The cornea is the transparent, avascular and highly innervated outer anterior layer of the eye. The cornea is a very delicate structure and any traumatic insult may lead to damage and limbal stem cell deficiency (LSCD), leading to chronic discomfort, visual impairment and ultimately blindness. The resultant issues can have a significant effect on patients and reduce their quality of life. Whilst conservative and therapeutic management of these problems play a part in the treatment of corneal injuries often surgery is indicated. However, surgical repair of damaged corneas may be limited by the availability of suitable donor tissue and donor site morbidity. Corneal grafts or penetrating keratoplasty (PK) or donor limbal grafts may lead to surgical complications such as corneal scarring, infection and graft rejection. First described in 1908 by A. Maximow, stem cells offer the opportunity to produce functional cell specific tissues from undifferentiated “primordial” cells. By using stem cells from human adult or deciduous tooth pulp, repair and regeneration of the cornea may be possible. Furthermore, it may lead to development of new and innovative treatments of other corneal disorders and injuries. The aim of the investigations detailed in this thesis was to characterize dental pulp stem cells (DPSC), help establish their use in regenerative medicine and help enhance the repair and regeneration of damaged corneal epithelium. Using various laboratory techniques including PCR, western blot and immunostaining it was determined that DPSC possess adequate potency and plasticity to be differentiated into a number of cell-lines. Co-culture of DPSC with human cornea demonstrated that stem cells were attracted to the tissue and migrate towards it and attach to the surface of the limbal explant. Additionally, using soft contact lenses it has been shown that DPSC can be successfully transferred from culture to human cornea in vitro. Expression of terminally differentiated corneal epithelium markers such as cytokeratin 3 & 12 further supports the concept that DPSC were transdifferentiated into epithelial progenitor cells. Once transferred onto the corneal surface, DPSC supported corneal epithelium regeneration, allowed corneal epithelial like cells to grow and avert conjunctivalisation and thus maintained cornea transparency. Further studies are needed to provide a better understanding of the DPSC’s role in corneal regeneration, but it is clear that DPSC are promising candidates for this novel and non-invasive method of corneal epithelium regeneration.

Die Entdeckung adulter dentaler Stammzellen eröffnete ein neues Forschungsfeld im Hinblick auf die Regeneration dentaler Gewebe. Bisher liegen nur wenige Studien vor, in denen das Genexpressionsprofil dentaler Stammzellen im Vergleich zu den Knochenmarkstammzellen analysiert wurde. Diese Untersuchungen wurden vorwiegend an Mischkulturen vorgenommen. Im Gegensatz dazu war es daher das Ziel der vorliegenden Arbeit, das Genexpressionsprofil einer bestimmten Stammzell-Population, nämlich der Stro1-positiven pulpalen mesenchymalen Zahnkeimstammzellen (Stro1+ZK) im Vergleich zu Stro1-positiven mesenchymalen Knochenmarkstammzellen (Stro1+BK), zu untersuchen. Die Genexpression beider Zelltypen wurde anhand von Microarrays ermittelt. Insgesamt gingen 22.454 Gene in die Auswertung ein, wovon bei einem konservativ festgesetzten Schwellenwert einer FDR≤1% 2730 Gene eine hochsignifikant differentielle Expression zeigten. Die Analyse dieser differentiell exprimierten Gene mithilfe der Programme „DAVID“ und „Ingenuity“ ergab, dass in den Stro1+ZK vermehrt Gene heraufreguliert sind, die mit Zellfunktionen wie beispielsweise Proliferationsregulation, der Zell-zu-Zell-Signalleitung und der Organisation des Zytoskeletts verknüpft sind. Die Stro1+BK hingegen exprimieren verstärkt Gene, die mit der Organisation der extrazellulären Knochenmatrix und Zell-Adhäsion assoziiert sind. Des Weiteren findet sich in diesen Zellen eine verstärkte Expression von Genen, die mit der Struktur- und Formgebung des Skeletts in Verbindung stehen. Trotz identischem Stammzellmarker-Typus (Stro1) weisen die untersuchten mesenchymalen Stammzelltypen stark unterschiedliche Hox-Gen-Signaturen auf. Dabei zeigt sich sowohl eine Variation in Anzahl und Art der Hox-Gene als auch in deren Expressionsmuster. Stro1+BK exprimieren verstärkter Hox-Gene der Cluster A bis D (HOXA-D), die Segment- und Positionsinformationen codieren. Hingegen sind in den Stro1+ZK die Hox-Gene BARX1, MSX1, MSX2, DLX1, DLX2, PAX9 und LEF1 hochreguliert, welche eine tragende Rolle in der Zahnentwicklung spielen. So ist z.B. bereits bekannt, dass Mutationen dieser Gene zu Fehlbildungen von Zähnen wie Aplasien oder Hypoplasien führen können. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass insbesondere hinsichtlich der Hox-Gene signifikante Unterschiede zwischen den Stro1+ZK und Stro1+BK bestehen. Weiterführende Experimente zur Aufklärung der Funktionsweise von Genen, die in den Stro1+ZK von Bedeutung sein könnten, einschließlich deren Erforschung auf proteinbiochemischer und zellbiologischer Ebene, wären wünschenswert.

A polpa do dente contém uma população de células-tronco multipotentes, que possuem a capacidade de se diferenciar em várias linhagens celulares distintas, in vitro e in vivo. Estas células possuem origem mesenquimal e, acredita-se que sejam derivadas da crista neural. Elas podem ser induzidas a se diferenciar em células de osso, cartilagem, músculo liso e esquelético. Há trabalhos também que descrevem a diferenciação neural destas células, com base principalmente em caracterizações morfológica e protéica. Contudo, um número crescente de dados sugere que a diferenciação neural de células de origem mesenquimal, pode, na verdade, ser um artefato de cultura. Neste contexto, se torna de grande importância introduzir nos estudos medidas de eletrofisiologia que possam confirmar a identidade neural destas células. Nosso objetivo foi isolar e caracterizar células-tronco de polpa de dente decíduo humano (IDPSC), verificando se as mesmas poderiam configurar um bom modelo para estudo da diferenciação neural in vitro. No presente trabalho, nós descrevemos uma população de IDPSCs indiferenciadas capazes de se diferenciar em adipócitos e osteócitos in vitro. Quando tratadas com ácido retinóico as IDPSC exibiram morfologia semelhante à de células neurais, além de apresentar expressão de proteínas neurais e disparar potencial de ação. Porém, curiosamente, as células sem tratamento também expressam esses marcadores e apresentam resposta eletrofisiológica, limitando a interpretação acerca do valor que o tratamento teria na promoção da diferenciação neural e, conseqüentemente, restringindo a utilização das mesmas como modelo de estudo da diferenciação neural in vitro. Apesar de a questão acerca da capacidade das IDPSCs em se diferenciar para neurônios permanecer não respondida, as IDPSCs foram capazes de direcionar a diferenciação neural de células-tronco embrionárias em ensaios de co-cultura. Estes resultados reforçam trabalhos prévios que mostram que as células-tronco de polpa de dente podem ser boas candidatas para terapia celular. / Post-natal stem cells have been isolated from a multiple source of tissues, as bone marrow, brain, skin, hair follicle and muscle. Many works have shown that these cells exhibit plasticity higher than the first believed and are able to transdifferentiate into cells from other germ layer origin. From dental pulp tissue is possible to isolate a population of multipotent stem cell which have mesenchymal origin and are supposed to be derived from neural crest. They can be induced to differentiate into mesodermal cell types, like chondrocyte, osteocyte and adipocyte. It has been also reported that they are able to transdifferentiate into neural cells. However, increasing data suggests that neural transdifferentiation of cells from mesenchymal origin, actually, may be an artifact of culture, due to cellular stress, for example. In front of this, it becomes of great importance to show that the expected differentiated cells exhibit functional responses, by the investigation of electrophysiological properties. Here we describe a population of undifferentiated human dental pulp stem cell that can be induced to differentiate into adipocytes and osteocytes in vitro. When treated with retinoic acid they showed neural cell like morphology, expressed neural markers and were able to fire action potentials. However, curiously, undifferentiated cells also exhibited the same responses, limiting the interpretation of neural treatment effect and, therefore, restricting the use of IDPSCs as a model for neural differentiation in vitro. Although the question of whether or not DPSC are able to become a neuron remains unsolved, these cells were able to direct neural differentiation of embryonic stem cells in co-culture assays. These findings in conjunction with previous works which shows DPSCs can exercise neuroprotective and neurotrophic effects indicate they may be a feasible candidate for cellular therapy.

As células-tronco provenientes da polpa de dentes decíduos esfoliados (SHED) são uma fonte promissora de células-tronco para a terapia regenerativa. Já foi demonstrado que elas podem se diferenciar em células endoteliais, mas os mecanismos envolvidos nesse processo ainda são desconhecidos. Dessa forma, o presente estudo teve como objetivo elucidar os mecanismos moleculares relacionados à diferenciação endotelial dessas células. Para isso, um meio de cultura para células endoteliais (EGM-2MV), suplementado por 50ng/mL rhVEGF, foi utilizado com sucesso como estímulo para as SHED se diferenciarem em células endoteliais em cultura de monocamada. Uma vez que, elas expressaram os marcadores endoteliais VEGFR-2 e CD-31. Além disso, quando as SHED foram expostas ao meio de diferenciação, a fosforilação de STAT-3 (um marcador de células-tronco) foi inibida de acordo com a concentração utilizada, enquanto a fosforilação de ERK e AKT foi estimulada. Quando um inibidor de ERK foi adicionado ao meio, a fosforilação de STAT-3 aumentou. Por outro lado, quando um inibidor de STAT-3 foi adicionado ao meio de cultura, a fosforilação de ERK aumentou. A inibição de ERK também impediu a diferenciação endotelial. Para confirmar esse resultado, shRNA MEK-1 SHED também falharam em expressar VEGFR-2 quando estimuladas. Além disso, scaffolds de fatias dentais foram semeadas com shRNA VEGFR-1 SHED ou shRNA controle e implantadas no subcutâneo de camundongos imunodeficientes. Após recuperados, um tecido muito semelhante à polpa dental foi formado no interior das fatias. No entanto, havia menos células CD-31 positivas nos vasos sanguíneos dos implantes semeados com VEGFR-1 shRNA SHED, sugerindo um papel do VEGFR-1 na formação de vasos sanguíneos. Em conclusão, o VEGFR-1 e a via de sinalização de ERK estão envolvidos no processo de diferenciação das SHED em células endoteliais. / Stem Cells from Exfoliated Deciduous Teeth (SHED) are a promising source of stem cells for regenerative therapy. It was already shown they can differentiate into endothelial cells, but the mechanisms involved in this process remain unclear. Therefore, the following study aimed to elucidate the molecular mechanisms related to endothelial differentiation of SHED. For this purpose, a culture media for endothelial cells (EGM-2MV), supplemented with 50ng/ml rhVEGF, was successfully used as stimuli for SHED to undergo endothelial differentiation in monolayer culture, as they expressed the endothelial markers VEGFR-2 and CD- 31. Moreover, when SHED were exposed to the differentiation medium, STAT-3 phosphorilation (a stemness marker) was inhibited while the ERK and AKT phosphorilation was stimulated. When an ERK inhibitor was added to the medium, the STAT-3 phosphorilation increased in a dependent concentration manner. On the other hand, when a STAT-3 inhibitor was added the ERK phosphorilation increased. The ERK inhibition also arrested endothelial differentiation. To confirm this results, shRNA MEK-1 SHED also failed to express VEGFR-2 when stimulated. Additionally, tooth slice scaffolds were seeded with shRNA VEGFR-1 SHED or shRNA control SHED and implanted, subcutaneously, into immunodeficient mice. After retrieved, a dental pulp-like tissue had been formed inside the tooth slice. However, there were fewer CD-31 positive blood vessels in the shRNA VEGFR-1 implants suggesting a role of VEGFR-1 in the formation of blood vessels by SHED. In conclusion, the VEGFR-1 and ERK pathway are involved in the process of differentiation of SHED into endothelial cells.

As células-tronco provenientes da polpa de dentes decíduos esfoliados (SHED) são uma fonte promissora de células-tronco para a terapia regenerativa. Já foi demonstrado que elas podem se diferenciar em células endoteliais, mas os mecanismos envolvidos nesse processo ainda são desconhecidos. Dessa forma, o presente estudo teve como objetivo elucidar os mecanismos moleculares relacionados à diferenciação endotelial dessas células. Para isso, um meio de cultura para células endoteliais (EGM-2MV), suplementado por 50ng/mL rhVEGF, foi utilizado com sucesso como estímulo para as SHED se diferenciarem em células endoteliais em cultura de monocamada. Uma vez que, elas expressaram os marcadores endoteliais VEGFR-2 e CD-31. Além disso, quando as SHED foram expostas ao meio de diferenciação, a fosforilação de STAT-3 (um marcador de células-tronco) foi inibida de acordo com a concentração utilizada, enquanto a fosforilação de ERK e AKT foi estimulada. Quando um inibidor de ERK foi adicionado ao meio, a fosforilação de STAT-3 aumentou. Por outro lado, quando um inibidor de STAT-3 foi adicionado ao meio de cultura, a fosforilação de ERK aumentou. A inibição de ERK também impediu a diferenciação endotelial. Para confirmar esse resultado, shRNA MEK-1 SHED também falharam em expressar VEGFR-2 quando estimuladas. Além disso, scaffolds de fatias dentais foram semeadas com shRNA VEGFR-1 SHED ou shRNA controle e implantadas no subcutâneo de camundongos imunodeficientes. Após recuperados, um tecido muito semelhante à polpa dental foi formado no interior das fatias. No entanto, havia menos células CD-31 positivas nos vasos sanguíneos dos implantes semeados com VEGFR-1 shRNA SHED, sugerindo um papel do VEGFR-1 na formação de vasos sanguíneos. Em conclusão, o VEGFR-1 e a via de sinalização de ERK estão envolvidos no processo de diferenciação das SHED em células endoteliais. / Stem Cells from Exfoliated Deciduous Teeth (SHED) are a promising source of stem cells for regenerative therapy. It was already shown they can differentiate into endothelial cells, but the mechanisms involved in this process remain unclear. Therefore, the following study aimed to elucidate the molecular mechanisms related to endothelial differentiation of SHED. For this purpose, a culture media for endothelial cells (EGM-2MV), supplemented with 50ng/ml rhVEGF, was successfully used as stimuli for SHED to undergo endothelial differentiation in monolayer culture, as they expressed the endothelial markers VEGFR-2 and CD- 31. Moreover, when SHED were exposed to the differentiation medium, STAT-3 phosphorilation (a stemness marker) was inhibited while the ERK and AKT phosphorilation was stimulated. When an ERK inhibitor was added to the medium, the STAT-3 phosphorilation increased in a dependent concentration manner. On the other hand, when a STAT-3 inhibitor was added the ERK phosphorilation increased. The ERK inhibition also arrested endothelial differentiation. To confirm this results, shRNA MEK-1 SHED also failed to express VEGFR-2 when stimulated. Additionally, tooth slice scaffolds were seeded with shRNA VEGFR-1 SHED or shRNA control SHED and implanted, subcutaneously, into immunodeficient mice. After retrieved, a dental pulp-like tissue had been formed inside the tooth slice. However, there were fewer CD-31 positive blood vessels in the shRNA VEGFR-1 implants suggesting a role of VEGFR-1 in the formation of blood vessels by SHED. In conclusion, the VEGFR-1 and ERK pathway are involved in the process of differentiation of SHED into endothelial cells.

As células-tronco provenientes da polpa de dentes decíduos esfoliados (SHED) são uma fonte promissora de células-tronco para a terapia regenerativa. Já foi demonstrado que elas podem se diferenciar em células endoteliais, mas os mecanismos envolvidos nesse processo ainda são desconhecidos. Dessa forma, o presente estudo teve como objetivo elucidar os mecanismos moleculares relacionados à diferenciação endotelial dessas células. Para isso, um meio de cultura para células endoteliais (EGM-2MV), suplementado por 50ng/mL rhVEGF, foi utilizado com sucesso como estímulo para as SHED se diferenciarem em células endoteliais em cultura de monocamada. Uma vez que, elas expressaram os marcadores endoteliais VEGFR-2 e CD-31. Além disso, quando as SHED foram expostas ao meio de diferenciação, a fosforilação de STAT-3 (um marcador de células-tronco) foi inibida de acordo com a concentração utilizada, enquanto a fosforilação de ERK e AKT foi estimulada. Quando um inibidor de ERK foi adicionado ao meio, a fosforilação de STAT-3 aumentou. Por outro lado, quando um inibidor de STAT-3 foi adicionado ao meio de cultura, a fosforilação de ERK aumentou. A inibição de ERK também impediu a diferenciação endotelial. Para confirmar esse resultado, shRNA MEK-1 SHED também falharam em expressar VEGFR-2 quando estimuladas. Além disso, scaffolds de fatias dentais foram semeadas com shRNA VEGFR-1 SHED ou shRNA controle e implantadas no subcutâneo de camundongos imunodeficientes. Após recuperados, um tecido muito semelhante à polpa dental foi formado no interior das fatias. No entanto, havia menos células CD-31 positivas nos vasos sanguíneos dos implantes semeados com VEGFR-1 shRNA SHED, sugerindo um papel do VEGFR-1 na formação de vasos sanguíneos. Em conclusão, o VEGFR-1 e a via de sinalização de ERK estão envolvidos no processo de diferenciação das SHED em células endoteliais. / Stem Cells from Exfoliated Deciduous Teeth (SHED) are a promising source of stem cells for regenerative therapy. It was already shown they can differentiate into endothelial cells, but the mechanisms involved in this process remain unclear. Therefore, the following study aimed to elucidate the molecular mechanisms related to endothelial differentiation of SHED. For this purpose, a culture media for endothelial cells (EGM-2MV), supplemented with 50ng/ml rhVEGF, was successfully used as stimuli for SHED to undergo endothelial differentiation in monolayer culture, as they expressed the endothelial markers VEGFR-2 and CD- 31. Moreover, when SHED were exposed to the differentiation medium, STAT-3 phosphorilation (a stemness marker) was inhibited while the ERK and AKT phosphorilation was stimulated. When an ERK inhibitor was added to the medium, the STAT-3 phosphorilation increased in a dependent concentration manner. On the other hand, when a STAT-3 inhibitor was added the ERK phosphorilation increased. The ERK inhibition also arrested endothelial differentiation. To confirm this results, shRNA MEK-1 SHED also failed to express VEGFR-2 when stimulated. Additionally, tooth slice scaffolds were seeded with shRNA VEGFR-1 SHED or shRNA control SHED and implanted, subcutaneously, into immunodeficient mice. After retrieved, a dental pulp-like tissue had been formed inside the tooth slice. However, there were fewer CD-31 positive blood vessels in the shRNA VEGFR-1 implants suggesting a role of VEGFR-1 in the formation of blood vessels by SHED. In conclusion, the VEGFR-1 and ERK pathway are involved in the process of differentiation of SHED into endothelial cells.

A polpa do dente contém uma população de células-tronco multipotentes, que possuem a capacidade de se diferenciar em várias linhagens celulares distintas, in vitro e in vivo. Estas células possuem origem mesenquimal e, acredita-se que sejam derivadas da crista neural. Elas podem ser induzidas a se diferenciar em células de osso, cartilagem, músculo liso e esquelético. Há trabalhos também que descrevem a diferenciação neural destas células, com base principalmente em caracterizações morfológica e protéica. Contudo, um número crescente de dados sugere que a diferenciação neural de células de origem mesenquimal, pode, na verdade, ser um artefato de cultura. Neste contexto, se torna de grande importância introduzir nos estudos medidas de eletrofisiologia que possam confirmar a identidade neural destas células. Nosso objetivo foi isolar e caracterizar células-tronco de polpa de dente decíduo humano (IDPSC), verificando se as mesmas poderiam configurar um bom modelo para estudo da diferenciação neural in vitro. No presente trabalho, nós descrevemos uma população de IDPSCs indiferenciadas capazes de se diferenciar em adipócitos e osteócitos in vitro. Quando tratadas com ácido retinóico as IDPSC exibiram morfologia semelhante à de células neurais, além de apresentar expressão de proteínas neurais e disparar potencial de ação. Porém, curiosamente, as células sem tratamento também expressam esses marcadores e apresentam resposta eletrofisiológica, limitando a interpretação acerca do valor que o tratamento teria na promoção da diferenciação neural e, conseqüentemente, restringindo a utilização das mesmas como modelo de estudo da diferenciação neural in vitro. Apesar de a questão acerca da capacidade das IDPSCs em se diferenciar para neurônios permanecer não respondida, as IDPSCs foram capazes de direcionar a diferenciação neural de células-tronco embrionárias em ensaios de co-cultura. Estes resultados reforçam trabalhos prévios que mostram que as células-tronco de polpa de dente podem ser boas candidatas para terapia celular. / Post-natal stem cells have been isolated from a multiple source of tissues, as bone marrow, brain, skin, hair follicle and muscle. Many works have shown that these cells exhibit plasticity higher than the first believed and are able to transdifferentiate into cells from other germ layer origin. From dental pulp tissue is possible to isolate a population of multipotent stem cell which have mesenchymal origin and are supposed to be derived from neural crest. They can be induced to differentiate into mesodermal cell types, like chondrocyte, osteocyte and adipocyte. It has been also reported that they are able to transdifferentiate into neural cells. However, increasing data suggests that neural transdifferentiation of cells from mesenchymal origin, actually, may be an artifact of culture, due to cellular stress, for example. In front of this, it becomes of great importance to show that the expected differentiated cells exhibit functional responses, by the investigation of electrophysiological properties. Here we describe a population of undifferentiated human dental pulp stem cell that can be induced to differentiate into adipocytes and osteocytes in vitro. When treated with retinoic acid they showed neural cell like morphology, expressed neural markers and were able to fire action potentials. However, curiously, undifferentiated cells also exhibited the same responses, limiting the interpretation of neural treatment effect and, therefore, restricting the use of IDPSCs as a model for neural differentiation in vitro. Although the question of whether or not DPSC are able to become a neuron remains unsolved, these cells were able to direct neural differentiation of embryonic stem cells in co-culture assays. These findings in conjunction with previous works which shows DPSCs can exercise neuroprotective and neurotrophic effects indicate they may be a feasible candidate for cellular therapy.

60 % of school children have some form of untreated tooth decay or have suffered trauma to the front teeth which results in pulp damage. If left untreated, these teeth are susceptible to premature fracture/loss under daily stresses. In cases of adolescent tooth loss, teenagers cannot get dental implants until after the growth spurts; their only option is using removable dentures which lowers their quality of life. Conventional endodontic treatment (root canal treatment) is used in cases of pulp necrosis, but cannot be performed in immature permanent teeth due to major differences in tooth anatomy. Currently the American Dental Academy has approved a procedure called Regenerative Endodontic Treatment (RET) for such cases, but the outcomes are still unpredictable and the method is largely unreliable. One issue that we are trying to address in this work is the regeneration of the pulp-dentin complex (PDC), specifically the interface. Endeavors in regenerating either pulp or dentin have been successful individually, but the interface region is the anatomical and physiologic hallmark of the PDC and has not been addressed. We have proposed a biomimetic scaffold to facilitate early stage stratification of these different tissues and allow recapitulation of their interface. Tissue engineering principles and biomaterial processing techniques were used simultaneously to encourage dental pulp stem cells into mineralize selectively only on one side. This effectively allows the scaffold to serve as the interface region between the hard dentin and the soft vascular pulp. / Bioengineering

O hidróxido de cálcio (HCa), o agregado de trióxido mineral (MTA) e o óleo-resina de copaíba (COP) isoladamente apresentam características biológicas do material de capeamento pulpar direto mais apropriado. Com o pressuposto que associados poderiam originar materiais mais apropriados para serem aplicados em capeamento pulpar direto, este estudo objetivou analisar in vitro proliferação, diferenciação e migração de células-tronco de polpa de dente decíduo humano esfoliado (SHEDs) em resposta a substâncias liberadas pelo COP isolado ou associado ao HCa ou ao MTA. Proliferação, diferenciação e migração de SHEDs (Linhagem PDH3) foram analisadas através do ensaio de redução do MTT; da atividade de fosfatase alcalina (ALP), formação de nódulos mineralizados pelo ensaio de Vermelho de Alizarina e expressão dos genes (BGLAP, DSPP, DMP1 e HSP-27) pelo qRT-PCR; e, do ensaio do Scratch, respectivamente. As células foram submetidas à ação de meios condicionados pelos biomateriais, de acordo com os seguintes grupos experimentais: COP isolado (COP); HCa isolado (HCa); HCa associado ao COP (HCa+COP); MTA isolado (MTA) e MTA associado ao COP (MTA+COP). Células crescidas em meio de cultura fresco serviram de controle. Os dados foram comparados utilizando ANOVA complementado pelo teste de Tukey (p 0,05). O grupo HCa apresentou número de células viáveis significativamente menor que o dos demais grupos, inclusive o do grupo HCa+COP (p<0,01) em todos os tempos experimentais. A atividade de ALP em 14 dias foi similar em todos os grupos experimentais. Em 21 dias, o grupo COP apresentou quantidade maior de mineralização que os demais grupos (p<0,01) e o grupo HCa+COP maior que o grupo HCa (p<0,01). O gene DMP1 não foi expresso pelas células em nenhum grupo experimental. O grupo COP apresentou as menores expressões dos genes BGLAP, DSPP e HSP-27. As SHEDs do grupo MTA+COP apresentaram superexpressão dos genes BGLAP, DSPP e HSP-27, e as do grupo HCa+COP superexpressão dos genes BGLAP e HSP-27. O grupo HCa foi o único que não apresentou células em migração em todos os tempos experimentais. Os demais grupos apresentaram migração similar à do grupo Controle, exceto o grupo MTA em 12 e 24 horas. As SHEDs dos grupos HCa+COP e MTA+COP migraram significativamente mais que as dos grupos HCa e MTA, respectivamente. O COP, isolado ou em associação aos demais biomateriais, não interfere na proliferação de SHEDs e quando associado ao HCa é capaz de anular a citotoxicidade deste biomaterial isolado. O COP, isoladamente ou em associação, não interfere na atividade de fosfatase alcalina. Isoladamente, o COP induz a maior diferenciação funcional e quando associado ao HCa melhora substancialmente a diferenciação induzida por este biomaterial isolado. Os biomateriais isolados ou associados não são capazes de induzir expressão de DMP1. O COP associado aos biomateriais induz superexpressão de genes relacionados à formação de matriz extracelular e de diferenciação odontoblástica. O COP isoladamente não interfere na migração celular e, quando associado ao HCa, anula por completo a inibição de migração causada por esse biomaterial isolado. Quando associado ao MTA, o COP aumenta a velocidade de migração das células em relação ao MTA isolado. Óleo-resina de copaíba (COP) promove proliferação, diferenciação e migração de células-tronco de polpa dental sendo uma proposta de um biomaterial para capeamento pulpar. / The calcium hydroxide (CaH), the mineral trioxide aggregate (MTA) and the oil-resin copaiba (COP) by themselves have biological characteristics of the ideal direct pulp capping material. With the assumption that when associated they could originate materials more appropriated for direct pulp capping, this study aimed to analyze the in vitro proliferation, differentiation and migration of stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHEDs) in response to substances leached from COP alone or associated with CaH or MTA. Proliferation, differentiation and migration of SHEDs (PDH3 lineage) were analyzed through the MTT reduction assay; alkaline phosphatase (ALP) activity, mineralized nodules formation using the Alizarin Red assay and gene expression (BGLAP, DSPP, DMP1 e HSP-27) using qRT-PCR; and the Scratch assay, respectively. The cells were submitted to the culture medium conditioned by the biomaterials according to the following experimental groups: COP alone (COP); CaH alone (CaH); CaH associated to COP (CaH+COP); MTA alone (MTA) and MTA associated to COP (MTA+COP). Cells grown in fresh culture medium served as control. Data were compared by ANOVA complemented by the Tukey´s test (p 0.05). The CaH group presented number of viable cells significantly smaller (p<0.01) than those of all other experimental groups, including the CaH+COP, during whole experimental time. The ALP activity in 14 days was similar in all experimental groups. In 21 days, the COP group presented the amount of mineralization higher (p<0.01) than those of all other groups. The gene DMP1 was not expressed by the cells in all experimental groups. The COP group presented the smallest expression (p<0.01) of BGLAP, DSPP and HSP-27 genes. The SHEDs of the MTA+COP group presented superexpression of the BGLAP, DSPP and HSP-27 genes, and in the CaH+COP group the cells superexpressed the BGLAP and HSP-27 genes. The CaH group was the only one where there was no cell migration during whole experiment. Migration of all other groups was similar to that of the control group, except by the MTA group in 12 and 24 hours. The CaH+COP and MTA+COP migrated significantly more than the CaH and MTA groups, respectively. COP, alone or in association to the other biomaterials, does not interfere with the proliferation of the SHEDs, and when associated to CaH is able to annul the cytotoxicity of the CaH alone. The COP, alone or in association to the other biomaterials, does not interfere with the ALP activity. The COP alone induces the highest functional differentiation of the SHEDs and when associated to the CaH substantively improves this differentiation. The biomaterials, alone or in association, are not able to induce the expression of the DMP1 gene. The COP associated to the biomaterials induces superexpression of the genes related to the extracellular matrix formation and odontoblastic differentiation. The COP alone does not interfere with the cell migration and, when associate to CaH, completely annuls the inhibition of migration caused by this material alone. When associated to MTA the COP increases the cell migration speed compared to the effect of the MTA alone. Oil-resin copaiba (COP) promotes proliferation, differentiation and migration of stem cells from dental pulp with a proposal for a biomaterial for pulp capping.

Uma potencial alternativa para o transplante de tecidos é a engenharia de tecidos. Células-tronco mesenquimais e scaffolds eletrofiados são comumente utilizados nesta área devido à capacidade multipotente de diferenciação destas células e à rede de poros interconectados destas estruturas fibrosas. Além disso, bioreatores de perfusão podem ser utilizados para melhorar o transporte de nutrientes e reduzir o acúmulo de metabolitos tóxicos. Neste contexto, uma maneira de estudar e otimizar o sistema de cultivo é utilizar técnicas de modelagem para descrever interações ou processos individuais envolvidos no crescimento celular. Deste modo, o objetivo geral deste estudo é realizar o cultivo de células-tronco mesenquimais da polpa de dente decíduo (DPSCs) utilizando scaffolds tridimensionais eletrofiados de policaprolactona (PCL), biorreatores e técnicas de modelagem. Inicialmente foram testadas diferentes misturas de solventes (clorofórmio e metanol), a fim de produzir scaffolds com poros adequados ao cultivo tridimensional. Os diâmetros de fibra e de poro foram determinados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O crescimento e o metabolismo das células foram avaliados através da determinação da atividade metabólica e das concentrações de glicose e lactato do meio de cultivo, e a infiltração celular foi observada com a marcação do núcleo celular. Depois de estabelecidos os parâmetros de eletrofiação, o efeito da perfusão direta no desprendimento de DPSCs de scaffolds eletrofiados de PCL foi estudado. A atividade metabólica das células foi determinada para diferentes tempos de adesão, vazões e densidades de semeadura, e a tensão de cisalhamento na parede do poro foi calculada para cada vazão. A morfologia das células foi avaliada através de imagens de microscopia confocal e MEV. Paralelamente, foram realizadas simulações utilizando o software OpenFOAM para estudar como os parâmetros e variáveis de entrada (concentração inicial de glicose, porosidade e espessura do scaffold) afetam as saídas (fração volumétrica de células e concentração de substrato) de um modelo de proliferação celular que considera a difusão e o consumo de glicose. As contribuições do teor de oxigêno na cinética de crescimento de Contois e da variação da porosidade com o tempo devido à degradação do polímero também foram avaliadas. Inicialmente, foi observado que apenas um tamanho de poro maior que o diâmetro da célula permitiu a infiltração das células no scaffold. Então, observou-se que o aumento do tempo de adesão acarretou em maior espalhamento das células e, assim como a diminuição da densidade de semeadura e da tensão de cisalhamento, resultou em uma redução do desprendimento das células sob perfusão. Quanto ao modelo fenomenológico, observou-se maior sensibilidade à concentração inicial de glicose e à porosidade do scaffold, e aos parâmetros adimensionais relacionados à proliferação e morte celular e ao consumo de nutrientes. Além disso, o número inicial de células apresentou maior impacto no transporte de massa do que no crescimento celular. Neste estudo, foi possível obter scaffolds eletrofiados e conduções de cultivo dinâmico adequadas ao cultivo tridimensional de DPSCs, e elucidar os efeitos da limitação do transporte de massa e do oxigênio no crescimento celular, e da degradação do polímero no transporte de massa. / A potential alternative to tissue transplant is tissue engineering. Mesenchymal stem cells and electrospun scaffolds are commonly used in this field due to the multipotent differentiation capacity of these cells and the interconnected pore network of these fibrous structures. In addition, perfusion bioreactors can be used to enhance nutrient transport and reduce the accumulation of toxic metabolites. In this context, one way to study and optimize the culture system is to use modeling techniques to describe interactions or individual processes involved in cell growth. Thus, the objective of this study is to perform the three-dimensional culture of mesenchymal stem cells of dental pulp (DPSCs) using electrospun polycaprolactone (PCL) scaffolds, bioreactors and modeling techniques. Initially, different solvent mixtures (chloroform and methanol) were tested to produce scaffolds with pores suitable to three-dimensional culture. Fiber and pore diameter was determined using a scanning electron microscope. Cell growth and metabolism were evaluated through the metabolic activity and the culture medium concentration of glucose and lactate, and the cell infiltration was observed with cell nuclei staining. After the establishment of the elesctrospinning parameters, the effect of direct perfusion on DPSCs detachment from PCL electrospun scaffolds was investigated. The metabolic activity of the cells was determined for different adhesion times, flow rates and seeding densities and the pore wall shear stress was calculated for each flow rate. The cell morphology was evaluated through scanning electron and confocal microscopy imaging. In parallel, simulations with the software OpenFOAM were performed to study how parameters and inputs (initial glucose concentration, porosity and thickness of the scaffold) affect the outputs (cell volume fraction and substrate concentration) of a model of cell proliferation and glucose diffusion and consumption. The contribution of the oxygen in the Contois growth kinetics and the porosity variation with time due to polymer degradation was also evaluated. Initially, it was observed that only a pore size higher than the cell diameter allowed the infiltration of the cells through the scaffold. Then, it was observed that a higher adhesion time leaded to higher cell spreading in static conditions and, similar to smaller seeding densities and shear stresses, reduced cell detachment under perfusion. Regarding the phenomenological model, it was observed that the model is more responsive to the initial glucose concentration and scaffold porosity, and to the dimensionless parameters related to cell proliferation, death and nutrient uptake. Furthermore, the initial cell number had a more significant impact on mass transport than on cell growth. In this study, it was possible to obtain an electrospun scaffold and dynamic culture conditions suitable for the three-dimensional culture of DPSCs, and to elucidate the effects of transport limitations and of oxygen on cell growth, and of polymer degradation on mass transport were elucidated.