Dental implants are designed to replace tooth loss, due to periodontal diseases, trauma or decay. Among the biomaterials used for this purpose, titanium and zirconia have been investigated for some years, with excellent mechanical properties and biocompatibility. Surface treatments such as anodizing, with the incorporation of Mg, Ca and P in the structure of the titanium oxide films, were used in order to increase tribocorrosion resistance and improve the osseointegration process. The cellular response to surfaces is mediated, among other factors, by the extracellular matrix (ECM) . However, very little is still known about the ECM proteomics during mineralization. Our objective was a longitudinal comparison of osteoblastic behavior on different materials, in terms of mineralization volume and actin cytoskeleton status, associated with the proteomic analysis of the extracellular matrix. The three types of biomaterial surfaces (pure titanium, anodized titanium and zirconia) were imaged by confocal 3D microscopy and analyzed in terms of roughness. MC3T3 cells were cultivated on the biomaterials for 7, 14 and 21 days, with osteogenic medium containing calcein. The cells were then fixed, stained with Rhodamine phalloidin and DAPI, and imaged by confocal laser scanning microscopy. The quantification of mineralization and actin cytoskeleton was performed by a novel technique, based on the acquired 3D images. For the proteomic analysis, the specimens were washed, decellularized and the ECM was collected in buffer solution. The anodized titanium surface is more porous when compared to that of cp-Ti and zirconia, and superior mineralization was obtained over it after 21 days of culture. The actin microtubular volume was increased on the three materials on the first 14 days, but on the 21th day there was a reduction over anodized titanium and zirconia, related to mineralization phase.. Conclusion: The greater mineralization obtained over anodized titanium after 21 days demonstrated an improved response provided by the surface modification. The innovative volume quantification technique adopted was useful in providing information about the cellular status and biomaterial performance. Alpha-1_4 glucan phosphorylase and Glycogen phosphorylase brain form were down-regulated on zirconia after 7 and 14 days of culture, and up-regulated on Anod Ti on the 7th day, suggesting the influence of material surface roughness and chemical composition on energy metabolism. Proteins related to bone development, like TGF-3, were found exclusively on cp-Ti on the 21st day. The small number of identified proteins demonstrates that the chosen decellularization process was effective at reducing the proteome dataset. Altogether, our results reveal new insights regarding osseointegration and how material surfaces affect this process. / Implantes dentários são projetados para substituir a perda de dentes, que pode ser causada por doenças periodontais, traumas ou cáries. Entre os biomateriais utilizados para este fim, titânio e zircônia têm sido investigados durante alguns anos, com excelentes propriedades mecânicas e biocompatibilidade. Tratamentos de superfície como a anodização, com a incorporação de Mg, Ca e P na estrutura dos filmes de óxido de titânio, foram utilizados a fim de aumentar a resistência à tribocorrosão e melhorar o processo de osseointegração. A resposta celular às superfícies é mediada, entre outros fatores, pela matriz extracelular (ECM). No entanto, muito pouco ainda é conhecido sobre a proteômica da matriz óssea durante a mineralização. Nosso objetivo foi a comparação longitudinal do desempenho de osteoblastos em diferentes materiais em termos do volume da mineralização e do status do citoesqueleto de actina, associada à análise proteômica da matriz extracelular. Imagens dos três tipos de superfícies de biomateriais (titânio puro, titânio anodizado e zircônia) foram adquiridas por microscopia confocal 3D e analisadas em termos de rugosidade. Células MC3T3 foram cultivadas na superfície dos biomateriais durante 7, 14 e 21 dias, com meio osteogênico contendo calceína. As células foram então fixadas, coradas com faloidina-rodamina e DAPI, e levadas ao microscópio confocal de varredura a laser. A quantificação da mineralização e do citoesqueleto de actina foi feita por uma nova técnica, baseada em imagens 3D. Para a análise proteômica, os espécimes foram lavados, descelularizados e a matriz extracelular foi coletada em solução tampão. A superfície de titânio anodizado é mais porosa quando comparada com a de cp-Ti e zirconia e apresentou mineralização superior após 21 dias de cultura. O volume dos microtúbulos de actina foi aumentado sobre os três materiais nos primeiros 14 dias, mas no 21º dia houve uma redução relacionada ao aumento da mineralização sobre o titânio anodizado e zirconia. Conclusão: a mineralização superior obtida sobre o titânio anodizado após 21 dias de cultura demonstrou a melhoria provocada pela modificação de superfície. A nova técnica adotada para a quantificação do volume foi útil para fornecer informações sobre o status celular e o desempenho dos biomateriais. Alpha-1_4 glucano fosforilase e glicogênio fosforilase forma cerebral foram sub-expressas sobre a zircônia após 7 e 14 dias de cultura e sobre-expressas sobre o titânio anodizado no 7º dia, sugerindo a influência da rugosidade e composição química da superfície dos materiais no metabolismo de energia. Algumas proteínas relacionadas com o desenvolvimento ósseo, como a TGF- 3, foram encontradas exclusivamente sobre o cp-Ti no 21º dia. A pequena quantidade de proteínas identificadas demonstra que o processo de descelularização adotado foi eficiente em reduzir o conjunto de dados da análise proteômica. Em suma, nossos resultados revelam novos detalhes sobre a osseointegração e como a superfície dos materiais podem afetar esse processo.

La trachée est une structure très complexe des voies respiratoires, qui est composée d'anneaux cartilagineux, fait de cartilage hyalin, et de bandes musculaires, formées de cellules musculaires lisses, dont l'architecture confère à la fois rigidité et souplesse au canal trachéen. Contrairement à d'autres cartilages, tels que ceux trouvés dans la plaque de croissance en développement et dans les articulations adultes, ou aux cellules musculaires lisses des vaisseaux, très peu d'informations sont disponibles sur le développement du cartilage et du tissu musculaire trachéal et sur leur capacité à se minéraliser, bien que la calcification de la trachée soit un événement commun dans la population âgée et plus rare dans certaines pathologies. Dans ce contexte, ce travail de thèse a cherché dans le modèle souris à mieux caractériser le cartilage et le tissu musculaire lisse de la trachée et également comprendre les mécanismes moléculaires jusqu'alors inexplorés, régulant la minéralisation de la trachée. Grâce à une nouvelle technique de culture de cellules provenant de la trachée, nous avons démontré que les chondrocytes et les cellules musculaires lisses trachéaux sont tous deux capables de minéraliser lorsqu'ils sont traités avec un haut niveau de Pi, mais via des mécanismes moléculaires différents. En parallèle, une étude in vivo nous a permis de démontrer que la minéralisation de la trachée se produit uniquement dans les anneaux cartilagineux dès 30 jours après la naissance. Des analyses histologiques et moléculaires ont permis d'affiner ces résultats et de proposer un modèle de minéralisation de la trachée via une progression rostro-caudale dépendante de BMP2 / The trachea is a very complex structure of the respiratory tract, composed of C-shaped cartilaginous rings, made of hyaline cartilage, and muscular bands, made of smooth muscle cells, conferring rigidity and compliance to the windpipe, respectively. In contrast to other intensely studied cartilages such as the ones found in the developing growth plate and in the adult joints or smooth muscle cells from the vasculature, very little information is available on the development of the tracheal cartilage and smooth muscle tissues and on their innate propensity to mineralize, although calcification of the trachea is a common finding in the elderly population and also a rare manifestation of pathologic conditions. In this context, this PhD work sought to better characterized the poorly studied tracheal cartilage and smooth muscle tissue and understand the molecular mechanisms regulating tracheal mineralization that has been unexplored so far. We tackle these questions in the mouse model. Setting up a novel in-vitro culture of tracheal cells, we demonstrated that tracheal chondrocytes and smooth muscles cells are prone to mineralize when treated with high level of Pi, through different molecular mechanisms. In parallel, we found that in vivo mineralization of the trachea only happens in the cartilaginous rings, as early as 30 days after birth. Histological and molecular evidence suggest that tracheal mineralization occurs through a BMP-dependent rostro-caudal progression

L'émail dentaire est la couche de tissu externe calcifié recouvrant la couronne de la dent; c’est la structure la plus minéralisée du corps humain. L'émail est synthétisé par l’améloblaste au cours du développement de la dent, mais cette population cellulaire dégénère et régresse totalement lorsque la dent devient fonctionnelle. L'émail mature est donc complètement dépourvu de cellules et de contenu protéique. L’amélogénine, la principale protéine de l’émail a la capacité de s’assembler en structures très organisées de type nanochaînes qui vont guider et réguler les cristaux d’hydroxyapatite de l’émail en formation. Le Leucine Rich Amelogenin Peptide (LRAP) est un produit de l'épissage alternatif du gène de l'amélogénine ; c’est un peptide court (56kDa), composée des séquences actives et N- et C-terminales de la protéine d’amélogénine complète. Dans ce travail, nous avons cherché à comprendre le rôle de LRAP dans l’amélogenèse. Nous avons montré 1) que LRAP présentait les mêmes propriétés d’auto-assemblage que la forme complète d’amélogénine et ses produits de clivage ; 2) que LRAP possédait les même propriétés de régulation des phosphates de calcium que la protéine complète ; et 3) que la conformation de la forme phosphorylée de LRAP était modifiée par une augmentation de la concentration de calcium dans le milieu environnant contrairement à la forme déphosphorylée de LRAP. Dans un second temps, nous avons étudié les propriétés de signalisation du peptide et confirmé nos résultats de minéralisation sur des modèles de culture de cellules de type améloblastique LS8 et ALC in vitro et sur un modèle de culture de germe de première molaire de souris ex vivo. Nous avons montré que la présence des deux formes de LRAP, active la cinétique de différenciation des cellules LS8 et ALC in vitro et favorise la formation de cristaux d’HAP organisés et allongés. Dans les germes en culture, la présence de LRAP(+P) dans un milieu minéralisant permet une augmentation de la densité et du volume de minéral formé alors que dans un milieu standard, il favorise la différenciation des germes. LRAP(-P) entraine en revanche, la synthèse par les améloblastes sécréteurs de longs et fins cristaux d’HAP bien organisés. Ce travail pourrait ouvrir de nouvelles stratégies de régénération des tissus de l'émail afin de traiter des altérations de la couche d'émail résultant de lésions carieuses à l’aide du LRAP(-P) ou de troubles génétiques comme l’amélogenèse imparfaite en utilisant plutôt le LRAP(+P). / Tooth enamel is the outer calcified layer covering the crown of the tooth; it is the most mineralized tissue of the human body. Enamel is synthesized by ameloblast during tooth development, but this cell population degenerates and regresses when the tooth becomes fully functional. The mature enamel is completely devoid of cells and protein content. The amelogenin, the main protein of the enamel has the ability to assemble into highly organized nanochains, which will guide and regulate the deposition of hydroxyapatite crystals during enamel formation. The Leucine Rich Amelogenin Peptide (LRAP) is a product of alternative splicing of the amelogenin gene; it is a short peptide (56kDa), composed of the active N- and C-terminal sequences of the complete amelogenin protein. The aim of this work is to understand is to understand the role of LRAP in enamel formation. We have shown 1) that LRAP presents the same self-assembling properties as the full-length form of amelogenin and its cleavage products; 2) that LRAP exhibits the same calcium phosphate regulating properties as the full-length protein; and 3) that the conformation of the phosphorylated form of LRAP was modified by increasing concentration of calcium in the surrounding medium unlike the dephosphorylated form of LRAP. In the second part of this work, we have studied the peptide signaling properties and confirmed our mineralization results on ameloblast lineage cell culture models (LS8 and ALC) in vitro and on mice first molar germ culture model ex vivo. We have shown that the presence of both forms of LRAP activate the kinetic of differentiation of LS8 and ALC cells in vitro, and results in the formation of organized elongated HAP crystals. In the germ culture experiments, addition of LRAP(+P) in a mineralizing medium induces an increase in the density and volume of the mineral formed whereas in the standard medium, it promotes differentiation of the germs. LRAP(-P) leads to the synthesis by secretory ameloblasts of well organized long and fine HAP crystals. This work may lead the way toward new strategies for enamel tissue regeneration in order to treat alterations in the enamel layer resulting from carious lesions with the LRAP(-P) or genetic disorders such as amelogenesis imperfecta using LRAP(+P).

O uso de microrganismos como promotores de crescimento vegetal tem se apresentado como uma alternativa promissora, sobretudo para a ciclagem de nutrientes, especialmente o fósforo. Dessa forma, objetivou-se avaliar o papel da diversidade microbiana na disponibilização do fósforo, oriundo de fontes de diferente solubilidade, para as plantas de milho no ambiente rizosférico. A hipótese é que quanto mais diverso for o microbioma da rizosfera e do solo, maior será a disponibilidade de fósforo para as plantas e por conseguinte melhor o seu desenvolvimento. O experimento foi instalado em casa de vegetação utilizando a metodologia de diluição para extinção. Foram estabelecidos três fontes de fósforo (superfosfato triplo, fitato de cálcio e fosfato de Araxá) em um gradiente de diversidade microbiana, correspondentes às diluições 10-1, 10-3, 10-6 e 10-9. Adicionalmente foi mantido um tratamento controle sem adição de fósforo (P) e todas as análises compreendiam o ambiente solo e rizosfera. O papel da diversidade microbiana frente a disponibilidade de P foi acessado por meio de metodologias dependentes de cultivo (BIOLOG) e metodologias independente de cultivo (qPCR e PCR-DGGE). As plantas adubadas com fosfato de Araxá apresentaram menor teor de P foliar e os sintomas mais severos de deficiencia de P (raquitismo e arroxeamento), sobretudo nas maiores diluições (menor diversidade). O percentual de P-lábil em relação ao P-total foi bastante variável entre as diluições dentro de cada fonte e ambiente avaliado. Entretanto, o tratamento adubado com fosfato de Araxá apresentou menor proporção de P-lábil (18-55%). Em relação ao gene phoD, no ambiente rizosfera as comunidades menos diversas apresentaram maiores números de cópia nos tratamentos, indicando que a abundância deste gene pode ter sido enriquecida nos tratamentos menos diversos. A atividade enzimática (principalmente para a fosfatase em pH 6,5) diminuiu frente a redução da diversidade da comunidade microbiana. A abundância do gene phoD e a atividade da fosfatase em pH 6,5 se relacionaram apenas no ambiente rizosférico. A estrutura e organização da comunidade bacteriana (gene rrs) e solubilizadora de fósforo (phoD) diferiram entre as diluições (R>0,75; p<0,05). Em relação ao perfil de consumo de fontes de carbono, as fontes avaliadas apresentaram perfis distintos entre si. Foi possivel observar que as fontes de fósforo foram mais atuantes do que o gradiente de diversidade no processo de disponibilidade de P para as plantas. Isso pode estar relacionado à redundância funcional da microbiota. / The use of microorganisms as promoters of plant growth has been presented as a promising alternative, especially for the cycling of nutrients, especially phosphorus. The objective of this study was to evaluate the role of microbial diversity in the availability of phosphorus from sources of different solubility for maize plants in the rhizospheric environment. The hypothesis is that as more diverse the rhizosphere and soil microbiome, the greater will be the availability of phosphorus to the plants and therefore better their development. The experiment was installed in a greenhouse using the dilution methodology for extinction. Three sources of phosphorus (triple superphosphate, calcium phytate and Araxá phosphate) were established in a microbial diversity gradient, corresponding to the dilutions 10-1, 10-3, 10-6 and 10-9. In addition, a control treatment was maintained without addition of P and all analyzes comprised the soil and rhizosphere environment. The role of microbial diversity against P availability was accessed through culture - dependent methodologies (BIOLOG) and independent culture methodologies (qPCR and DGGE). Araxá phosphate fertilized plants had lower leaf P content and P deficiency symptoms (rickets and purplishness), especially in the higher dilutions (lower diversity). The percentage of P-labile in relation to the P-total was quite variable between the dilutions within each source and evaluated environment. However, the Araxá phosphate fertilizer treatment had a lower proportion of P-labile (18-55%). In relation to the phoD gene, in the environment rhizospherein the less diverse communities presented higher copy numbers in the treatments, indicating that the abundance of the gene may have been enriched in the less diverse treatments. Enzymatic activity (mainly for phosphatase at pH 6.5) decreased as the diversity of microbial community decreased. The abundance of the phoD gene and phosphatase activity at pH 6.5 were related only in the rhizosphere environment. The structure and organization of the bacterial community (16S rRNA) and phosphorus solubilizer (phoD) differed at the dilutions (R> 0.75; p <0.05). The consumption of carbon source was variable in relation to evaluated treatments. It was possible to observe that the phosphorus sources were more active than the diversity gradient in the P availability process for the plants. This may be related to the functional redundancy of the microbiota.

A BiodentineTM, novo material composto principalmente de silicato tricálcio (Ca3SiO5), apresenta vantagens com relação ao MTA, como menor tempo de presa e uso como material restaurador temporário para esmalte e permanente para dentina. As diferenças no mecanismo de ação entre os dois materiais ainda não estão esclarecidas, assim, o objetivo deste estudo foi avaliar in vitro a viabilidade de células extraídas da polpa dental de humanos, bem como a expressão de diferentes marcadores da mineralização após o estímulo com BiodentineTM e MTA. Além disso, foi avaliada in vivo a expressão dos marcadores previamente observados após a realização de pulpotomia em dentes de cães. Nos experimentos in vitro foram utilizadas células da polpa dentária obtidas a partir de dentes extraídos por razões ortodônticas (n=6). As células foram plaqueadas na concentração de 1x105 células/poço e expostas aos materiais em diferentes concentrações (1:1, 1:10 e 1:100), por 24 e 48 horas. Ao fim dos períodos, foi realizado o Ensaio Colorimétrico MTT para verificação da viabilidade celular e o qRT-PCR para detecção de RNA mensageiro para osteopontina (SPP1), sialoproteína óssea (BSP), sialofosfoproteína dentinária (DSPP), fosfatase alcalina (ALP), proteína da matriz dentinária 1 (DMP1) e fator de transcrição relacionado ao Runt 2 (RUNX2). Os dados foram comparados por meio da análise de variância (ANOVA) de uma via seguido pelo pós-teste de Tukey ou Bonferroni (&alpha; = 0,05). Nos experimentos in vivo, foram utilizadas lâminas obtidas do banco de lâminas do Departamento de Clínica Infantil da Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto, nas quais foi realizada pulpotomia com MTA (n=35) e BiodentineTM (n=52) em dentes de cães. Foram realizados ensaios de imunoistoquímica para osteopontina (OPN) e fosfatase alcalina (ALP) sendo a intensidade da marcação descrita como suave, moderada e intensa. Além disso, foi realizada imunofluorescência indireta para o fator de transcrição Runx-2, na qual a porcentagem de células positivamente marcadas foi calculada pelo software Image J. Ambas as análises foram realizadas nas regiões de ponte de tecido mineralizado e tecido pulpar. Os grupos foram comparados por meio do teste exato de Fisher ou qui-quadrado ou por análise de variância (ANOVA) de uma via, seguido pelo pós-teste de Tukey (&alpha; = 0,05). No estudo in vitro, após 24 e 48 horas, a diluição 1:100 de ambos os materiais não afetou a viabilidade celular (p > 0,05) em relação ao controle. Após 48 horas, MTA e BiodentineTM induziram a expressão gênica de SPP1, ALP e RUNX2 em relação ao controle (p < 0,05). Já no estudo in vivo, na marcação da ponte de tecido mineralizado para OPN, o MTA apresentou marcações suaves em 29% dos casos e a BiodentineTM marcações suaves em 26%, moderadas em 43% e intensas em 22% (p < 0,0001). A ALP na ponte de tecido mineralizado mostrou marcações suaves para o MTA em 14% dos casos e para a BiodentineTM em 48% (p < 0,0001). A OPN no tecido pulpar radicular para o MTA apresentou 29% de marcação no terço cervical e 29% no médio, sem marcação no apical e para a BiodentineTM apresentou 52% de marcação no cervical, 26% no médio e 26% no apical (p < 0,0001). A marcação para ALP no tecido pulpar não apresentou diferença entre os materiais (p = 0,2). Não houve diferença no número de células positivamente marcadas pela imunofluorescência para Runx-2, entre os materiais estudados e o controle (p > 0,05). A BiodentineTM foi capaz de estimular marcadores da mineralização de forma semelhante ao MTA, porém mais intensamente, com maior formação de pontes de tecido mineralizado, o que poderia ser vantajoso a longo prazo nos casos de tratamentos endodônticos conservadores. / BiodentineTM, a new material composed mainly of tricalcium silicate (Ca3SiO5), shows advantages compared to the MTA, as such less setting time and use as temporary restoring material to enamel and permanent to dentine. Differences in action mechanisms between the two materials are not clarified yet, therefore, the aim of this study was to compare the cellular viability of dental pulp cells when in contact with BiodentineTM and MTA in addition to the mineralization markers expression induced by both, in vitro and in vivo. For the in vitro experiments, dental pulp cells obtained from teeth extracted for orthodontic reasons (n=6) were used. The cells were plated in a density of 1x105 cells/well and exposed to both materials in different concentrations (1:1, 1:10 and 1:100), obtained from serial dilution of an initial extract (1:1), for 24 and 48 hours. At the end of the periods, the Colorimetric MTT Assay was used for cellular viability verification and the qRT-PCR for messenger RNA detection of osteopontin (SPP1), bone sialoprotein (BSP), dentin sialophosphoprotein (DSPP), alkaline phosphatase (ALP), dentin matrix protein 1 (DMP1) and Runt-related transcription factor 2 (RUNX2) was performed. Data were compared through analysis of variance (one-way ANOVA) followed by the Tukeys or Bonferroni post-test (&alpha; = 0.05). For in vivo experiments, histological slides derived from teeth of dogs, on which it was performed pulpotomy with MTA (n=35) and BiodentineTM (n=52), were obtained from a slides bank of Departamento de Clínica Infantil da Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto. Immunohistochemistry for osteopontin (OPN) and alkaline phosphatase (ALP) were performed and the percentage of positively marked cells for the transcription factor Runx-2 by indirect immunofluorescence was calculated with the assistance of the software Image J. The groups were compared through the exact Fishers test or chi-square or analysis of variance (one-way ANOVA), followed by Tukeys post-test (&alpha; = 0.05). After 24 and 48 hours, the dilutions 1:100 of both materials did not affect the viability (p > 0.05) in comparison to control group. After 48 hours, MTA and BiodentineTM induced higher gene expression of SPP1, ALP and RUNX2 in comparison to control group (p < 0.05). In mineralized tissue bridge immunostaining for OPN, MTA showed mild staining in 29% of the cases and BiodentineTM mild staining in 26%, moderate staining in 43% and intense in 22% of the cases (p < 0.0001). Mineralized tissue bridge immunostaining for ALP showed mild staining for MTA in 14% of the cases and for BiodentineTM in 48% (p < 0.0001). The OPN immunostaining on radicular pulp tissue for MTA showed 29% of staining on cervical third, 29% on the middle third and no staining on the apical third, while BiodentineTM showed 52% stained on cervical third, 26% on the middle third, and 26% on the apical third (p < 0.0001). Immunostaining for ALP on the pulp tissue did not show difference between the two materials (p = 0.2). There was no difference in the number of positively marked cells by the immunofluorescence for RUNX-2, between the studied materials and the control group (p > 0.05). BiodentineTM was able to stimulate mineralization markers in a similar to MTA manner, but more intense, with greater formation of mineralized tissue bridges. These results indicate that BiodentineTM could be useful in long term in cases of conservative endodontic treatments.

Resumo: Na fabricação de gelatina, são gerados resíduos que, particularmente pela concentração de N, são de interesse para uso agrícola. Os objetivos com este trabalho foram verificar o potencial do lodo biológico de indústria de gelatina (LB) em fornecer nitrogênio para plantas de milho e avaliar a resposta das plantas de milho à aplicação do LB. O LB foi fornecido pela Gelita do Brasil, unidade de Mococa (SP). Ao todo, foram conduzidos seis experimentos: dois em laboratório, dois em casa de vegetação e dois em campo. Para os experimentos em laboratório e em casa de vegetação, foram coletadas amostras de Argissolo Vermelho do local onde foram instalados os experimentos de campo, em Mococa. No laboratório e na casa de vegetação, as doses de LB avaliadas foram equivalentes a 0; 100; 200; 300; 400 e 500 m3 ha-1. Com base nesses experimentos, concluiu-se que o carbono e o nitrogênio orgânico do lodo biológico de indústria de gelatina foram rapidamente mineralizados no solo, com tempo médio de meia-vida de 8,1 e 7,8 dias, respectivamente. Os métodos de incubação aeróbia e anaeróbia foram eficientes em prever a disponibilidade de nitrogênio do lodo biológico para plantas de milho e com base no primeiro foi determinada a taxa de aplicação do LB para os experimentos em campo (85 m3 ha-1). Em um dos experimentos em campo, foram avaliadas doses equivalentes a 0,5; 1,0; 1,5 e 2,0 vezes a taxa de aplicação do LB e foi obtido aumento linear na produtividade de grãos de milho safrinha. No outro experimento em condição de campo, em que a dose de N para milho safrinha foi de 50 kg ha-1 de N, associando NH4NO3 e LB, em diferentes proporções, a produtividade não foi afetada pela fonte de N. / Abstract: In the gelatin manufacturing process many wastes are generated and particularly by their N concentrations, these wastes can be used for agricultural purpose. The objectives of this study were to evaluate the potential of gelatin industry sludge (GIS) to provide nitrogen for maize plants and to evaluate the response of maize plants to GIS application. The GIS was supplied by Gelita do Brasil, subsidiary in Mococa (Sao Paulo State, Brazil). Six experiments were carried out: two in laboratory, two in greenhouse and two under field conditions. Kandiudult samples were collected from the area where the field experiments were installed, in Mococa, and these soil samples were used in laboratory and greenhouse studies. In laboratory and greenhouse the GIS rates evaluated were equivalent to 0; 100; 200; 300; 400 and 500 m3 ha-1. Based on these experiments it was concluded that organic carbon and nitrogen from GIS were rapidly mineralized in soil, with average half-life of 8.1 and 7.8 days, respectively. Long-term aerobic and anaerobic incubations were effective in predicting the nitrogen availability from GIS to maize plants and from aerobic incubation data it was determined the GIS application rate for field experiments (85.5 m3 ha-1). In one of the field study, rates equivalents to 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 times the GIS application rate were evaluated and it was obtained a linear increase in the out of season maize grain yield. In another field experiment, in which the recommended N rate for out of season maize was 50 kg ha-1 N, ammonium nitrate and GIS were associated in different proportions, maize grain yield was not affected by N source. / Orientador: Manoel Evaristo Ferreira / Coorientadora: Mara Cristina Pessôa da Cruz / Banca: William Natale / Banca: José Frederico Centurion / Banca: Dirceu Maximino Fernandes / Banca: José Ricardo Mantovani / Doutor

A BiodentineTM, novo material composto principalmente de silicato tricálcio (Ca3SiO5), apresenta vantagens com relação ao MTA, como menor tempo de presa e uso como material restaurador temporário para esmalte e permanente para dentina. As diferenças no mecanismo de ação entre os dois materiais ainda não estão esclarecidas, assim, o objetivo deste estudo foi avaliar in vitro a viabilidade de células extraídas da polpa dental de humanos, bem como a expressão de diferentes marcadores da mineralização após o estímulo com BiodentineTM e MTA. Além disso, foi avaliada in vivo a expressão dos marcadores previamente observados após a realização de pulpotomia em dentes de cães. Nos experimentos in vitro foram utilizadas células da polpa dentária obtidas a partir de dentes extraídos por razões ortodônticas (n=6). As células foram plaqueadas na concentração de 1x105 células/poço e expostas aos materiais em diferentes concentrações (1:1, 1:10 e 1:100), por 24 e 48 horas. Ao fim dos períodos, foi realizado o Ensaio Colorimétrico MTT para verificação da viabilidade celular e o qRT-PCR para detecção de RNA mensageiro para osteopontina (SPP1), sialoproteína óssea (BSP), sialofosfoproteína dentinária (DSPP), fosfatase alcalina (ALP), proteína da matriz dentinária 1 (DMP1) e fator de transcrição relacionado ao Runt 2 (RUNX2). Os dados foram comparados por meio da análise de variância (ANOVA) de uma via seguido pelo pós-teste de Tukey ou Bonferroni (&alpha; = 0,05). Nos experimentos in vivo, foram utilizadas lâminas obtidas do banco de lâminas do Departamento de Clínica Infantil da Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto, nas quais foi realizada pulpotomia com MTA (n=35) e BiodentineTM (n=52) em dentes de cães. Foram realizados ensaios de imunoistoquímica para osteopontina (OPN) e fosfatase alcalina (ALP) sendo a intensidade da marcação descrita como suave, moderada e intensa. Além disso, foi realizada imunofluorescência indireta para o fator de transcrição Runx-2, na qual a porcentagem de células positivamente marcadas foi calculada pelo software Image J. Ambas as análises foram realizadas nas regiões de ponte de tecido mineralizado e tecido pulpar. Os grupos foram comparados por meio do teste exato de Fisher ou qui-quadrado ou por análise de variância (ANOVA) de uma via, seguido pelo pós-teste de Tukey (&alpha; = 0,05). No estudo in vitro, após 24 e 48 horas, a diluição 1:100 de ambos os materiais não afetou a viabilidade celular (p > 0,05) em relação ao controle. Após 48 horas, MTA e BiodentineTM induziram a expressão gênica de SPP1, ALP e RUNX2 em relação ao controle (p < 0,05). Já no estudo in vivo, na marcação da ponte de tecido mineralizado para OPN, o MTA apresentou marcações suaves em 29% dos casos e a BiodentineTM marcações suaves em 26%, moderadas em 43% e intensas em 22% (p < 0,0001). A ALP na ponte de tecido mineralizado mostrou marcações suaves para o MTA em 14% dos casos e para a BiodentineTM em 48% (p < 0,0001). A OPN no tecido pulpar radicular para o MTA apresentou 29% de marcação no terço cervical e 29% no médio, sem marcação no apical e para a BiodentineTM apresentou 52% de marcação no cervical, 26% no médio e 26% no apical (p < 0,0001). A marcação para ALP no tecido pulpar não apresentou diferença entre os materiais (p = 0,2). Não houve diferença no número de células positivamente marcadas pela imunofluorescência para Runx-2, entre os materiais estudados e o controle (p > 0,05). A BiodentineTM foi capaz de estimular marcadores da mineralização de forma semelhante ao MTA, porém mais intensamente, com maior formação de pontes de tecido mineralizado, o que poderia ser vantajoso a longo prazo nos casos de tratamentos endodônticos conservadores. / BiodentineTM, a new material composed mainly of tricalcium silicate (Ca3SiO5), shows advantages compared to the MTA, as such less setting time and use as temporary restoring material to enamel and permanent to dentine. Differences in action mechanisms between the two materials are not clarified yet, therefore, the aim of this study was to compare the cellular viability of dental pulp cells when in contact with BiodentineTM and MTA in addition to the mineralization markers expression induced by both, in vitro and in vivo. For the in vitro experiments, dental pulp cells obtained from teeth extracted for orthodontic reasons (n=6) were used. The cells were plated in a density of 1x105 cells/well and exposed to both materials in different concentrations (1:1, 1:10 and 1:100), obtained from serial dilution of an initial extract (1:1), for 24 and 48 hours. At the end of the periods, the Colorimetric MTT Assay was used for cellular viability verification and the qRT-PCR for messenger RNA detection of osteopontin (SPP1), bone sialoprotein (BSP), dentin sialophosphoprotein (DSPP), alkaline phosphatase (ALP), dentin matrix protein 1 (DMP1) and Runt-related transcription factor 2 (RUNX2) was performed. Data were compared through analysis of variance (one-way ANOVA) followed by the Tukeys or Bonferroni post-test (&alpha; = 0.05). For in vivo experiments, histological slides derived from teeth of dogs, on which it was performed pulpotomy with MTA (n=35) and BiodentineTM (n=52), were obtained from a slides bank of Departamento de Clínica Infantil da Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto. Immunohistochemistry for osteopontin (OPN) and alkaline phosphatase (ALP) were performed and the percentage of positively marked cells for the transcription factor Runx-2 by indirect immunofluorescence was calculated with the assistance of the software Image J. The groups were compared through the exact Fishers test or chi-square or analysis of variance (one-way ANOVA), followed by Tukeys post-test (&alpha; = 0.05). After 24 and 48 hours, the dilutions 1:100 of both materials did not affect the viability (p > 0.05) in comparison to control group. After 48 hours, MTA and BiodentineTM induced higher gene expression of SPP1, ALP and RUNX2 in comparison to control group (p < 0.05). In mineralized tissue bridge immunostaining for OPN, MTA showed mild staining in 29% of the cases and BiodentineTM mild staining in 26%, moderate staining in 43% and intense in 22% of the cases (p < 0.0001). Mineralized tissue bridge immunostaining for ALP showed mild staining for MTA in 14% of the cases and for BiodentineTM in 48% (p < 0.0001). The OPN immunostaining on radicular pulp tissue for MTA showed 29% of staining on cervical third, 29% on the middle third and no staining on the apical third, while BiodentineTM showed 52% stained on cervical third, 26% on the middle third, and 26% on the apical third (p < 0.0001). Immunostaining for ALP on the pulp tissue did not show difference between the two materials (p = 0.2). There was no difference in the number of positively marked cells by the immunofluorescence for RUNX-2, between the studied materials and the control group (p > 0.05). BiodentineTM was able to stimulate mineralization markers in a similar to MTA manner, but more intense, with greater formation of mineralized tissue bridges. These results indicate that BiodentineTM could be useful in long term in cases of conservative endodontic treatments.

Os isópodos terrestres possuem uma cutícula protetora que mantém a forma corporal, permite locomoção e comunicação com o ambiente e protege contra dessecação, infecção e predação. Assim como nos demais crustáceos, a cutícula é composta por uma matriz orgânica que é mineralizada com cálcio. A cutícula é uma estrutura versátil que reflete adaptações ambientais e a ampla distribuição geográfica do grupo. Dessa forma, a ultraestrutura e a composição da cutícula variam entre espécies. Isópodos terrestres fazem mudas frequentes ao longo da vida para crescer e/ou renovar receptores de superfície, o que resulta em reabsorção e deposição cuticular constante. Esse grupo apresenta muda bifásica e deposição de placas de cálcio nos esternitos anteriores antes da ecdise como estratégia para reciclar o cálcio corporal. Estudos relacionados à cutícula nesse grupo contemplam a ultraestrutura, a composição e a deposição bem como o efeito de alguns fatores ambientais na muda. No entanto, poucos estudos exploram as ligações entre ecomorfologia e história de vida. Essa tese visa explorar diversos aspectos relacionados à cutícula e a muda de duas espécies neotropicais de isópodos terrestres. Atlantoscia floridana e Balloniscus glaber foram usados como modelo uma vez que são frequentemente encontrados nas mesmas localidades e diferem em tipo ecomorfológico e estratégias ambientais. No Capítulo I, foram exploradas as estruturas de superfície e a ultraestrutura da cutícula das duas espécies a fim de ver como as diferenças encontradas podem ser relacionadas à história de vida de cada espécie, utilizando técnicas de microscopia. As espécies diferiram em tipo e disposição das estruturas de superfície bem como em espessura e proporção de camadas da cutícula. De maneira geral, as diferenças das estruturas de superfície estão relacionadas à seleção de microhabitat e nicho ecológico. Características cuticulares ajudam a explicar o hábito endógeno de B. glaber e epígeo de A. floridana enquanto que as diferenças em ultraestrutura são relacionadas a estratégias comportamentais e tolerância ambiental. No Capítulo II, o efeito do cálcio alimentar no ciclo de muda das espécies foi testado. Para isso, dieta experimental e análise estrutural da cutícula foram realizadas a fim de entender como diferentes concentrações de cálcio alimentar interferem na duração do ciclo de muda. Peculiaridades na ecdise em A. floridana refletem morfologia específica do animal. A duração da intramuda foi maior em B. glaber assim como a sobrevivência média nos tratamentos. A duração do ciclo de muda foi influenciada pela concentração de cálcio; uma tendência a menor duração do ciclo com o aumento da concentração de cálcio foi observada em B. glaber, enquanto em A. floridana a diferença encontrada foi apenas entre o controle sem cálcio e os demais tratamentos. Não houve efeito da dieta no grau de mineralização ou na ultraestrutura em B. glaber. Independentemente do tratamento, a maior taxa de mortalidade em laboratório parece estar relacionada com o próprio processo de ecdise, com mortalidade acumulada de 20% do início da ecdise até o início da pós-muda para ambas as espécies. No Capítulo III, a secreção da cutícula durante a pré- e pós-muda muda foi observada utilizando microscopia de transmissão. A deposição seguiu o padrão observado para outros isópodos. Entretanto, grânulos eletrondensos presentes no espaço ecdisial durante a pré-muda são provavelmente constituídos de cálcio, sugerindo a reciclagem de cálcio diretamente da cutícula velha para a nova no mesmo segmento. Esses grânulos são depositados nas escamas na nova epicutícula antes da ecdise, sugerindo a presença de cálcio na superfície cuticular das espécies. Além disso, regiões sem a ultraestrutura típica encontrada na pós-muda indicam que há modificação na exocutícula após a ecdise uma vez que a expansão e endurecimento da nova cutícula apenas após a ecdise. De maneira geral, esse trabalho não apenas trouxe novas informações sobre a estrutura cuticular de duas espécies neotropicias, mas também contribuiu para esclarecer conexões entre ecomorfologia e requerimentos biológicos de isópodos terrestres. / Terrestrial isopods have a protective cuticle that maintains body shape, allows locomotion, enables communication with the environment and protects them against desiccation, infection and predation. As in all crustaceans, their cuticle is composed of an organic matrix that is mineralized with calcium. The cuticle is highly versatile reflecting adaptations to environmental conditions and large geographical distribution of this group. Therefore, cuticle ultrastructure and composition vary among species. Terrestrial isopods molt frequently throughout their lives in order to grow and/or renew surface receptors, resulting in constant cuticular resorption and deposition. In this group, this dynamics of cuticle formation is affected by the biphasic molt and by the calcium deposition on sternal deposits prior ecdysis, strategies to recycle body calcium. Studies related to cuticle on this group include ultrastructure, composition and deposition as well as effect of some environmental factors on molting. However, few studies explore connections of ecomorphology and life history of animals. This thesis aimed to explore various aspects of cuticle structure and molting using two Neotropical species of terrestrial isopods. Atlantoscia floridana and Balloniscus glaber were used as models since they are found in the same locations while differing in ecomorphology and behavioral strategies. In Chapter I, I explored the cuticle surface structures and ultrastructure of both species to see how their differences can be related to each species life history traits, using microscopy techniques. Species differed in surface structures type and disposition, as well as cuticle thickness and layer proportion. Overall, differences in surface structure are related to microhabitat selection and ecological niche. Cuticular features further explain the endogeic habit of B. glaber and epigeic habit of A. floridana, while differences in cuticle ultrastructure relate to behavioral strategies and environmental tolerance. Next, differences on molting cycle and environmental requirements were analyzed. In Chapter II, I tested the effects of dietary calcium on the molting cycle of both species. For that, artificial diet and structural analysis of the cuticle were used to understand how different concentrations of dietary calcium interfere with molt cycle duration. Peculiarities were observed during ecdysis in A. floridana and reflect to specific morphology of the species. Intramolt duration was longer for B. glaber as well as overall survivorship in treatments. Cycle duration was influenced by calcium concentration; a trend of shorter molt cycle length with increasing calcium concentration was observed for B. glaber, while in A. floridana, only difference between control without calcium and other treatments was observed. Degree of mineralization and cuticle ultrastructure of B. glaber showed no difference between treatments. Regardless of treatment or species, higher mortality rate under lab conditions seems to be related to the process of ecdysis itself, with cumulative mortality of 20% from the beginning of ecdysis until the beginning of postmolt. In Chapter III, I used transmission electron microscopy to analyze cuticle secretion in both species during pre- and postmolt stages. Cuticle deposition during premolt followed the same pattern as other terrestrial isopods. Nonetheless, electron dense granules present on the ecdysial space during premolt are likely calcium granules, suggesting the recycling of calcium within the same segment. These granules are deposited on the scales of the new epicuticle prior ecdysis, suggesting the presence of calcium on the cuticular surface of both species. Moreover, regions without typical lamellate ultrastructure during postmolt indicate modification of the exocuticle after ecdysis since expansion and hardening must occur after ecdysis. Overall, this work not only added information on cuticular structure of two Neotropical species but also clarified connections between ecomorphology and biological requirements of terrestrial isopods.

Orientador: Mara Cristina Pessôa da Cruz / Banca: Manoel Evaristo Ferreira / Banca: Dirceu Maximino Fernandes / Resumo: O impacto dos resíduos orgânicos agroindustriais no ambiente pode ser reduzido pelo seu uso agrícola e, do ponto de vista da fertilidade do solo, o que se deseja com a aplicação dos resíduos é aumentar o teor de matéria orgânica do solo e fornecer nutrientes para as plantas. Com este trabalho objetivou-se avaliar o efeito do lodo biológico de indústria de gelatina em atributos químicos de dois Argissolos Vermelho-Amarelos (PVA-1, arenoso e PVA-2, textura média) e de um Latossolo Vermelho (LV, argiloso) e determinar as frações de mineralização do carbono e do nitrogênio no PVA-2. Todos os experimentos foram conduzidos em condições de laboratório, em delineamento experimental inteiramente casualizado, com seis doses de lodo (0; 100; 200; 300; 400 e 500 m3 ha-1) e três repetições. Após 120 dias de incubação, o lodo biológico aumentou o valor de pH, a CTC efetiva, os teores de P, Ca, Mg, Na e N-inorgânico, diminuiu os teores de Al e H+Al e não alterou os teores de matéria orgânica dos solos. O aumento nos teores de Ca, Mg e Na foi cerca de três vezes maior do que o da CTC efetiva, o que indica que a maior parte do aumento é devido ao acúmulo de sais em solução e, por isso, há potencial para perdas por lixiviação. A fração de mineralização do carbono foi superior a 100%, indicando efeito "priming", ao final de 193 dias de incubação. A fração de mineralização do nitrogênio em 126 dias foi superior a 74% e a meia vida média foi de 8,7 dias, indicando que o N do resíduo é rapidamente disponibilizado para as plantas / Abstract: The impact of agro-industrial organic wastes in the environment can be reduced by its use in agricultural systems and from the point of view of soil fertility increasing the soil organic matter content and providing nutrients to the plants are desirable. The objective of this study was to evaluate the effect of gelatin industry biological sludge in chemical attributes of two Ultisols (S1, sand and S2, loam) and a Oxisol (S3, clay) and to determine the carbon and nitrogen mineralization fractions in S2. The experiments were carried out under laboratory conditions, in a completely randomized design with six biological sludge rates (0, 100, 200, 300, 400 and 500 m3 ha-1) and three replicates. After 120 days of incubation, the biological sludge increased the value of pH, effective cation exchange capacity (ECEC), P, Ca, Mg, Na and inorganic N contents, decreased Al and H + Al contents, and did not affect organic matter content in soils. The increase in Ca, Mg and Na contents was about three times greater than the ECEC, indicating that most of this increase is due to salts accumulation in solution and therefore there is potential for leaching losses. Carbon mineralization fraction was greater than 100%, indicating "priming effect" at the end of 193 days of incubation. Nitrogen mineralization fraction in 126 days was greater than 74% and the half-life averaged was 8.7 days, indicating that the nitrogen in the biological sludge is readily available to the plants / Mestre

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.