Efeito da superfície de titânio com nanotopografia sobre a interação entre osteoblastos e osteoclastos

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Trevisan, Rayana Longo Bighetti
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Bone; Histona; Histone; Nanotopografia; Nanotopography; Osso; Osteoblast; Osteoblasto; Osteoclast; Osteoclasto; Titânio; Titanium
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/58/58138/tde-06122022-112824/

O processo de remodelação óssea, fundamental para a manutenção da osseointegração de implantes de titânio (Ti), compreende o equilíbrio entre a reabsorção de tecido ósseo por osteoclastos e a formação desse tecido por osteoblastos. Diversos estudos realizados por nosso grupo de pesquisa evidenciaram o papel da superfície de Ti com nanotopografia, obtida por condicionamento químico com solução de H2SO4/H2O2, na diferenciação osteoblástica, em diferentes condições. Entretanto, ainda não foram investigados os efeitos dessa superfície sobre a diferenciação e atividade osteoclásticas, e sobre a interação destas células com osteoblastos. Nesse contexto, nossa hipótese é que a nanotopografia, além de favorecer a diferenciação osteoblástica, é capaz de modular a diferenciação osteoclástica e a interação osteoblasto/osteoclasto. Assim, esse estudo teve como objetivo determinar a influência da superfície de Ti com nanotopografia (Ti Nano), comparada com a superfície de Ti usinada (Ti Controle), na interação entre osteoblastos e osteoclastos. Células pré-osteoblásticas (MC3T3- E1) e macrófagos (RAW 264.7) foram plaqueadas em ambas as superfícies de Ti e em insertos a 10.000 células/disco e cultivadas sob condições osteogênicas e osteoclastogênicas por 5 dias. No dia 5, os insertos contendo os osteoblastos foram posicionados nas culturas de osteoclastos e os insertos contendo osteoclastos foram posicionados nas culturas de osteoblastos, estabelecendo assim co-culturas indiretas, que foram mantidas por 2 dias. Os controles foram células não cocultivadas crescidas sobre ambas as superfícies de Ti. Ensaios com meio condicionado por osteoblastos crescidos sobre Ti Nano e Ti Controle, utilizados em culturas de osteoclastos cultivados sobre poliestireno também foram realizados, com a mesma densidade celular e intervalos de cultura. Os resultados referentes ao efeito de osteoclastos em osteoblastos crescidos sobre as diferentes superfícies demostraram, através de RNASeq (DESeq2: FC>1,7; p≤0,05) que os osteoclastos regulam negativamente a expressão de genes relacionados à osteogênese e regulam positivamente genes relacionados à modificação de histonas e organização da cromatina em osteoblastos cultivados em ambas as superfícies. Os osteoclastos também inibiram (p≤0,05) a expressão gênica e proteica de marcadores osteogênicos, e tal efeito foi reduzido pelo Ti Nano. Em relação ao mecanismo envolvido, observou-se aumento na expressão das proteínas H3K9me2, H3K27me3 e EZH2 em ambas as superfícies de Ti em condições de cocultura (p≤0,05). O ensaio ChIP revelou acúmulo de H3K9me2 reprimindo a região promotora de Alpl e H3K27me3 reprimindo Runx2, Alpl, Ibsp e Opg em osteoblastos na presença de osteoclastos, o que foi atenuado por Ti Nano. A imunofluorescência corroborou o ensaio ChIP, exibindo menos RUNX2 e ALP e mais H3K27me3 em osteoblastos em condições de co-cultura de forma menos pronunciada em Ti Nano. Os resultados referentes ao efeito de osteoblastos em osteoclastos crescidos sobre Ti Nano e Ti Controle e na presença de meio condicionado demostraram, através de análises de expressão gênica, que a nanotopografia favorece a diferenciação osteoclástica (p≤0,05), que foi potencializada pela presença dos osteoblastos, com aumento da expressão dos marcadores Rank, Ctsk, Tnf-α e da via de sinalização Rank/Rankl como cFos, Mitf, Nfatc1, e Traf6 (p≤0,05); entretanto, os osteoclastos apresentaram menor atividade, uma vez que houve diminuição da marcação de TRAP e da expressão das proteínas CTSK e TRAP, principalmente sobre Ti Nano na presença dos osteoblastos. Em conclusão, o Ti Nano pode favorecer resultados clínicos em termos de osseointegração de implantes, uma vez que a nanotopografia favorece a diferenciação osteoblástica, protege osteoblastos do efeito deletério de osteoclastos e modula a diferenciação osteoclástica, evidenciando um possível papel sobre o processo de remodelação óssea. Através desses achados, novas abordagens terapêuticas podem ser desenvolvidas, utilizando estratégias capazes de modular as atividades de osteoblastos e osteoclastos por diferentes nanotopografias, com objetivo de favorecer a interação entre biomateriais e o tecido ósseo.