STUDIES OF MOLECULAR CHANGES IN INTERVERTEBRAL DISC DEGENERATION IN ANIMAL MODEL

ABSTRACT Objective: To evaluate the structural and molecular changes in the extracellular matrix (ECM) during the process of intervertebral disc degeneration, using animal model. Methods: Wistar rats underwent intervertebral disc degeneration through 20-gauge needle puncture, and 360° rotation applied for 30 sec, representing the degenerated group, while control group was not submitted to this procedure. Histological parameters and expression of extracellular matrix molecules were evaluated in the 15th and 28th days after degenerative induction. Results: Fifteen days after the induction of intervertebral disc degeneration, significant changes were observed, such as reduction in the expression metalloprotease-9 (MMP9) and interleukins (IL-6 and IL-10). There was a significant increase in the expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) and caspase-3. However, different alterations in the ECM were observed at 28 days, the level of collagen I, metalloprotease-2 (MMP2) and caspase-3 were enhanced. Furthermore, expression of heparanase isoforms (HPSE1 and HPSE2) mRNA were increased in the degenerative intervertebral disc. Conclusion: The different profiles of ECM molecules observed during the intervertebral disc degeneration suggest that molecular processes such as ECM remodeling, neovascularization, apoptosis and inflammation occur. Experimental Study.

Expression of matrix metalloproteinases 2 and 9 and TGF-b in ligamentum flavum hypertrophy / Expressão das metaloproteinases 2 e 9 da matriz e do TGF-b na hipertrofia do ligamento amarelo / Expresión de metaloproteinasas 2 y 9 de la matriz y del TGF-b en la hipertrofia del ligamento amarillo

OBJECTIVE: To evaluate the expression of matrix metalloproteinases and TGFb in patients with spinal stenosis and in younger patients who have herniated disc. METHODS: 19 samples of LA were analyzed, nine of them with lumbar canal stenosis and 10 with disc herniation. Of the total, five patients were aged between 15 and 40 years, 10 were between 40 and 65 years and four had more than 65 years. Representative areas of LF were chosen based on the staining of tissues with hematoxylin-eosin. The 3µm-thick sections embedded in paraffin and fixed in formalin were deparaffinized and rehydrated. All ligaments were incubated overnight at 4 °C with primary antibodies. RESULTS: An increase of TGFb was verified in older individuals, although without statistical significance. CONCLUSION: Metalloproteinases showed no significant difference between both groups with respect to age and type of abnormality of the spine. .

OBJETIVO: Avaliar a expressão das metaloproteinases e do TGFb em pacientes com estenose do canal vertebral e em pacientes mais jovens que apresentam hérnia de disco. MÉTODOS: Foram analisadas 19 amostras de LA, sendo nove de pacientes com estenose de canal lombar e 10 de pacientes com hérnia discal. Do total, cinco pacientes tinham de 15 a 40 anos, 10 tinham de 40 a 65 anos e quatro tinham mais de 65 anos. As áreas representativas do LA foram escolhidas com base na coloração dos tecidos por hematoxilina-eosina. Os cortes de 3 µm de espessura incluídos em parafina e fixados em formalina foram desparafinizados e reidratados. Todos os ligamentos foram incubados overnight a 4 ºC com os anticorpos primários. RESULTADOS: Constatou-se aumento do TGFb em indivíduos mais velhos, embora sem significância estatística. CONCLUSÃO: As metaloproteinases não apresentaram diferença importante entre os grupos tanto com relação à idade quanto ao tipo de alteração da coluna vertebral. .

OBJETIVO: Evaluar la expresión de metaloproteinasas de la matriz y del TGFb en pacientes con estenosis espinal y en pacientes más jóvenes que tienen una hernia de disco. MÉTODOS: Diecinueve muestras de LA fueron enviadas, de nueve pacientes con estenosis del canal lumbar y diez pacientes con hernia de disco. Del total de pacientes, cinco tenían de 15 a 40 años, 10 tenían de 40 a 65 años y cuatro tenían más de 65 años. Áreas representativas de LA se eligieron sobre la base de la tinción de los tejidos con hematoxilina-eosina. Las secciones de 3 µm de espesor, incluidas en parafina y fijadas en formalina fueron desparafinadas y rehidratadas. Todos los ligamentos se incubaron durante la noche a 4 °C con anticuerpos primarios. RESULTADOS: Se encontró un aumento de TGFb en personas mayores, aunque sin significación estadística. CONCLUSIÓN: Las metaloproteinasas no mostraron diferencias significativas entre ambos grupos con respecto a la edad y el tipo de anomalía de la columna vertebral. .

Remodelamento da matriz extracelular em degeneração experimental do disco intervertebral / Extracellular matrix remodeling in experimental intervertebral disc degeneration

Objetivo: Avaliar a remodelação da matriz extracelular na degeneração do disco intervertebral através do modelo experimental degeneração do disco intervertebral. Métodos: o modelo de indução da degeneração discal, utilizando agulha 20G e rotação de 360º, foi aplicado por 30 segundos entre a sexta/sétima e oitava / nona vértebras coccígeas de ratos machos da linhagem Wistar. O nível intermediário, entre a sétima e oitava vértebras, foi tomado como controle, não sendo submetido à punção. A distribuição de constituintes da matriz extracelular envolvidos com mecanismos de remodelamento e inflamação, como proteoglicanos (agrecam, decorim, biglicam), fatores de crescimento (TGFβ), isoformas de heparanase (HPSE1, HPSE2), metaloprotease-9 (MMP9) e interleucinas (IL-6, IL-10) foram avaliadas no período pós-lesão (15 e 30 dias) e no grupo controle (discos coletados imediatamente após a punção, dia zero). No 15 o dia, fase aguda da doença, notou-se redução da expressão dos constituintes da matriz extracelular, porém não houve diferenças na expressão de interleucinas. Aos 30 dias, as moléculas seguiram um padrão de expressão muito similar ao grupo controle (não acometido por degeneração discal). Resultados: os resultados mostram que na fase aguda ocorrem alterações significativas na matriz extracelular e, na fase tardia, o disco intervertebral retorna a um perfil semelhante ao tecido não acometido por degeneração, provavelmente devido a um intenso processo de remodelamento da matriz extracelular que é capaz de regenerar o tecido lesionado. Conclusão: o modelo experimental utilizado demonstrou a ocorrência de alterações significativas da matriz extracelular durante o período analisado após a indução da degeneração do disco intervertebral. Trabalho experimental.

Objective: To evaluate the remodeling of the extracellular matrix in intervertebral disc degeneration through the experimental model of intervertebral disc degeneration. Methods: The model of disk degeneration induction, using needle 20G and 360º rotation, was applied for 30 seconds between the 6th/7th , and 8th/9th coccygeal vertebrae of Wistar rats. The intermediary level, between th e 7th and 8th vertebrae, was taken as control, not being subjected puncture. The distribution of the extracellular matrix components involved in the remodeling and inflammation process, such as proteoglycans (aggrecan, decorin, biglycan), growth factors (TGFβ), heparanase isoforms (HPSE1, HPSE2), metaloprotesasis-9 (MMP9) and interleukins (IL-6, IL-10) was analyzed during the pos-injury period (15 to 30 days) and in the control group (discs collected immediately after the puncture, day zero). On the 15th day, acute phase of the disease, a reduced expression of extracellular matrix components had been observed, whilst there were no differences in the interleukins expression. At 30 days, the molecules followed a very similar pattern of expression in the control group (not affected by disc degeneration). Results: the results show that during the acute phase significant alterations in the extracellular matrix components occur and in the late phase intervertebral disc returns to a profile similar to noninvolved tissue, probably due to extensive remodeling process of the extracellular matrix that is capable of regenerating the damaged tissue. Conclusion: the experimental model used demonstrated the occurrence of significant changes in the extracellular matrix during the period analyzed after induction of intervertebral disc degeneration. Laboratory investigation.