O objetivo desse estudo foi investigar a participação de integrina &alpha;1&beta;1 e microRNAs (miRs) no potencial osteogênico de superfícies de titânio (Ti) com nanotopografia. Discos de Ti previamente polidos foram tratados quimicamente com H2SO4/H2O2 para obtenção de nanotopografia, que foi observada por microscopia eletrônica de varredura. Para o estudo da participação da integrina &alpha;1&beta;1, células-tronco mesenquimais (CTMs) de ratos foram cultivadas em condições osteogênicas e não osteogênicas sobre superfícies de Ti com nanotopografia e sem tratamento químico (controle). O resultados mostraram que a nanotopografia de Ti aumentou a proliferação celular, a atividade de fosfatase alcalina (Alp) e regulou positivamente a expressão gênica de marcadores da diferenciação osteoblástica em CTMs cultivadas tanto em condições osteogênicas quanto em condições não osteogênicas. Além disso, uma maior expressão gênica para as integrinas &alpha;1 e &beta;1 foi observada em culturas crescidas sobre nanotopografia em condições não osteogênicas em relação ao Ti controle. O uso de obtustatina, um inibidor de integrina &alpha;1&beta;1, reduziu os efeitos da nanotopografia sobre os marcadores osteoblásticos, indicando a participação da via de sinalização dessa integrina nos efeitos da nanotopografia sobre CTMs. Para investigar a participação de miRs no efeito osseoindutor da nanotopografia de Ti, foram utilizadas CTMs humanas e células préosteoblásticas de camundongos da linhagem MC3T3-E1. A análise em larga escala da expressão de miRs revelou que 60 miRs foram regulados positivamente (no mínimo, 2x maior), enquanto 58 miRs foram regulados negativamente (no mínimo, 2x menor) em CTMs crescidas sobre a nanotopografia. Três desses miRs, miR-4448, -4708 e -4773, cuja expressão foi significativamente reduzida pela nanotopografia de Ti (no mínimo, 5x menor), afetaram a diferenciação osteoblástica de CTMs. Esses miRs atuam diretamente sobre SMAD1 e SMAD4, proteínas transdutoras da sinalização da proteína óssea morfogenética 2 (Bmp-2), conhecida por sua capacidade osseoindutora. Além disso, verificou-se que a sobreexpressão de miR-4448, -4708 e -4773 em células pré-osteoblásticas MC3T3-E1 inibiu a expressão gênica e proteica de SMAD1 e SMAD4 e, consequentemente, a expressão gênica de marcadores ósseos. Esses dados sugerem a influência do circuito miR-SMAD-Bmp-2 sobre o efeito osseoindutor da nanotopografia. Conjuntamente, os achados do presente estudo mostraram que o efeito da nanotopografia de Ti sobre a diferenciação osteoblástica resulta de um mecanismo regulatório complexo, do qual fazem parte as vias de sinalização da integrina &alpha;1&beta;1 e da Bmp-2, com a participação de miRs. Esses resultados podem representar um avanço para o desenvolvimento de novas modificações de superfície, com o objetivo de acelerar e/ou melhorar o processo de osseointegração. / The aim of this study was to investigate the role of the &alpha;1&beta;1 integrin and microRNAs (miRs) on the osteogenic potential of titanium (Ti) with nanotopography. Polished Ti discs were chemically treated with H2SO4/H2O2 to generate nanotopography, which was observed under scanning electron microscopy. For the study related to the &alpha;1&beta;1 integrin, rat mesenchymal stem cells (MSCs) were cultured under osteogenic and non-osteogenic conditions on Ti with nanotopography and non-treated Ti discs (control). Nanotopography increased cell proliferation and alkaline phosphatase (Alp) activity and upregulated the gene expression of bone markers in cells cultured under osteogenic and non-osteogenic conditions. Furthermore, the gene expression of &alpha;1 and &beta;1 integrins was higher in cells cultured on nanotopography under non-osteogenic conditions compared with control. Obtustatin, an inhibitor of &alpha;1&beta;1 integrin, reduced the higher gene expression of the bone markers induced by nanotopography. These results indicate that &alpha;1&beta;1 integrin signaling pathway determines the osteoinductive effect of nanotopography on MSCs. The role of miRs in the osteogenic potential of Ti with nanotopography was evaluated using human MSCs and MC3T3-E1 mouse pre-osteoblastic cells. The miR sequencing analysis revealed that 60 miRs were upregulated (> 2 fold), while 58 miRs were downregulated (< 2 fold) in MSCs grown on nanotopography. Three miRs, miR-4448, -4708 and -4773, which were significantly downregulated (< 5 fold) by nanotopography, affected the osteoblast differentiation of MSCs. These miRs directly target SMAD1 and SMAD4, both key transducers of the bone morphogenetic protein 2 (Bmp-2) osteogenic signal, which were upregulated by nanotopography. Overexpression of miR-4448 - 4708 and 4773 in MC3T3-E1 cells noticeably inhibited gene and protein expression of SMAD1 and SMAD4 and by targeting them, these miRs repressed gene expression of key bone markers. These results suggest that a miR-SMAD-Bmp-2 circuit acts in the Ti nanotopography-mediated osteoblast differentiation. Taken together, our data showed that the osteoblast differentiation induced by Ti with nanotopography is governed by a complex regulatory network involving a crosstalk between &alpha;1&beta;1 integrin and Bmp-2 signaling pathways with participation of miRs.

Dados da literatura e do nosso grupo evidenciam que a desnutrição protéica compromete órgãos linfo-hematopoéticos e modifica a resposta imune. Sabendo que animais desnutridos apresentam hipoplasia severa de órgãos hematopoéticos e que o microambiente medular apresenta distintos moduladores que atuam sinergicamente para influenciar a sobrevivência, proliferação e o desenvolvimento das células hematopoéticas em todos os seus níveis de diferenciação, avaliamos em um modelo de desnutrição, alguns aspectos da complexa regulação do microambiente medular avaliando a expressão de fatores de transcrição envolvidos no processo de diferenciação da Célula Tronco Mesenquimal (CTM) e capacidade de produção de citocinas importantes para o controle da hematopoese. Camundongos Balb/C machos, adultos, adaptados em gaioleiros metabólicos foram separados nos grupos controles e desnutridos recebendo, respectivamente, ração normoprotéica (12% de proteínas) e hipoprotéicas (2% de proteínas). Após o grupo desnutrido perder cerca de 20% do peso inicial, os animais foram sacrificados para a avaliação nutricional e hematológica caracterizando a desnutrição. As células mesenquimais foram isoladas da medula óssea (MO) e caracterizadas imunofenotipicamente por citometria de fluxo mostrando populações de células em ambos os grupos com marcação positiva para CD90, CD271, Sca1, CD49e, CD13, baixa marcação para CD34 e negativa para CD14, CD45. Na quantificação de fatores de transcrição por Western Blot verificou-se que células mesenquimais medulares de animais desnutridos apresentaram maior expressão de PPAR&#947; e RUNX2, fato este que pode ser explicado, em parte, pelo remodelamento microambiental observado nesses animais. Sobrenadantes de células mesenquimais de animais desnutridos quantificados por Elisa apresentaram uma maior concentração de SCF e uma redução na concentração de G-CSF e GM-CSF. As alterações encontradas nos permitem concluir que a desnutrição compromete as células mesenquimais tanto no aspecto regulatório de fatores de transcrição, bem como na capacidade de produção de citocinas, contribuindo para o comprometimento do microambiente hematopoético e induzindo a falência medular comumente observada em situações de desnutrição protéica. / Data from literature and our group showed that protein malnutrition compromises lympho-hematopoietic organs and modifies the immune response. Knowing that malnourished animals show severe hypoplasia of hematopoietic organs and the bone marrow microenvironment has distinct modulators that act synergistically to influence survival, proliferation and development of hematopoietic cells in all levels of differentiation, we evaluated in a model of protein malnutrition, some aspects of the complex regulation of bone marrow microenvironment evaluating the expression of transcription factors involved in the differentiation of Mesenchymal Stem Cells, and the production capacity of cytokines which are important in the regulation of the hematopoiesis. BALB/c mice, males, adults adapted in metabolic cages were separated in two groups: control and malnourished groups receiving, respectively, normal protein diet (12% protein) and low protein (2% protein). After the malnourished group lost about 20% of initial weight, the animals were sacrificed and evaluated the nutrition status, as well as hematological parameters. Mesenchymal Stem Cells were isolated from bone marrow and immunophenotypically characterized by flow cytometry showing cells populations in both groups stained positive for CD90, CD271, Sca1, CD49e, CD13, low marking for CD34 and negative for CD14, CD45. In the measurement of transcription factors by Western Blot found that Mesenchymal Cells of bone marrow malnourished animals showed higher expression of RUNX2 and PPAR&#947;. This fact can be explained, in part, by microenvironmental remodeling observed in these animals. Mesenchymal stem cells supernatants of malnourished mice quantified by Elisa presented a higher concentration of SCF and a reduced concentration of G-CSF and GM-CSF. The alterations found in malnourished animals allow us to conclude that malnutrition commits Mesenchymal Stem Cells on the expression of transcription factors involved in the regulatory aspects of the differentiation process, as well as at the capacity of cytokine production, contributing to an impaired hematopoietic microenvironment and inducing the bone marrow failure commonly observed in protein malnutrition states.

Neste trabalho tentamos traçar quais seriam os efeitos funcionais e de expressão gênica de mutações patogênicas no gene TCOF1 em células não embrionárias. A partir do estabelecimento de culturas celulares oriundas de periósteo facial de quatro pacientes portadores da síndrome de Treacher Collins (STC), obtivemos populações celulares com mais de 95% de marcação positiva para antígenos que caracterizam células de origem mesenquimal. Demonstramos que as células-tronco mesenquimais e fibroblastos provenientes de pacientes com STC apresentaram redução da expressão de TCOF1 de aproximadamente 31% quando comparados aos controles. Tal redução se mostrou compatível com a diminuição da expressão dos transcritos portadores de mutação patogênica observada no seqüenciamento do cDNA dos pacientes. Portanto, estes resultados sugerem que há degradação do transcrito mutado, que muito possivelmente deve ser regulada pelo mecanismo de non-sense mediated mRNA decay (NMD) e corroboram o modelo de haploinsuficiência da Treacle. Como o pico de expressão do gene Tcof1 é detectado durante o estágio embrionário de formação das células da crista neural e embriões de camundongos Tcof1+/- apresentam redução da proliferação das células neuroepiteliais, testamos se haveria alteração da capacidade proliferativa de células mesenquimais adultas com mutações no TCOF1. A análise das taxas de crescimento das culturas celulares provenientes de pacientes com STC se mostrou semelhante aos controles normais, indicando que menores níveis de transcritos do gene não interferem na capacidade proliferativa celular. Além disso, avaliamos o potencial de diferenciação óssea in vitro, mostrando que menores níveis de TCOF1 também não parecem influenciar a capacidade de diferenciação celular. Apesar de ainda não termos identificado um fenótipo celular, a deficiência de TCOF1 em células não embrionárias resulta na alteração da expressão gênica, já que a análise da expressão genômica das culturas celulares identificou uma série de genes diferencialmente expressos. Ademais, genes de parada do ciclo celular e apoptose com expressão aumentada em células embrionárias de camundongo Tcof1+/- não apresentaram expressão aumentada nas células humanas com mutações patogênicas no TCOF1, sugerindo que a via da p53 não está ativa nestas células não embrionárias. Dentre os genes diferencialmente expressos encontrados, o aumento dos transcritos de DAXX nas células-tronco mesenquimais com mutações patogênicas no TCOF1 poderia modular as funções da p53 nessas células, constituindo um bom alvo de investigações futuras para a elucidação da função do TCOF1 em células não embrionárias. Os resultados obtidos sugerem que deficiência de TCOF1 em células mesenquimais leva à ativação de outras vias de sinalização, cujo efeito funcional é ainda desconhecido. Quais seriam as funções e em quais vias celulares o TCOF1 agiria, são questões a serem elucidadas a respeito do papel do gene na fase adulta. / In this work we tried to outline the effects of functional and gene expression of pathogenic mutations in the gene TCOF1 in non-embryonic cells. From the establishment of facial periosteum derived cell culture of four patients with Treacher Collins syndrome (TCS), we obtained cell populations that are more than 95% positive for mesenchymal origin characteristic antigens. We demonstrated that mesenchymal stem cells and fibroblasts from patients with TCS showed reduction of approximately 31% in the TCOF1 expression when compared to controls. This reduction was consistent with the decrease in the expression of transcripts carrying the pathogenic mutations observed when sequencing the cDNA of the patients. Therefore, these results suggest that degradation of the mutated transcript occurs and it may possibly be governed by the mechanism of non-sense mediated mRNA decay (NMD), thus corroborating the Treacle haploinsufficiency model. As the peak of TCOF1 gene expression is detected during the embryonic stage of the formation of neural crest cells and Tcof1+/- mice embryos had shown reduction of neuroepithelium cells proliferation rate, we tested if there is a change in proliferative capacity of adult mesenchymal cells with mutations in TCOF1. The analysis of the growth rate of TCS patients cells was similar to normal controls, indicating that lower levels of transcripts of the gene does not interfere with cellular proliferative capacity. Furthermore, we evaluated the bone differentiation potential of these cells in vitro, showing that lower levels of TCOF1 also seem does not influence cell differentiation ability. Although a cellular phenotype has not yet been identified, deficiency of TCOF1 in non-embryonic cells results in gene expression change, since genomic analysis of the expression of cell cultures identified a number of differentially expressed genes. Furthermore, arresting cell cycle and apoptosis related genes with increased expression in embryonic cells of Tcof1+/- mice showed no increased expression in human cells with pathogenic mutations in TCOF1 suggesting that the p53 pathway is not active in these non-embryonic cells. Among the differentially expressed genes found, the increase of DAXX transcripts in mesenchymal stem cells with pathogenic mutations in TCOF1 could modulate the function of p53 in these cells, providing a good target for future investigations to elucidate the function of TCOF1 in non-embryonic cells. The results suggest that deficiency of TCOF1 in mesenchymal cells leads to activation of other signaling pathways, whose functional effects are still unknown. The functions and cellular pathways in which the TCOF1 act, are issues yet to be elucidated concerning the role of the gene during adulthood.

Estudos com células tronco (CT) têm despertado grande interesse devido ao seu promissor potencial terapêutico. Neste contexto, as CT mesenquimais (CTm) representam uma alternativa para o tratamento de diversas patologias em diferentes órgãos, inclusive o rim e as glomerulopatias que o acometem. As doenças glomerulares constituem uma freqüente causa de doença renal crônica e se caracterizam por apresentar proteinúria. Neste processo, os podócitos são células que apresentam um papel crucial, sendo que as podocitopatias se associam com o aparecimento de proteinúria e desenvolvimento de esclerose glomerular. A obtenção de um modelo de podocitopatia através da administração de aminonucleosídeo de puromicina (PAN), permite a melhor compreensão dessas células altamente diferenciadas que não possuem potencial de proliferação ou regeneração. O presente projeto teve como objetivo estabelecer o modelo experimental de nefropatia crônica induzida por PAN associado à nefrectomia unilateral (UniNx) para induzir lesões glomerulares mais exuberantes e, neste modelo experimental, avaliar o efeito da infusão de CTm derivadas da medula óssea. Ratos Wistar (n=52) foram divididos em três grupos: Controle (UniNx), PAN (PAN+UniNx) e PAN+CTm (PAN+UniNx+CTm). As CTm foram inoculadas na região subcapsular renal no dia 0 e os animais foram sacrificados após 30 e 60 dias. O efeito da infusão das CTm no tecido renal foi avaliado através de parâmetros clínicos e laboratoriais, além de análise histológica, imunohistoquímica, microscopia eletrônica e PCR em tempo real. Paralelamente, o projeto analisou a diferenciação in vitro de CTm em podócitos através do estímulo com colágeno tipo IV e através de cocultura de glomérulos isolados de ratos com CTm. A diferenciação celular das CTm foi analisada por citometria de fluxo, imunocitoquímica e PCR em tempo real para genes de proteínas podocitárias. No modelo in vivo foi possível observar a presença de CTm até 15 dias após a inoculação na região subcapsular renal. As CTm foram capazes de diminuir significativamente a proteinúria e a albuminúria com 30 e 60 dias, assim como a pressão arterial aos 60 dias. Não houve diferença nos valores de creatinina, uréia sérica, glomeruloesclerose e fibrose intersticial entre o grupo PAN e o grupo PAN+CTm. As CTm foram responsáveis pela diminuição significativa da fusão dos pedicelos à microscopia eletrônica, com melhora da expressão relativa de WT1 aos 60 dias e melhora parcial da expressão gênica de nefrina, podocina e sinaptopodina. A expressão proteica de WT1 também foi significativamente maior no grupo PAN+CTm em comparação ao grupo PAN. Além disso, houve melhora significante da expressão relativa de IL-4 e IL-10, e diminuição de IL-1? e TNF-? no grupo tratado. Ainda, as CTm promoveram aumento significativo da expressão gênica de VEGF aos 60 dias. Nos resultados in vitro não houve diferenciação das CTm em podócitos quando cultivadas com colágeno IV, assim como a cocultura com glomérulos não proporcionou alteração na expressão de marcadores de superfície das CTm. Concluímos que a terapia celular com CTm foi capaz de induzir proteção renal caracterizada por diminuição da proteinúria, da albuminúria e da pressão arterial, associado a menor fusão dos pedicelos, maior expressão gênica de proteínas podocitárias e de expressão celular de WT1. As citocinas inflamatórias IL-1?, TNF-?, IL-4 e IL-10, em conjunto com o VEGF, foram os possíveis mediadores responsáveis por estes resultados / Stem cells (SC) have emerged as a potential therapeutic approach for several diseases. In this context, the mesenchymal SC (mSC) are considered an alternative for the treatment of kidney diseases such as glomerulopathies. Glomerular diseases are an important cause of chronic kidney disease (CKD) and are characterized by proteinuria. In this process, the podocytes are cells that have a critical role, and the podocytopathies are associated with the onset of proteinuria and glomerular sclerosis. The achievement of a podocytopathy model through administration of puromycin (PAN) allows a better understanding of these highly differentiated cells which do not have the potential for proliferation or regeneration. The aim of the present study was to establish an experimental model of chronic nephropathy induced by PAN associated with unilateral nephrectomy (UniNx), to induce early and marked glomerular lesions and, in this experimental model, to evaluate the effect of bone marrow mSC infusion. Wistar rats (n=52) were randomly divided into three groups: Control (UniNx), PAN (PAN+UniNx) and PAN+mSC (PAN+UniNx+mSC). mSC were inoculated into the subcapsular renal region on day 0, and the animals were sacrificed after 30 and 60 days. The mSC infusion effects in renal tissue were evaluated by clinical and laboratory parameters, histology, immunohistochemistry, electron microscopy and real-time PCR. In parallel, we analyzed whether mSC could differentiate in vitro into podocytes through stimulation with collagen type IV or by means of co-culture of isolated rat glomeruli with mSC. The cell differentiation was analyzed by flow cytometry, immunocytochemistry and real-time PCR. In the in vivo model, mSC were detected until 15 days after inoculation in the renal subcapsular region. mSC were able to significantly reduce the proteinuria and albuminuria with 30 and 60 days, as well as blood pressure at 60 days. There was no difference in the values of creatinine, BUN, glomerulosclerosis and interstitial fibrosis between the groups PAN and PAN+mSC. The treated group showed lower effacement of foot process by electron microscopy, with significant improvement in the relative expression of WT1 in 60 days and partial improvement of nephrin, podocyn and synaptopodin. The WT1 protein expression was also significantly higher in the PAN+mSC group compared to the PAN group. In addition, mSC treatment significantly reduced gene expression of IL-1? and TNF-?, as well as increased the expression of IL-4 and IL-10. At 60 days mSC promoted significant increase of VEGF relative expression. In vitro results, mSC cultived with collagen type IV did not show differentiation to podocytes and the co-culture with glomeruli provided no change in expression of mSC surface markers. In conclusion, mSC therapy in the PAN model was able to induce renal protection characterized by the reduction of albuminuria, proteinuria and blood pressure, associated with a lower effacement of foot process, increased gene expression of podocytes proteins and cellular expression of WT1. Inflammatory cytokines IL-1?, TNF-?, IL-4 and IL-10 associated with VEGF were the probable mediators of these results, promoting podocyte protection

As células-tronco são definidas como células capazes de auto-renovação e diferenciação em células especializadas. Dentre as células-tronco adultas, as mesenquimais ocupam uma posição de destaque. São células multipotentes que podem originar células de origem mesodérmica, como osteoblastos, adipócitos e condrócitos. Além disso, vários estudos demonstraram que essas células também podem se diferenciar em células de origem extra-mesenquimal, como neurônios e hepatócitos, fenômeno este denominado plasticidade. Aspectos moleculares envolvidos com a plasticidade das células-tronco adultas, bem como durante o processo de comprometimento e diferenciação em células especializadas não estão completamente elucidados. Considera-se que as células-tronco expressam, embora em baixos níveis, uma gama diversa de genes relacionados aos diferentes destinos de diferenciação. Durante a diferenciação o repertório de genes expressos seria reduzido, acompanhado do aumento nos níveis de expressão de uma coleção menor de genes que orientariam a especialização celular. Para o presente estudo adotamos essa hipótese e elaboramos um sistema-modelo experimental no qual células-tronco mesenquimais de medula óssea humana foram induzidas in vitro à diferenciação em osteoblastos. As células-tronco mesenquimais foram obtidas de três doadores saudáveis de medula óssea e induzidas quimicamente à diferenciação em osteoblastos (meio -MEM acrescido de dexametasona, ácido ascórbico e - glicerofosfato) durante 24 h, 48 h, 7 dias e 21 dias. O RNA total foi extraído das culturas de células indiferenciadas (0h) e durante o processo de diferenciação (24 h, 48 h, 7 d e 21 d). Todo o processo de diferenciação foi monitorado com ensaios bioquímicos e por imunocitoquímica. Para avaliar a expressão gênica das célulastronco e durante o processo de diferenciação utilizamos a tecnologia dos cDNA microarrays. Os dados foram analisados com auxílio de programas de bioinformática especializados. Um banco público de dados de expressão gênica (GNF Symatlas) também foi consultado, o que nos auxiliou na interpretação dos dados. Sondas de cDNA fluorescentes (Cy3) oriundas das amostras de RNA foram hibridizadas com os cDNA microarrays (4.500 seqüências alvo). Um pool de cDNAs irrelevantes marcados com Cy5 foi usada como referência na hibridização. A expressão gênica diferencial durante a diferenciação foi analisada pelo método SAM (significance analysis of microarrays) (FDR < 5%). Os genes diferencialmente expressos foram classificados segundo sua representação tecidual de acordo com os valores de expressão obtidos do banco de dados GNF Symatlas. Além disso, foi avaliada por RT-PCR semiquantitativa, a expressão de genes relacionados à osteogênese (ALPL, osteocalcina, COL1A1, RUNX2 e osteopontina), e um marcador de adipócitos, PPARG. Observamos que as células-tronco mesenquimais no seu estado tronco expressam, em níveis similares, genes característicos das linhagens osteo e adipocítica. Entretanto, ao longo do comprometimento com a linhagem osteoblástica o número de genes modulados (reprimidos e induzidos) é crescente. Revelamos que nas fases iniciais da diferenciação osteoblástica in vitro os genes que representam células-tronco adultas foram reprimidos. Entretanto, com o avanço do comprometimento com a linhagem osteoblástica observamos que certos genes foram induzidos como, por exemplo, BMP1, SMAD7, IGFBP4, ITGA5, FN1, BGN, CDH8, GDF10 e SCARB2, todos relacionados à osteogênese. Nossos resultados são importantes para um melhor entendimento das bases genético-moleculares associadas ao potencial plástico e de diferenciação das células-tronco mesenquimais. / Stem cells (SC) are defined by their property of self-renewal and differentiation into specialized cells. The adult mesenchymal stem cells (MSC) correspond to a special type of them. MSC are multipotent and can differentiate into several cell types of mesodermal origin, including osteoblasts, adipocytes and condroblasts. Also, their capacity to differentiate into extra-mesenchymal cells, such as neurons and hepatocytes, was demonstrated and this phenomenon was termed plasticity. Nevertheless, the molecular basis of adult SC plasticity, as well during their commitment and differentiation into specialized cells isnt completely elucidated. It was hypothesized that SC express, although at low levels, many genes related to the differentiation cues that they could assume. According to this hypothesis, the repertory of genes is reduced during differentiation, at the same time that upregulating the expression of specialized genes, which characterize the future tissue. In this study, we adopted this hypothesis and to test it we used an in vitro osteogenic differentiation model-system. Mesenchymal stem cells were obtained from bone marrow of three healthy donors and induced to differentiate into osteoblasts in -MEM media supplemented with dexametasone, ascorbic acid and betaglycerol phosphate during 24 h, 48 h, 7 and 21 days. The differentiation process was monitored by biochemical and immunocytochemistry assays. The total RNA was obtained from undifferentiated (0 h) and differentiated cells. To evaluate gene expression during the differentiation, we used the cDNA microarray technology. Fluorescent Cy3 cDNA probes originated from SC RNA samples were hybridized with a cDNA microarray containing 4,500 target sequences. A pool of irrelevant cDNA was labeled with Cy5 and used as reference. The differential gene expression during differentiation was analyzed by SAM (Significance Analysis of Microarrays) method (FDR < 5%). The public gene expression database (GNF Symatlas) was used to annotate the tissue representation of the modulated genes. The expression of some specific genes related to osteogenesis (ALPL, osteocalcin, COL1A1, RUNX2 e osteopontin) and an adipocyte marker (PPARG) was evaluated by semiquantitative RT-PCR. It was observed that MSC in their stem state express, at similar levels, representative genes of the osteo and adipocyte lineages. However, during the osteoblastic differentiation process the number of modulated genes (repressed or induced) increased. It was observed that at early in vitro osteoblastic differentiation, adult SC characteristics genes were downregulated. Conversely, the osteoblastic commitment of these cells displayed upregulation of specific genes related to bone formation (BMP1, SMAD7, IGFBP4, ITGA5, FN1, BGN, CDH8, GDF10 and SCARB2). These results are important to provide a better understanding of the genetic and molecular basis of the plasticity and commitment phenomenon of adult MSC.

A osseointegração de implantes de titânio (Ti) é dependente da interação entre a superfície de Ti e células, a qual é modulada por diversas vias de sinalização intracelular. Sabe-se que as quinases reguladas por sinais extracelulares (ERKs), membros da família das proteínas quinases ativadas por mitógenos (MAPKs), atuam tanto na osteogênese, quanto na adipogênese e, portanto, podem estar envolvidas no processo de osseointegração de Ti. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo foi avaliar se a interação entre células-tronco mesenquimais (CTMs) e superfícies de Ti usinada e com nanotopografia é modulada, ao menos em parte, por ERK1/2 e o consequente efeito da inibição dessas ERKs na diferenciação osteoblástica e adipocítica. Para isso, CTMs derivadas de medula óssea de ratos foram cultivadas sobre discos de Ti usinados e com nanotopografia em condições osteogênicas e adipogênicas, na presença ou não do inibidor de ERK1/2, PD98059, em concentração previamente determinada (25 &mu;M) e foram avaliados parâmetros relacionados à diferenciação osteoblástica e adipocítica. Os resultados mostraram que a expressão gênica dos marcadores osteoblásticos RUNX2, osterix (OSX), fosfatase alcalina (ALP) e osteocalcina (OC) foi aumentada pela inibição da via de sinalização de ERK1/2 nas células crescidas sobre Ti usinado e apenas ALP e OC, naquelas crescidas sobre Ti com nanotopografia. A expressão proteica de RUNX2 foi discretamente maior nas células crescidas sobre Ti usinado, mas não sobre Ti com nanotopografia, quando ERK1/2 foram inibidas e essa inibição não afetou a formação de matriz extracelular mineralizada, independentemente da superfície de Ti avaliada. Com relação à diferenciação adipocítica, a inibição da via de sinalização de ERK1/2 aumentou a expressão gênica dos marcadores adipocíticos PPAR&gamma;, adiponectina (ADIPOQ) e proteína ligadora de ácido graxo do adipócito ( AP2) nas células crescidas sobre ambas as superfícies de Ti, com efeito mais acentuado na superfície usinada, sem afetar a formação de acúmulo lípidico. Em conclusão, os resultados mostraram que a inibição de ERK1/2 favoreceu a diferenciação osteoblástica de CTMs crescidas sobre a superfície de Ti usinada, mas não sobre Ti com nanotopografia. Além disso, a inibição de ERK1/2 favoreceu a diferenciação adipocítica de CTMs crescidas sobre as superfícies de Ti com nanotopografia e usinada, sendo o efeito mais acentuado na usinada. Considerando aplicações terapêuticas, esses resultados são relevantes para direcionar o desenvolvimento de superfícies de biomateriais que atuem em vias de sinalização que sabidamente modulam o processo de osteogênese. / Osseointegration of titanium (Ti) implants depends on interaction between Ti surface and cells, which is modulated by several intracellular signaling pathways. Extracellular signal-regulated kinases (ERKs) are members of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) family and act on both osteogenesis and adipogenesis and, therefore, may be involved in the process of Ti osseointegration. In this context, the aim of this study was to evaluate if the interaction between mesenchymal stem cells (MSCs) and Ti surfaces, either machined or with nanotopography, is modulated, at least in part, by ERK1/2 and the effect of ERK1/2 inhibition on osteoblast and adipocyte differentiation. Rat bone marrow MSCs were cultured on Ti discs either machined or with nanotopography under osteogenic and adipogenic conditions, in presence or not of the ERK1/2 inhibitor, PD98059, at a concentration previously determined (25 &mu;M) and it was evaluated parameters related to osteoblast and adipocyte differentiation. The results showed that gene expression of the bone markers RUNX2, osterix (OSX), alkaline phosphatase (ALP) and osteocalcin (OC) was increased by ERK1/2 signaling inhibition in cells grown on machined Ti and only ALP and OC in cells grown on Ti with nanotopography. RUNX2 protein expression was slightly higher in cells grown on machined Ti, but not on Ti with nanotopography, when ERK1/2 signaling was inhibited and such inhibition did not affect extracellular matrix mineralization, irrespective of the evaluated Ti surface. Regarding adipocyte differentiation, ERK1/2 signaling inhibition increased gene expression of the adipose tissue markers PPAR&gamma;, adiponectin (ADIPOQ) and adipocyte fatty acid-binding protein (AP2) in cells grown on both Ti surfaces, with more prominet effect on machined one, without affecting lipid accumulation. In conclusion, our results showed that ERK1/2 signaling inhibition favored osteoblast differentiation of MSCs grown on machined Ti, but not on Ti with nanotopography. In addition, ERK1/2 signaling inhibition favored adipocyte differentiation of MSCs grown on both Ti surfaces, being more noticeable on machined one. Considering therapeutical applications, these results are relevant to drive the development of biomaterial surfaces to act on signaling pathways that regulate the process of osteogenesis.

As Distrofias Musculares Progressivas constituem um grupo de doenças genéticas caracterizadas por uma degeneração progressiva e irreversível da musculatura esquelética. As diferentes abordagens terapêuticas propostas para esse grupo de doenças têm como enfoque restaurar a proteína muscular deficiente por meio da terapia celular ou terapia gênica, ou o tratamento dos sinais e sintomas patológicos do músculo pela administração de fármacos e/ou fatores de crescimento. A combinação de diferentes estratégias pode aumentar a eficiência do reparo muscular. Deste modo, este trabalho tem como objetivo principal avaliar o potencial terapêutico das célulastronco mesenquimais (MSCs) associadas ao fator de crescimento semelhante à insulina (IGF-1) para diferentes tipos de distrofias musculares. Inicialmente avaliamos o potencial miogênico de MSCs humanas de cordão umbilical in vitro. Nossos resultados demonstraram que os fatores solúveis liberados pelo músculo distrófico de camundongos mdx foram capazes de induzir a diferenciação miogênica terminal das células-tronco. Além disso, verificamos que o IGF-1, por si só, é capaz de promover a miogênese de MSCs, com mais eficiência que os protocolos de indução padrões. Ainda nos estudos in vitro, demonstramos que MSCs são capazes de interagir com células musculares de pacientes com Distrofia Muscular de Duchenne (DMD) e restaurar a expressão de distrofina, quando cultivadas em meios suplementados com IGF-1. Frente a estes resultados, prosseguimos com os estudos em modelos animais, in vivo, e demonstramos que as MSCs humanas de cordão umbilical e IGF-1, quando administrados conjuntamente por via sistêmica, são capazes de modular a inflamação, reduzir a fibrose, aumentar o reparo muscular e, consequentemente, promover uma melhora clínica significativa do músculo de camundongos LAMA2dy/2j - modelo murino de Distrofia Muscular Congênita. Cabe ressaltar que as células humanas não foram rejeitadas após administração sistêmica em modelos animais não imunossuprimidos. Esses resultados suportam o potencial uso combinado de MSCs de cordão umbilical humano e IGF-1 no tratamento de distrofias musculares. Contudo, a confirmação destes dados em um modelo animal de grande porte, como os modelos caninos de distrofia muscular, é de extrema importância visando o entendimento dos mecanismos envolvidos no reparo muscular e avaliação de eventuais efeitos adversos, o que pode representar um passo importante para o início dos testes clínicos em pacientes / Progressive muscular dystrophies are a clinically and genetically heterogeneous group of disorders caused by the deficiency or abnormal muscle proteins, resulting in progressive degeneration and loss of skeletal muscle function. Strategies for the development of a muscular dystrophy therapy have focused on the possibility of restoring the defective muscle protein by cell therapy or on delivery of growth factors to treat or ameliorate muscular pathology symptoms. Combining both strategies could be a very useful approach to enhance the efficiency of muscle repair. The aim of this study is to evaluate the therapeutic potential of human mesenchymal stem cells (MSCs) from umbilical cord tissue combined with IGF-1 for muscle regeneration. Firstly, we verified the myogenic potential of these cells in vitro. Our results demonstrated that the soluble factors released from mdx dystrophic muscle were able to promote the myogenic differentiation of MSCs. Moreover, we showed that IGF-1 is capable of enhancing considerably the myogenesis of human MSCs from UC in vitro. More interestingly, we showed that IGF-1 enhances the interaction of MSCs and DMD muscle cells in coculture and the restoration of dystrophin expression. Subsequently, our in vivo studies revealed that the association of IGF-1 and MSCs markedly reduced muscle inflammation and fibrosis, and significantly improved muscle strength in LAMA2dy/2j mice, a murine model for congenital muscular dystrophy. It is important to point out that human cells are not rejected even in xenotransplants without immunosuppression. In summary, our results suggest that a combinatorial strategy of both IGF-1 and MSCs could enhance the efficiency of muscle repair and, therefore, should be further tested as a potential therapeutic approach in muscular dystrophies. However it is important to repeat the experiments on canine dystrophic model (GRMD; Golden Retriever Muscular Dystrophy) - in order to enhance our knowledge about the mechanism involved in muscle repair and monitor any eventual long-term side effects, which could represent an important point to start the clinical trial in patients

Doctor of Philosophy / Department of Animal Sciences and Industry / Duane L. Davis / Intrauterine growth restriction (IUGR) affects all mammals. In the swine industry IUGR pigs result from intrauterine crowding. Prenatal programming in IUGR pigs has substantial effects on myogenesis and adipogenesis. Prenatal programming due to IUGR is also a problem in humans and long-term effects on adipogenesis are well established for small for gestational age (SGA) babies. Mesenchymal stem cells (MSCs) are the precursors for adipocytes. The umbilical cord contains a population of MSCs in Wharton’s jelly (WJ) and they can be harvested postnatally without ethical issues. Therefore, WJMSCs are proposed as models for studying prenatal programming of adipogenesis. We selected genes from studies of adipogenesis in humans and other species and examined their expression in pig WJ. We assigned pigs within litter as High, Medium, or Low birth weight and evaluated these categories for expression of Cox1, Cox2, EGR1, PPARɣ1, PPARɣ2, and Pref1. Differences due to size classification within litter were limited but there were correlations between weaning weight and delta cycle threshold (ΔCt) for EGR1 (r = 0.28; P < 0.009), PPARɣ1 (r = 0.29; P < 0.007), and PPARɣ2 (r = 0.30; P < 0.005). This may be consistent with the reports for SGA babies where EGR1 is upregulated by prenatal growth restriction. To gain insight into when during pregnancy IUGR affects WJ cells we collected umbilical cords at d 60 and d 95. In d 60 umbilical cords, small fetuses had increased (P = 0.06) Cox1 gene expression. We tested the ability of d 60 WJ cells to undergo adipogenic differentiation using standard protocols and a cycling protocol that exposed the cells to adipogenic differentiation conditions interposed with a rest phase with high insulin. It has been reported that the cycling protocol revealed increased glucose uptake in WJ cells from human SGA babies. We found that d 60 WJ cells did not show adipogenic differentiation in any of the protocols tested however glucose uptake correlated negatively with birth weight at Cycle 0 (P < 0.02; r = 0.61). In summary, pig WJ cells reveal some effects of IUGR but they appear to differ from the relationship demonstrated reported for human SGA babies. A new finding was that at midgestation pig WJ cells do not appear to be competent to complete adipogenesis. We also studied nursing managements to improve outcomes for IUGR pigs. Colostrum intake may be a problem, particularly for light weight pigs and those born later during farrowing. Split suckling is the removal of some pigs to allow others unrestricted nursing access. We temporarily removed the six heaviest pigs and this treatment increased gain and weight by d 7 of age. Colostrum intake was highest for the high birth weight pigs. When we temporarily removed the first half of the litter, colostrum intake was increased for the second half of litter born and the difference in immunocrit was reduced between the two litter halves.

The main function of mesenchymal stem cells in the body is to facilitate the restoration and regeneration of damaged tissues. They are known for the ability to differentiate into tissue originating from the mesoderm, which among others includes connective tissues. Due to this feature are MSCs being intensively examined. Different directions of differentiation can be induced by treatment of specific polypeptides, so called growth factors. In the field of tissue engineering are growth factors used to induce and accelerate the healing processes. They may be incorporated into the nanofiber carrier which is inserted into the site of injury. Cells in this area would thus be stimulated by surrounding 3D microenvironment. At the same time the scaffold provides a supply of growth factors which are able to affect metabolism, motility and differentiation of present cells. In order to induce osteogenic differentiation of human MSCs the following bioactive substances were used: TGF-β, bFGF, HGF, IGF-1, VEGF and the BMP-2 and the organic acid taurine. During 21 days lasting experiments, were these molecules added to the medium in various combinations and in the case of taurine also at two different concentrations. Cells were cultured on plastic. The best effect on cellular metabolism of MSCs, evaluated by MTS...

La sclérodermie systémique (ScS) est une maladie rare et incurable, caractérisée par une fibrose cutanée et la production d’auto-anticorps (maladie auto-immune). Le pronostic vital est engagé dans les formes diffuses et rapidement progressives de la maladie, responsables de fibrose pulmonaire. Par leurs propriétés immunomodulatrices et anti-fibrotiques, les cellules souches mésenchymateuses (CSM) constituent une approche prometteuse pour traiter la ScS. Ce travail a pour objectif d’évaluer le potentiel thérapeutique des CSM dans un modèle préclinique de forme diffuse de la maladie (d-ScS).Patients et Méthodes : Nous avons évalué l’effet de différentes modalités d’injections des CSM par voie intraveineuse dans le modèle murin de ScS-HOCl. Ce modèle, basé sur l’injection d’acide hypochloreux (HOCl), induit un phénotype proche des formes d-ScS. Nous avons notamment comparé un traitement préventif et curatif, des approches syngénique, allogénique et xénogénique, et l’utilisation de CSM d’origine adipocytaire (ASC) à celle de CSM de moelle osseuse (CSM-MO).Résultats : Le modèle ScS-HOCl est caractérisé par l’installation d’un phénotype de d-ScS, avec fibrose cutanée, pulmonaire et production d’anticorps anti-topoisomérase 1. Nous montrons l’effet bénéfique d’une injection préventive ou curative de CSM syngéniques, réduisant la fibrose cutanée et pulmonaire. Cet effet thérapeutique passe par une diminution de la réponse immune réduisant l’inflammation tissulaire et la production d’auto-anticorps, ainsi que par l’induction du remodelage tissulaire via l’activation de métalloprotéases, et l’augmentation des défenses anti-oxydantes. Un bénéfice similaire est obtenu lors d’approches allogénique et xénogénique. Les ASC présentent des capacités immunosuppressives et de remodelage supérieures aux CSM-MO.Discussion et conclusion : Nos travaux démontrent l’effet anti-fibrotique des CSM dans un modèle préclinique pertinent de ScS, mimant les formes diffuses et rapidement progressives de la maladie, pour lesquelles les besoins thérapeutiques sont importants. Le mode d’action pléiotropique des CSM, combinant propriétés anti-inflammatoires, pro-remodelage et anti-oxydantes, est prometteur en vue des applications cliniques à venir dans cette maladie.Mots-clés : sclérodermie systémique, cellules souches mésenchymateuses, HOCl / Systemic sclerosis (SSc) is a rare intractable disease characterized by skin fibrosis and autoimmunity. Diffuse and rapidly progressive SSc (d-SSc) is associated with life-threatening involvements such as lung fibrosis, where there still is an unmet medical need. Displaying immunomodulatory and antifibrotic properties, mesenchymal stem cells (MSC) are an attractive cure for SSc. In this study, we aim at evaluating the therapeutic potential of MSC in a preclinical model of d-ScS.Patients and Methods: We evaluated the effects of MSC infusion in the murine model of ScS-HOCl, based on repeated injections of hypochlorite (HOCl). We compared several approaches using MSC in a preventive and curative approach, in syngeneic, allogeneic and xenogeneic settings, and using MSC isolated from adipose tissue (ASC) or bone marrow (BM-MSC).Results: ScS-HOCl is close to d-ScS phenotype, leading to skin and lung fibrosis, together with anti-topoisomerase 1 antibody production. We show beneficial effects of a preventive or curative injection of syngeneic MSCs, reducing tissue fibrosis. Fibrosis reduction following MSC treatment involves immunosuppressive effects, tissue remodeling via metalloprotease activation, and anti-oxydant activity. Similar benefits are observed in allogeneic and xenogeneic settings. ASC display greater immunosuppressive and remodeling capacities than BM-MSCs.Discussion and conclusion: Our study demonstrates the anti-fibrotic effects of MSCs in a relevant preclinical model of ScS, mimicking diffuse and rapidly progressive ScS. Pleiotropic capabilities of MSCs, combining anti-inflammatory, remodeling and antioxidant properties, are promising for future clinical applications in this disease.Keywords: systemic sclerosis, mesenchymal stem cells, HOCl