025%, 0,05% e 1%) a dois diferentes biomateriais ósseo-substitutos, osso bovino desproteinizado (DBB) cerâmica de fosfato de cálcio bifásica (pBCP) utilizando um modelo pré-clínico em ratos. Defeitos de 8 mm de diâmetro foram criados nos ossos parietais de 72 ratos preenchidos com o biomaterial puro ou carregados com as diferentes concentrações da proteína F1, nas imagens microtomográficas uma análise visual das reconstruções microtomográficas do crânio através de cortes transversais, coronais e sagitais. Subsequentemente, foi feito segmentação do defeito nas reconstruções através de algoritmo de processamento de imagem para quantificação dos parâmetros. Analisando, no grupo BP-G, o volume total de osso (TV), no grupo CSBD-CG o volume total de osso novo (TV-NB), e nos grupos tratados, o volume total da região enxertada (TV-GR), volume total de osso novo (TV-NB) e biomaterial (TV-DBB e TV-pBCP). Nos cortes teciduais corados pela Hematoxilina e Eosina foi realizado uma análise histológica descritiva para verificar a resposta tecidual frente ao tratamento com a proteína F1 e a sua associação com biomaterial osteocondutor e correlaciona-la com a determinação histomorfométrica para a obtenção dos valores percentuais e de volume de tecido ósseo neoformado, biomaterial, medula óssea e tecido conjuntivo. Na caracterização dos biomaterias DBB e pBCP, foi realizado através da metodologia analítica combinada por SEM e SDD-EDS, para analisar morfologia externa e composição química elementar. Todos os resultados foram comparados entre os grupos pela análise de variância ANOVA e o tests de Tukey ao nível de significância de 5% (Statistica v.5.1, StatSoft). Após 12 semanas, defeitos tratados com biomateriais sem F1 apresentaram maior formação óssea em relação ao grupo controle. A associação de 0,025% e 0,05% de F1 mais DBB mostraram maior formação óssea (32,6% e 25,1%, respectivamente) quando comparados com pBCP, sendo 19,3% e 15,1%, respectivamente.Nós concluímos que, a estimulação da angiogênese e osteogênese depende de sua concentração de F1e das propriedades físico-químicas do material carreador.

Les troubles musculo-squelettiques représentent la deuxième cause d'invalidité dans le monde et des millions de personnes subissent une fracture chaque année. Bien que la régénération osseuse soit un processus efficace permettant à l'os de récupérer sa structure et ses fonctions initiales, 10% des fractures ne guérissent pas correctement et peuvent entraîner un retard de régénération ou une non-consolidation osseuse. Le processus de régénération osseuse repose sur l'activation de cellules souches squelettiques (CSS), dont les origines et les mécanismes d'action sont encore mal caractérisés. De nombreuses études se sont concentrées sur les cellules stromales de la moelle osseuse (CSM) comme source principale de CSS pour le processus de régénération osseuse endogène et les thérapies cellulaires. Cependant, notre laboratoire et d'autres équipes ont récemment montré que le périoste est une source majeure de cellules qui contribuent à la formation de cartilage et d’os dans le cal alors que les CSM ont une contribution minimale et restreinte au compartiment de moelle osseuse pendant la régénération. Le but de ce projet est de caractériser les cellules souches squelettiques du périoste et comparer leur potentiel de régénération in vitro et in vivo avec les cellules stromales de la moelle osseuse. Nous avons mis au point des cultures primaires de cellules issues du périoste (CPs) et de la moelle (CSMs) de souris. Les CPs et les CSMs expriment des marqueurs communs et peuvent se différencier dans les trois lignages mésenchymateux (ostéoblastes, adipocytes et chondrocytes) in vitro. In vitro les CPs ont un potentiel clonogénique et une croissance cellulaire plus élevés que les CSMs. Malgré l’origine embryonnaire commune des CPs et CSMs, les CPs n’ont pas les mêmes fonctions aux stades postnatal et adulte. Après transplantation au site de fracture, les CPs ont un meilleur potentiel d’intégration au centre du cal dans le cartilage et l’os comparé aux CSMs. Les CPs persistent dans le cal à long terme et peuvent reconstituer un pool de CPs dans le périoste nouvellement formé après régénération, permettant d’être mobilisées à nouveau après des blessures successives. Par des analyses transcriptomiques des CPs et CSMs isolées avant et après fracture, nous avons caractérisé les profiles moléculaires des CPs et des CSMs et mis en évidence une réponse à la blessure plus importante chez les CPs. Le gène Periostin (Postn) et d’autres gènes codant pour des protéines de la matrice extracellulaire liées à Postn sont surexprimées dans les CPs activées par la fracture. L’expression de POSTN est détectée dans le périoste et dans le cal pendant tout le processus de régénération osseuse. Les souris invalidées pour Postn ont un phénotype de régénération osseuse anormale marqué par la formation de fibrose et une absence de consolidation osseuse. Ce phénotype est dû à une déficience du périoste et des CPs chez les souris Postn mutantes. En absence de Postn, le reconstitution du périoste et du pools de CPs à long terme est abolie entraînant une incapacité du périoste mutant à participer à la réparation osseuse après une seconde blessure. En conclusion, ce travail a mis en évidence que le périoste contient une population de CSS avec un potentiel de régénération élevé pour la réparation osseuse endogène comparé aux CSMs. Nous montrons que Périostine est une protéine clé du périoste, régulant la capacité des CPs à répondre aux blessures et permettant de maintenir l’intégrité du périoste et le pool de CPs à long terme. Le périoste et les cellules souches du périoste pourraient donc être une meilleure cible pour augmenter la régénération osseuse cliniquement. / Musculoskeletal disorders represent the second cause of disability worldwide. Among them, bone repair defects occur in 10% of patients that sustain a fracture causing delayed union or non-union. Bone regeneration is normally an efficient process allowing bone to recover its proper shape and functions, and relying on the activation of skeletal stem cells (SSCs), that are still poorly characterized. Numerous studies have concentrated on bone marrow stromal cells/skeletal stem cells (BMSCs) to understand the role of SSCs in bone regeneration and for cell-based therapies. Recently, our laboratory and others have shown that the periosteum is a major source of cells that contribute to cartilage and bone formation in the fracture callus while BMSC’s contribution to the endogenous repair process is minimal and restricted to the bone marrow compartment. Here, we aimed to characterize skeletal stem cells within periosteum and compare their in vitro and in vivo regenerative potential with BMSCs. We established primary cultures of periosteal cells (PCs) and BMSCs in mice and showed that PCs and BMSCs express similar markers by FACS and qRT-PCR and can differentiate into the three mesenchymal lineages (osteoblasts, adipocytes and chondrocytes) in vitro. We show that although PCs and BMSCs have common embryonic origins, PCs exhibit superior bone regenerative potential in mature bones with higher CFU-F activity, cell growth and migration capacity in vitro compared to BMSCs. By lineage tracing after transplantation at fracture sites in vivo, we show that PCs can better contribute to cartilage and bone and integrate long-term in the callus compared to BMSCs. Using a periosteum graft approach, we show that PCs can repopulate the periosteum after injury and are mobilized again after subsequent injuries to repair bone. Microarray analyses of PCs and BMSCs isolated from intact and injured tibias 3 days post fracture show an enhanced molecular response to injury of PCs. Periostin (Postn) and other genes encoding extracellular matrix (ECM) proteins linked to Postn were up-regulated in activated PCs. Postn expression was detected in the periosteum and the callus through all stages of bone regeneration and Postn deficient mice have impaired bone regeneration leading to fibrosis and non-union. This phenotype is due to a deficient periosteum and PCs as shown by in vitro and in vivo experiments. Moreover, the capacity of PCs to repopulate the newly formed periosteum and contribute to repair after a second injury is abolished in the absence of Periostin. In conclusion, this work shows that periosteum comprises SSCs with high bone regenerative potential for endogenous bone repair compared to BMSCs. We show that Periostin is a key ECM component of the periosteum regulating the ability of PCs to respond to injury, participate in skeletal repair and maintain the pool of PCs in the periosteum. SSCs within periosteum are therefore a promising target to augment bone regeneration clinically.

Este estudo avaliou o processo de reparo ósseo em cavidades cirúrgicas de tamanho não crítico, quando preenchidas por diferentes biomateriais. Um defeito ósseo de 5 mm de diâmetro por 8mm profundidade foi criado em cada metáfise tibial de 27 coelhos machos. Foram estabelecidos 4 grupos com 12 cavidades por material. As cavidades foram preenchidas com matriz óssea bovina inorgânica, GenOx Inorg® (grupo 1), matriz óssea bovina orgânica, GenOx Org® (grupo 2), matriz óssea bovina composta, GenMix® (grupo 3) e sulfato de cálcio di-hidratado (Grupo 4). Adicionalmente, seis cavidades preenchidas com coágulo sanguíneo foram utilizadas como controle (grupo 5). Os animais foram mortos após 30, 60 e 90 dias e as amostras coletadas foram submetidas ao processamento histotécnico para obter cortes de 5 m de espessura, corados com hematoxilina e eosina. Foram realizadas análises histomorfológica descritiva e histomofométrica, que consistiu na mensuração da área de tecido ósseo neoformado. Os dados obtidos foram submetidos ao teste estatístico de Kruskal-Wallis e Dunn. Aos 30 e 60 dias a área de tecido ósseo neoformado ocorreu de forma semelhante entre todos os grupos (P > 0,05). No período de 90 dias houve diferença significativa entre os grupos 2 e 4, bem como entre os grupos 4 e 5. Ao realizar a análise estatística de cada grupo em função dos 3 períodos experimentais, constatou-se que nos grupos 1, 2 e 3 a área de tecido ósseo neoformado aos 30 dias foi menor (P < 0,05) em relação a 60 e 90 dias. No grupo 4, ocorreu diferença significativa entre os períodos de 30 e 90 dias, já no grupo 5 houve diferença significante ao comparar 30 e 60 dias. Com base na microscopia observamos que os biomateriais estudados não inibiram o processo de reparo; o GenOx Inorg e a matriz inorgânica presente no GenMix exibiram características morfológicas de propriedade osteocondutora, mais intensa no primeiro grupo. O GenOx Org e o sulfato de cálcio di-hidratado apresentaram-se completamente reabsorvidos aos 30 dias. Foi possível concluir que os valores neoformativos proporcionados pelo GenMix não foram significativamente superiores, àqueles obtidos pelo GenOx Inorg, GenOx Org e sulfato de cálcio di-hidratado. Os diferentes biomateriais utilizados não apresentaram resultados superiores ao coágulo sanguíneo, exceto o sulfato de cálcio di-hidratado aos 90 dias. / This study evaluated the bone healing process in non-critical surgical cavity size, when grafted with different biomaterials. A 5mm wide and 8mm long defect were created in each tibial metaphysis of 27 male rabbits. Four groups of 12 cavities per material were established. The cavities were filled with deproteinized bovine bone, GenOx Inorg ® (group 1), demineralized bovine bone, GenOx Org® (group 2), composite bovine bone, GenMix® (group 3) and di-hydrate calcium sulfate (group 4). Additionally 6 cavities were filled with blood clot for control purposes (group 5). At 30, 60 and 90 days after surgery the animals were killed and the grafted areas were submitted to histologically process to obtain a 5 m thickness sections and stained with hematoxylin and eosin. The specimens were proceeded to descriptive and quantitative microscopic analysis, by measuring the area of new formed bone. The results were statistically analyzed by the Kruskal-Wallis and Dunn tests. At 30 and 60 days the area of new bone formation was similar among all groups (P > 0,05). In 90 days period there was a significant difference between groups 2 and 4, as well as groups 4 and 5. Performing the statistical analysis of each group in relation to the 3 experimental periods, it was found that in groups 1, 2 and 3 the area of new bone formed at 30 days was lower (P < 0,05) than 60 and 90 days. There was a significant difference in group 4 comparing the periods 30 and 90 days and in group 5 between 30 and 60 days. Based on microscopy findings we observed that the biomaterials studied did not inhibit the repair process; the GenOx Inorg and inorganic matrix present in GenMix exhibited morphological characteristics of osteoconductive property, more intense in the first one. The GenOx Org and di-hydrate calcium sulfate were completely reabsorbed within 30 days. It was concluded that the values of new bone formed area provided by GenMix were not significantly higher than obtained by GenOx Inorg, GenOx Org and di-hydrate calcium sulfate. The different biomaterials used did not show better results than blood clot, except di-hydrate calcium sulfate at 90 days.

A reconstrução de defeitos ósseos críticos é alvo de inúmeras pesquisas em cirurgia bucomaxilofacial. Tais pesquisas visam, de maneira geral, a optimização da neoformação óssea e a eliminação dos procedimentos de remoção de osso autógeno para reconstrução. Os modelos animais têm sido a metodologia mais utilizada para avaliar a eficácia de novas substâncias e biomateriais na reparação óssea. O objetivo desta pesquisa foi avaliar a influência de um flavonóide, o icariin, na reparação óssea de defeitos críticos confeccionados na calvária de ratos Wistar. Um defeito ósseo crítico circular foi confeccionado em 40 calvarias de ratos por meio de uma broca trefina de 8 mm de diâmetro sob irrigação salina constante. Ao final dos procedimentos cirúrgicos, os animais foram divididos, aleatoriamente, em grupo teste (n=20), que recebeu o icariin, na dose de 125 mg/kg de peso e grupo controle (n=20), que recebeu soro fisiológico. Ambas as substâncias foram administradas por meio de gavagem até o dia da eutanásia. Ao final de cada período observacional de 7, 14, 21 e 42 dias, 5 animais de cada grupo foram eutanasiados e as amostras da calvária foram removidas e mantidas em formol 10% por 48 horas. As calvárias foram radiografadas e, após descalcificação, foram submetidas à avaliação histológica com coloração hematoxilina-eosina sob microscópio de luz. Os defeitos foram analisados considerando a diminuição da área do defeito na imagem radiográfica, as características de reparo ósseo e a osteogênese na região da ferida. Os resultados da análise radiográfica mostraram que a área do defeito ósseo no grupo teste foi significativamente menor que no grupo controle em todos os períodos observacionais. A avaliação histológica mostrou um aumento na neoformação óssea do grupo teste (p=0,02). A histomorfometria demonstrou osteogênese significante no grupo teste com 7 dias (p=0,021), 14 dias (p=0,014), 21 dias (p=0,021) e 42 dias (p=0,009). Foi possível concluir que o icariin sistêmico induziu uma maior neoformação óssea em defeitos críticos. / Bone critical defect reconstruction is an important target in current oral surgery research. Contemporary research has been searching for osteogenesis optimization to minimize the necessity of using autogenous bone grafts procedures. Animal models have been the widespread methodology to evaluate the effect of different new substances and biomaterials in bone healing. The aim of this study was to assess the influence of systemic daily flavonoid, icariin, in the repair of calvaria critical size defects induced in Wistar rats. A round critical size defect was performed centrally in 40 rats calvaria using an 8mm trephine under sterile saline solution irrigation. After surgery, half the animals, randomly, received by gavage daily doses of 125mg/Kg-icariin (Test Group) till the euthanasia. The other half (Control Group) received the same volume of saline solution. Five animals of each group were euthanized after 7, 14, 21 and 42 days postoperatively. The rats calvaria were removed, fixed in 10% formalin for 48 hours. Calvarias were X-rayed and after decalcification they underwent histological examination with hematoxylin eosin stain under a light microscope. Defects were analyzed considering area diminishing in X-ray image, bone healing characteristics and osteogenesis in the defect region. Results showed that bone defect area in Test Group was significant smaller in all observational periods. Histological evaluation showed an increased expression in bone trabeculae neoformation in Test Group (p=0,02). Histomorphometry demonstrated significant osteogenesis in Test Group at 7 days (p=0,021), 14 days (p=0,014), 21 days (p=0,021) and 42 days (p=0,009). It was concluded that systemic icariin induced a more expressive bone healing in critical size defects in rats.

Uma das condutas terapêuticas mais adotadas na prática ortodôntica para a correção da mordida cruzada posterior é a expansão rápida da maxila. A recidiva pós-disjunção demonstra a necessidade do uso de contenção para garantir o sucesso da terapia. A sutura neoformada e as maxilas devem se manter em sua nova posição por um período mínimo para adquirir estabilidade. Seria um benefício acelerar a neoformação óssea na sutura palatina após a expansão com o objetivo de reduzir o tempo do período de contenção. O uso do laser na regeneração óssea é justificada pela possibilidade de diminuir o tempo de contenção garantindo assim maior estabilidade pós-tratamento. O presente estudo teve como objetivo verificar o efeito do laser de baixa intensidade com diferentes potências na regeneração óssea na região da sutura palatina. Foram utilizados 20 ratos (Wistar), com 45 (quarenta e cinco) dias de idade, divididos em 5 (cinco) grupos, sendo 4 (quatro) ratos cada um, assim descritos: Grupo 1 Não irradiados nem submetidos a disjunção e Grupo 2 Não irradiados, mas submetidos a disjunção. Os Grupos experimentais serão assim distribuídos: Grupo 3 submetidos a disjunção e irradiados com dose única de 4J/cm2; Grupo 4 submetidos a disjunção e irradiados com dose única de 8 J/cm2 e Grupo 5 - submetidos a disjunção e a irradiação com 2 doses de 4 J/cm2. Os grupos irradiados receberam as doses no momento 0 (zero início do estudo) e dois dias após a primeira dose, quando indicado. A aplicação foi feita na sutura palatina mediana. Os ratos sofreram eutanásia, nos seguintes tempos: 10, 30, 70 e 150 dia e procedem-se a avaliação histológica dos tecidos. Para a análise dos resultados foi utilizado o teste Exato de Fisher. No grupo 1, observamos desenvolvimento normal do osso na região da sutura palatina mediana. No Grupo 2, observamos área de neo-formação óssea, com a presença de vários osteoblastos. Os grupos submetidos a disjunção e laserterapia (Grupos 3, 4 e 5) apresentaram comportamento similar entre si, mas com algumas particularidades. Com os resultados obtidos neste trabalho pode-se concluir que a laserterapia tem discreto efeito na remodelação óssea da sutura palatina em ratos e os grupos experimentais apresentaram menor grau de inflamação da região estudada, mas não foi estatisticamente significante. / Rapid maxillary expansion is one of the therapy used in the practice orthodontic to the posterior crossbite correction. Relapsed after expansion treatment required a contention device to guarantee a success therapy. The neoformation suture and the maxilla have maintained in the new position for a period to get the stability. To accelerate the osseous regeneration in the medline suture after expansion to reduce the retention period. The use of laser in the osseous regeneration its possible to decreased the retention period to guarantee the stability after treatment. The aim of the study was to investigate the low power laser efect with different power in the osseous regeneration in the midline palatal suture. Twenty male rats (Wistar) 45 days old were used. The animals were divided into five groups: group 1 Non irradiation and non expansion; group 2 Non irradiation and expansion; group 3 expansion and one dose of irradiation 4J/cm2; group 4 expansion and one dose of irradiation 8 J/cm2;: and group 5 - expansion and two dose of irradiation 4 J/cm2. The irradiation groups were irradiated in the first day and the group 5, the second irradiation was two days after the first time. The irradiation was done in the palatal suture. The animals received intraperitoneally injection in the: 10, 30, 70 and 150 day and were evaluated histologically. The results was analysis by the Fisher test. Group 1 showed a osseous normal development in the midline palatal suture. Group 2 showed a osseous regeneration with oesteoblasts. The expansion and lasertherapy group (group 3, 4 e 5) showed similar results. The conclusions drawn from this study are that the laser therapy has a light effect in the osseous regeneration in the midline palatal suture in rats and the experimental group showed less inflammation in the suture area but not statistically significance.