Influence of melatonin associated with the Bio-Gide® membrane on osteoblast activity: an in vitro Study / Influência da melatonina associada à membrana bio gide® na atividade de osteoblastos: um estudo in vitro

ABSTRACT Melatonin (MLT) is a hormone responsible for regulating several physiological processes. It has been shown that MLT can be an important mediator in bone formation and stimulation, promoting osteoblast differentiation. In clinical practice, in tissue regeneration procedures, it is necessary to use membranes or barriers, associated with biomaterials, or not. The aim of this in vitro study was to assess the effect of melatonin on the activity of osteoblastic cells, associated, or not, with a resorbable collagen membrane (Bio-Gideä). For this, mice-derived pre-osteoblastic cells MC3T3 obtained from the ATCC (American Type Culture Collection) were used. Cultured cells were subject to the following treatments: MLT with a concentration of 1mM, a Bio-Gideä membrane and a membrane associated with MLT (Bio-Gideä + MLT). Proliferation and cell viability assays and protein lysate (ELISA test) quantification for the BMP-2 protein were carried out, in periods of 72 hours, 7 days and 10 days. After analyzing the data (one-way ANOVA, alpha=5%) it was observed that when MLT was used in isolation, there was an increase in cell proliferation and viability in osteoblastic cells (p<0.05). But, when MLT was associated with resorbable membranes, there was an inverse behavior, both in terms of proliferation and viability (p<0.05). In the case of the ELISA test, no secretion of BMP-2 was detected in any of the analyzed groups. It is concluded that MLT has a stimulatory effect on osteoblasts, but, when associated with Bio-Gideä resorbable membranes, it does not show any viable action in osteoblastic cell stimulation.

RESUMO A melatonina (MLT) é um hormônio responsável pela regulação de diversos processos fisiológicos no nosso organismo. Tem sido demonstrado que a melatonina possa ser um importante mediador na formação e estimulação óssea, promovendo a diferenciação dos osteoblastos. Clinicamente, para o procedimento de regeneração tecidual, faz-se necessário a utilização de membranas ou barreiras, associadas ou não a biomateriais. Assim, o objetivo deste estudo in vitro foi avaliar o efeito da melatonina na atividade de células osteoblásticas, associada ou não a uma membrana de colágeno reabsorvível (Bio-Gide®). Para isto foram utilizadas células pré-osteoblásticas MC3T3 do ATCC (American Type Culture Collection), de camundongos. As células em cultura foram submetidas aos seguintes tratamentos: MLT na concentração de 1mM, membrana Bio Gide® e membrana associada à MLT (Bio-Gide® + MLT). Foram realizados os ensaios de proliferação e viabilidade celular e quantificação do lisado proteico (teste ELISA), para a proteína BMP-2, nos períodos de 72 horas, 7 e 10 dias. Após a análise dos dados (ANOVA um critério, alfa=5%) pode-se observar que a MLT quando utilizada sozinha, resultou em um aumento na proliferação e viabilidade celular nas células osteoblásticas (p<0,05). Entretanto, quando a MLT foi associada à membrana reabsorvível foi observado um comportamento inverso, tanto na proliferação quanto na viabilidade (p<0,05). Para o teste ELISA realizado, não houve secreção detectável de BMP-2 para nenhum grupo analisado. Conclui-se que a melatonina possui uma ação estimuladora nos osteoblastos, mas quando associada à membrana reabsorvível Bio-Gide®, não demonstra uma ação viável na estimulação de células osteoblásticas.

Physical exercise in the promotion of gene therapy auxiliary effect / O exercício físico na promoção de efeitos auxiliares da terapia genética / El ejercicio físico en la promoción de efectos auxiliares de la terapia genética

ABSTRACT Introduction: In recent years, genetic engineering has made outstanding contributions to sports, and it has played a huge role in promoting the development of sports-related fields. Objective: We analyze the tissue source of bone growth and healing by studying the role of bone morphogenetic protein and transforming growth factors in fracture injuries caused by sports. Methods: We established a human fracture model to express the shape and content of bone morphogenetic protein and transforming growth factor during fracture healing. Results: In the fracture healing stage caused by different sports, the expression levels of the two genes are different. Bone morphogenetic protein has a high content in the osteogenesis stage of the membrane, while transforming growth factor is high in the cartilage ossification stage. Conclusion: Gene therapy for fractures caused by physical exercise has certain advantages. Osteoblasts and chondrocytes are involved in the synthesis of transforming growth factors. Level of evidence II; Therapeutic studies - investigation of treatment results.

RESUMO Introdução: Nos últimos anos, a engenharia genética tem contribuído de forma notável para os esportes, além de ter uma função importante na promoção do desenvolvimento de áreas relacionadas ao esporte. Objetivo: Analisamos a origem de tecidos do crescimento ósseo e sua regeneração através do estudo da proteína morfogenética óssea e fatores de transformação do crescimento em fraturas causadas pela prática do esporte. Métodos: Criamos um modelo de fratura humana para expressar a forma e o conteúdo da proteína morfogenética óssea e de fatores de transformação do crescimento durante a recuperação de fraturas. Resultados: Na fase de recuperação da fratura causada por diversos esportes, os níveis de expressão dos dois genes são diferentes. A proteína morfogenética óssea se apresenta em alta quantidade na fase osteogenetica da membrana, e o fator de transformação de crescimento apresenta alta quantidade na fase de ossificação da cartilagem. Conclusão: A terapia genética para fraturas causadas por exercícios físicos apresenta diversas vantagens. Osteoblastos e condrócitos tem um papel na síntese dos fatores de transformação do crescimento. Nível de evidência II; Estudos terapêuticos - investigação de resultados de tratamento.

RESUMEN Introducción: En los últimos años, la ingeniería genética ha contribuido de forma notable para los deportes, además de tener una función importante en la promoción del desarrollo de áreas relacionadas al deporte. Objetivo: Analizamos el origen de tejidos del crecimiento óseo y su regeneración a través del estudio de la proteína morfogenética ósea y factores de crecimiento transformante en fracturas causadas por la práctica del deporte. Métodos: Creamos un modelo de fractura humana para expresar la forma y el contenido de la proteína morfogenética ósea y de factores de crecimiento transformante durante la recuperación de fracturas. Resultados: En la fase de recuperación de la fractura causada por diversos deportes, los niveles de expresión de los dos genes son diferentes. La proteína morfogenética ósea se presenta en alta cantidad en la fase osteogénica de la membrana, y el factor de crecimiento transformante presenta alta cantidad en la fase de osificación del cartílago. Conclusión: La terapia genética para fracturas causadas por ejercicios físicos presenta diversas ventajas. Osteoblastos y condrocitos tienen un papel en la síntesis de los factores de crecimiento transformante. Nivel de evidencia II; Estudios terapéuticos - investigación de resultados de tratamiento.

Proteína morfogénica ósea en cirugía maxilofacial. Revisión bibliográfica / Bone morphogenic protein in maxillofacial surgery. Bibliographic review

El propósito de esta revisión es presentar una visión concreta de las proteínas morfogenéticas óseas, su potencial de inducir osteogénesis y la aplicación en los procesos regenerativos. Las investigaciones acerca de los iniciadores moleculares de diferenciación ósea y cartilaginosa han identificado un grupo entero de proteínas morfogenéticas óseas que ejercen efecto regulador. La proteína morfogenética ósea (BMP) es endógena, presenta propiedades osteoinductivas, osteoconductivas y osteogénicas, y ha mostrado efectos significativos en la promoción de la formación ósea, por lo cual es una buena alternativa en reconstrucción. El uso de BMP se ha descrito en la reconstrucción de los defectos óseos de origen traumático y patológico, incluyendo: fisura nasoalveolar, aumento del reborde alveolar, elevación del seno maxilar, injerto de alvéolo postextracción y cirugía peri-implantaria.

The purpose of this review is to present a concrete vision about bone morphogenetic proteins, their potential in the induction of osteogenesis and their application in regenerative processes. Research on the molecular primers of bone and cartilage differentiation has identified an entire group of bone morphogenetic proteins that exert a regulatory effect. The bone morphogenetic protein (BMP) is an endogenous protein, has osteoinductive, osteoconductive and osteogenic properties, has shown significant effects in the promotion of bone formation, being a good alternative in reconstruction. The use of BMP has been described in the reconstruction of bone defects of traumatic and pathological origin, including nasoalveolar fissure, increased alveolar ridge, maxillary sinus elevation, post-extraction alveolar graft, and perimplant surgery

Proteína morfogenética ósea y su opción como tratamiento de la fisura alveolar / Bone morphogenetic protein and its option as an alveolar cleft treatment

La proteína morfogenética ósea (BMP), es una proteína endógena que ha mostrado efectos significativos en la promoción de la formación ósea. El uso de BMP ha sido descrito en la reconstrucción de defectos óseos de origen traumáticos y patológicos, incluyendo la fisura alveolar, el aumento de reborde alveolar, la elevación de seno maxilar, el injerto de alveolo post-extracción, y la cirugía perimplantaria entre otros. A pesar de las ventajas asociadas al uso de BMP y que en la actualidad se aplica en combinación con matrices de colágeno, ciertas propiedades tales como su baja resistencia mecánica y su elevada tasa de liberación inicial disminuyen su eficacia en la formación ósea. En este contexto, el desarrollo de nuevos sistemas de liberación prolongada de BMP que permitan la quimiotaxis de células mesenquimáticas y su posterior diferenciación a osteoblastos representa un desafío con alto potencial clínico para la estimulación de la formación ósea. En este trabajo, se describe el uso de BMP en la reconstrucción de fisuras alveolares y en particular se discuten las ventajas de su administración en micropartículas poliméricas comosistemas de liberación de BMP (rhBMP-2) con promisorias aplicaciones en la estimulación de la formación ósea.

Bone morphogenetic protein (BMP) is an endogenous protein that has shown significant effects in the promotion of bone formation. BMP also has been described in the reconstruction of traumatic and pathological bone defects, including alveolar cleft, alveolar ridge augmentation, maxillary sinus elevation, and applications in post-extraction alveolus graft, and peri-implant surgery among others. Despite the advantages associated with the use of BMP, currently is applied in combination with collagen matrices, which has certain properties such as low mechanical resistance and a high burst initial release that diminish its effectiveness in bone formation. In this context, the development of novel systems with greater mechanical resistance and prolonged release of BMP, that lead to chemotaxis of mesenchymal cells, following by its differentiation to osteoblasts represents a major challenge that holds outstanding clinical potential for the stimulation of bone formation. In this paper, we describe the use of BMP for the reconstruction of alveolar clefts, and its advantages being administrated in polymeric microparticles as sustain release system with promising applications in the stimulation of bone formation.

Bovine bone matrix action associated with morphogenetic protein in bone defects in rats submitted to alcoholism / Acción de la matriz ósea bovina asociada a la proteína morfogenéticaen defectos óseos en ratones sometidos a alcoholismo

Extended excessive alcohol use causes changes in bone tissue, thus affecting osteogenesis. The objective of this study was to evaluate if demineralized bone matrix (Gen-ox®) associated with bone morphogenetic protein (Gen-pro®) changes bone neoformation in rats submitted to experimental alcoholism. Forty male rats (Rattus norvegicus) were separated into 2 groups of 20 animals each: Group E1, which received ethyl alcohol at 25 percent and had the surgical cavity filled in only with blood clot; and Group E2, which received ethyl alcohol at 25 percent and had the surgical cavity filled in with demineralized bovine cortical bone associated with bone morphogenetic protein. The animals were submitted to a three-week period of gradual adaptation to alcohol, and then continued receiving alcohol at 25 percent for 90 days, when the surgical cavity was made. After the surgery, the animals continued consuming alcohol until reaching the sacrifice periods of 10, 20, 40, and 60 days, when the tibias were removed for histological processing. Results showed that surgical cavity repair and bone marrow reorganization occurred faster in Group E1 than in Group E2. At the end of the experiment, it was observed that animals in Group E2 had thick bony trabeculae surrounding the implanted material particles and a small area of connective tissue in the surface region. In conclusion, the implanted material did not accelerate bone neoformation, rather it served as a structure for osteogenesis.

El abuso prolongado del alcohol produce alteraciones en el tejido óseo, interfiriendo en el proceso de la osteogénesis. El estudio tiene como objetivo evaluar si la matriz ósea bovina desmineralizada (Gen-ox®) asociada a la proteína morfogenética ósea (Gen-pro®) altera la neoformación ósea en ratones sometidos a alcoholismo experimental. Fueron utilizados 40 ratones machos (Rattus norvegicus), separados en dos grupos de 20 animales cada uno: Grupo E1, que recibió alcohol etílico a 25 por ciento con cavidad quirúrgica rellenada solamente por coágulo sanguíneo, y Grupo E2, que recibió sólo alcohol etílico a 25 por ciento con cavidad quirúrgica rellenada con hueso bovino desmineralizado cortical asociado a proteína morfogenética ósea. Después de 3 semanas de adaptación gradual al alcohol, los animales continuaron recibiéndolo en concentración de 25 por ciento por 90 días, cuando fue realizada la cavidad quirúrgica. Luego de la cirugía, los animales continuaron la ingestión alcohólica hasta los períodos de sacrificio de 10, 20, 40 y 60 días, cuando las tibias fueron removidas para su procesamiento histológico. Los resultados mostraron que en el Grupo E1 hubo reparación de la cavidad quirúrgica y reorganización de la médula ósea en un menor lapso temporal que en el Grupo E2. En el período final del experimento, se observó en los animales del Grupo E2 la presencia de trabéculas óseas espesas alrededor de las partículas de material implantado y pequeña área de tejido conjuntivo en la región superficial. Se puede concluir en que el material implantado no aceleró el proceso de neoformación ósea, sirviendo como estructura de base para generar osteogénesis.