Papel dos receptores ß1 e ß2 adrenérgicos sobre a diferenciação osteoblástica de células mesenquimais estromais da medula óssea de ratos espontaneamente hipertensos / Role of ß1 and ß2 adrenergic receptor on bone marrow mesenquimal stem cells osteoblastic differentiation from hypertensive rats

Introdução: O remodelamento ósseo é um processo complexo que depende do balanço entre formação e reabsorção óssea, mecanismo regulado pelas células ósseas e fatores sistêmicos, como o Sistema Nervoso Simpático (SNS). Os mediadores deste sistema são capazes de regular o metabolismo ósseo através dos receptores adrenérgicos expressos na superfície dos osteoblastos. Entretanto, o papel dos receptores ß-adrenérgicos ainda não está totalmente elucidado no processo de diferenciação osteogênica. Objetivos: avaliar o papel dos receptores ß-adrenérgicos na diferenciação osteoblástica de células tronco mesenquimais da medula óssea de ratos normotensos e espontaneamente hipertensos (SHR). Métodos: Ratos machos Wistar e SHR (10 semanas) foram utilizados para a coleta da medula óssea a partir do fêmur, as quais foram plaqueadas em garrafas de cultivo celular e depois em placas de 24 poços, onde receberam o meio osteogênico (MO: MEM, mais 50 µg/mL de ácido ascórbico, 10 mM de ß-glicerofosfato e 10-8 M de dexametasona), e o tratamento com Isoprenalina (0,01 µM), Carvedilol (1 µM), antagonista adrenérgico não seletivo, ou Nebivolol (0,1 µM), antagonista ß1-adrenérgico. O ensaio de proliferação celular (MTT) e a atividade de fosfatase alcalina (Fal) foram realizados nos dias 7, 10 e 14. A mineralização foi avaliada no dia 14 através do vermelho de Alizarina. A expressão gênica dos marcadores osteogênicos e dos receptores ß1 e ß2 adrenérgicos foi avaliada no dia 7 por RT-PCR em tempo real. A atividade proteolítica da metaloproteinase de matriz (MMP-2) foi avaliada no mesmo período utilizando zimografia. As vias da MAPK também foram avaliadas ao final de 7 dias. Resultados: A Isoprenalina reduz a fosfatase alcalina na linhagem de células Wistar nos dois primeiros períodos, e ao final de 14 dias apresenta um aumento significativo. A adição dos -bloqueadores reverte tal resposta. Em SHR a Isoprenalina proporciona aumento da atividade de fosfatase alcalina no período intermediário. O Nebivolol inibe essa resposta no mesmo período e, em 7 dias, é capaz de reverter a redução causada pelo agonista. A Isoprenalina aumentou a expressão de todos os fatores de transcrição e o bloqueio dos receptores reverteu essa condição A Isoprenalina aumenta a expressão de Opn, Ocn e BSP nas células de animais Wistar, e em SHR aumenta apenas Ocn e o tratamento com Carvedilol corrige. A atividade de MMP-2 também foi reduzida pelo Nebivolol apenas no grupo Wistar. Além disso, o Nebivolol reduziu a expressão gênica do receptor ß1-adrenérgico. O ensaio de mineralização mostrou menor deposição mineral em Wistar. O Nebivolol também mediou a redução da fosforilação das vias da MAPK neste mesmo grupo de células. Conclusão: Nossos dados sugerem que o receptor ß1-adrenérgico pode estar envolvido na diferenciação osteogênica de células de ratos Wistar mas não em células de ratos SHR(AU)

Introduction: Bone remodeling is a complex process that depends on the balance between formation and resorption bone, a process which is regulated by bone cells and systemic factors, like the Sympathetic Nervous system (SNS). The mediators of these system are able to regulate bone metabolism through adrenergic receptors on the surface os the osteoblastos. However, the role of ß-adrenergic receptors is not clear in he osteogenic differentiation process. Thus, in this study we aimed to evaluate the role of B-adrenergic receptor on osteoblastic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells from normotensive and Spontaneously Hypertensive Rats (SHR). Methods: 70-days-old male Wistar and SHR rats were used for bone marrow collection from femurs, which was placed in cell culture flasks and after in to 24-well plates, where they received osteogenic medium (OM: MEN, plus 50 µg/mL ascorbic acid, 10 mM ß glycerophosphate, and 10-8 M dexamethasone) and the treatment with Isoprenaline (0.01 µM), Carvedilol (1µM), non-selective adrenergic receptor antagonist, or Nebivolol (0,1 µM), ß1-adrenergic receptor antagonist. Cell proliferation (MTT assay) and alkaline phosphatase specific activity (Alp) were analyzed at day 7, 10 and 14. Mineralization was evaluated at day 14, by Alizarin Red S. Gene expression of osteogenic markers and B1 and B2-adrenergic receptor were evaluated at day 7, by real time-RT-PCR. The proteolytic activity of matrix metalloproteinase 2 (MMP-2) were evaluated at day 7 using gelatin zymography. The MAPK pathway was evaluated at the same period. Results: Isoprenaline provides increased alkaline phosphatase activity in the intermediate period. The addition of Nebivolol includes this response over this same period and, within 7 days, was able to reverse the reduced agonist reduction. Isoprenaline increased expression of all transcription factors and receptor blockade reversed this condition Isoprenaline increases expression of Opn, Ocn and BSP in Wistar animal cells, and in SHR only increases Ocn and Carvedilol-corrected treatment. MMP-2 was reduced by Nebivolol treatment just at Wistar cells. Besides that, Nebivolol reduced Adrb1 gene expression at day 7 in Wistar group. Mineralization showed that Nebivolol reduced mineral deposition in Wistar. Nebivolol reduced MAPK proteins phosphorylation. Conclusion: Our results suggest that ß1 adrenergic receptor seems to be involved in the osteogenic differentiation of cells from Wistar rats but not in SHR cells(AU)

Osteogenic differentiation of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells cultured with different concentrations of prolactin / Diferenciação osteogênica de células tronco mesenquimais do tecido adiposo cultivadas com diferentes concentrações de prolactina

The objective was to evaluate the in vitro effect of prolactin in osteogenic potential of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (ADSCs) in female rats. ADSCs were cultured in osteogenic medium with and without the addition of prolactin and distributed into three groups: 1) ADSCs (control), 2) ADSCs with addition of 100ng/mL of prolactin and 3) ADSCs with addition of 300ng/mL of prolactin. At 21 days of differentiation, the tests of MTT conversion into formazan crystals, percentage of mineralized nodules and cells per field and quantification of genic transcript for alkaline phosphatase, osteopontin, osteocalcin, bone sialoprotein, BMP-2 and collagen I by real-time RT-PCR were made. The addition of prolactin reduced the conversion of MTT in group 3 and increased the percentage of cells per field in the groups 2 and 3, however without significantly increasing the percentage of mineralized nodules and the expression of alkaline phosphatase, osteopontin, osteocalcin, bone sialoprotein, BMP-2 and collagen I. In conclusion, the addition of prolactin in concentrations of 100ng/mL and 300ng/mL does not change the osteogenic differentiation to the ADSCs of female rats despite increase in the cellularity of the culture.(AU)

O objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito in vitro da prolactina sobre o potencial osteogênico de células-tronco mesenquimais do tecido adiposo (CTM-TA) em ratas. CTM-TA foram cultivadas em meio osteogênico com e sem adição de prolactina e distribuídas em três grupos: 1) CTM-TA (controle), 2) CM-TA com adição de 100ng/mL de prolactina e 3) CTM-TA com adição de 300ng/mL de prolactina. Aos 21 dias de diferenciação, foram realizados os testes de conversão do MTT em cristais de formazan, porcentagem de nódulos mineralizados e células por campo e quantificação dos transcritos gênicos para fosfatase alcalina, osteopontina, osteocalcina, sialoproteína óssea, BMP-2 e colágeno I. A adição de prolactina reduziu a conversão do MTT no grupo 3 e aumentou a porcentagem de células por campo nos grupos 2 e 3, sem alterar significativamente a porcentagem de nódulos mineralizados e a expressão de fosfatase alcalina, osteopontina, osteocalcina, sialoproteína óssea, BMP-2 e colágeno I. Conclui-se que a adição de prolactina nas concentrações de 100ng/mL e 300ng/mL não altera a diferenciação osteogênica das CTM-TA de ratas, apesar do aumento de celularidade da cultura.(AU)

Mecanismos intracelulares induzidos por leucotrienos durante a diferenciação osteogênica / Leukotriene-induced intracellular mechanisms during osteogenic differentiation

Os leucotrienos (LTs) são mediadores inflamatórios derivados da via 5- lipoxigenase (5-LO), com contribuição relevante na reabsorção óssea. Neste estudo investigamos o papel dos LTs na diferenciação osteogênica e o seu impacto na osteoclatogênese. Assim, foi avaliado o perfil ósseo dos camundongos 129/Sv (WT) e 5-LO Knockout (5-LO KO) por meio de microtomografia computadorizada, evidenciando maior densidade óssea vertebral e trabéculas mais espessas em machos 5-LO KO. Após isso, osteoblastos primários (OBL) foram isolados e cultivados para determinar a atividade de fosfatase alcalina (ALP) e o potencial de mineralização. Resultados mostraram que OBL KO possui maior atividade de ALP e mineralização, em todos os períodos quando comparados com WT. Em adição, o tratamento com os LTs B4 e D4 inibiu a deposição de cálcio. Os inibidores da síntese de LTs e os antagonistas do BLT1/2 foram efetivos em recuperar a formação dos nódulos mineralizados. A cinética do Alox5 apresentou um aumento da expressão nos períodos de maior diferenciação celular em OBL WT. Além disso, a expressão de OCN, MMPs 2 e 9 e RANKL foram aumentadas em células 5-LO KO em quase todos os períodos avaliados. Em geral, o estímulo com LTs, seus inibidores e antagonistas diminuiu a expressão de Sp7, Col1a1, Opg e MMP-9 e aumentou RANKL em células KO. A sinalização por meio de segundos mensageiros também foi avaliada. Células 5-LO KO apresentam menor concentração de cálcio intracelular (Ca2+i) em relação ao WT. No período de 14 dias, o estímulo com LTD4 inibiu a liberação Ca2+i independente da linhagem, em relação ao controle. Os níveis de cAMP foram menores em OBL 5- LO KO, em todos os grupos tratados ou controle. LTD4 diminuiu a concentração de cAMP, mas não LTB4, em OBL 5-LO KO. O estudo também quantificou a produção de LTB4 e outros eicosanoides em osteoblastos mostrando a sua capacidade de síntese. A análise proteômica revelou 89 proteínas com expressão diminuída em OBL 5-LO KO, de um total de 154, sendo a maioria relacionada ao citoesqueleto e ao metabolismo energético. Também foram identificadas 59 proteínas exclusivas em OBL 5-LO KO e 06 unicamente expressas em células WT, revelando as diferenças intrínsecas de cada animal. O perfil osteoclastogênico de camundongos WT vs. 5-LO KO mostrou diferenças significativas na análise fenotípica, TRAP e na expressão gênica de células derivadas da linhagem monocítica-macrofágica. Após o estímulo com M-CSF e RANKL, as células WT apresentaram osteoclastos gigantes multinucleados, porém, células 5-LO KO apresentaram uma população de células com formas e tamanhos variáveis, e menor grau de maturação. Em adição, os LTsexógenos não modularam a atividade da TRAP. O meio condicionado proveniente dos OBL WT e KO, retardaram o processo de formação dos osteoclastos. A análise da expressão gênica em osteoclastos mostrou diminuição da expressão de Alox5, Il- 1b, Il-6 e TNFa em células 5-LO KO. BLT1/2, CysLt1 e os marcadores da diferenciação Acp5, Ctsk e Nfact1 não apresentaram diferenças entre os animais. Em adição, o LTB4 diminuiu a expressão do Alox5 e a Il-1b foi aumentada em osteoclastos WT. Assim, os resultados demonstram que os LTs são capazes de modular o metabolismo ósseo, e a ausência do gene da 5-LO está relacionada ao maior perfil osteogênico.(AU)

Leukotrienes (LTs) are inflammatory mediators derived from the 5-lipoxygenase (5-LO) pathway, with a relevant contribution in bone resorption. In this study we investigated the role of LTs in osteogenic differentiation and its impact on osteoclastogenesis.Thus, the bone profile of the 129/Sv (WT) and 5-LO Knockout mice (5-LO KO) was evaluated by computerized microtomography, showing higher vertebral bone density and thicker trabeculae in 5-LO KO males. After that, primary osteoblasts (OBL) were isolated and cultured to determine alkaline phosphatase activity (ALP) and mineralization potential. Results showed that OBL KO has higher ALP activity and mineralization, in all periods when compared with WT. In addition, the treatment with LTB4 and LTD4 inhibited calcium deposition. Inhibitors of LT synthesis and BLT1/2 antagonists were effective to recover the mineralized nodules formation. The kinetics of Alox5 showed an increase in expression during cellular differentiation period in WT OBL. In addition, expression of OCN, MMPs 2 and 9 and RANKL were increased in 5- LO KO cells in almost all evaluated periods. In general, the stimulation with LTs, their inhibitors and antagonists decreased the expression of Sp7, Col1a1, Opg and MMP- 9. But it increased the RANKL expression in KO cells. The second messengers signaling was also evaluated. 5-LO KO cells showed lower concentration levels of intracellular calcium (Ca2+ i) when compared to WT cells. In the 14-day period, the LTD4 treatment inhibited the Ca2+i independent of the murine lineage, relative to the control. cAMP levels were lower in OBL 5-LO KO, in all treated or control groups. LTD4 decreased the concentration of cAMP, but not LTB4, in KO cells. The study also quantified the production of LTB4 and other eicosanoids in osteoblasts showing their ability to synthesize those metabolites. The proteomic analysis revealed 89 downregulated proteins in OBL KO, out of a total of 154, most of them related to cytoskeleton and energy metabolism. Also 59 identified proteins were unique in OBL 5-LO KO and 06 exclusively expressed in WT cells, revealing the intrinsic differences of each strain. The osteoclastogenic profile of WT vs. 5-LO KO showed significant differences in phenotypic analysis, TRAP and in the gene expression of cells derived from the monocyte-macrophage-lineage. After M-CSF and RANKL stimulation, WT cells showed multinucleated giant osteoclasts. However, 5-LO KO cells presented a population of cells with variable shapes and sizes, and a lower maturation stage. In addition, exogenous LTs did not modulate TRAP activity. The conditioned medium from OBL WT and 5-LO KO delayed the formation process of osteoclasts. Gene expression analysis in osteoclasts showed decreased expression of Alox 5, Il-1b, Il-6 and TNFα in 5-LO KO cells. BLT1/2, CysLt1 and the osteoclast differentiation markers Acp5, Ctsk and Nfact1 showed no differences between the strains. In addition, LTB4 decreased the expression of Alox5, and IL-1b was increased in WT osteoclasts. Thus, the results demonstrate that the LTs are able to modulate the bone metabolism, and the absence of the 5-LO gene is related to the greater osteogenic profile.(AU)

Estudo comparativo da diferenciação osteogênica das células tronco mesenquimais da medula óssea e do tecido adiposo de cães adultos / Comparative study of the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells from bone marrow and adipose tissue of adult dogs

O objetivo deste estudo foi comparar o potencial osteogênico das células tronco mesenquimais extraídas da medula óssea (CTM-MO) com as do tecido adiposo (CTM-AD) de cães adultos. As células foram caracterizadas fenotipicamente quanto à expressão de CD29, CD90, CD34 e CD45 e submetidas à diferenciação adipogênica e condrogênica por 21 dias e osteogênica por 7, 14 e 21 dias. Foram constituídos quatro grupos: 1) CTM-MO em meio osteogênico, 2) CTM-MO em meio basal, 3) CTM-AD em meio osteogênico e 4) CTM-AD em meio basal. Aos 7, 14 e 21 dias de diferenciação osteogênica as culturas foram submetidas às avaliações da conversão de MTT em formazan, da atividade da fosfatase alcalina (FA), da síntese de colágeno e de matriz mineralizada, avaliação do número de células por campo e foram quantificados os transcritos gênicos para osterix, sialoproteina óssea (BSP), osteonectina (ON) e osteocalcina (OC). Tanto as células extraídas da medula óssea quanto do tecido adiposo mostraram elevada expressão de marcadores para células tronco e baixa expressão de marcadores de células hematopoiéticas (menor que 2%). Além disso, foram capazes de se diferenciar em osteoblastos, condrócitos e adipócitos. As CTM-AD submetidas à diferenciação osteogênica mostraram maior conversão do MTT em formazan que as CTM-MO, sob mesmas condições aos 7 e 21 dias. O número de células por campo, a atividade da FA, a síntese de colágeno e de matriz mineralizada foram superior nas CTM-AD em diferenciação, em relação às CTM-MO sob as mesmas condições, em todos os tempos estudados. As expressões de osterix, BSP e OC foram predominantemente superiores nas CTM-MO diferenciadas, mas a expressão de ON foi superior nas CTM-AD diferenciadas aos 7, 14 e 21 dias. Conclui-se que as CTM-AD apresentam maior potencial osteogênico que as CTM-MO quando extraídas de cães adultos.(AU)

The aim of this study was to compare the osteogenic potential of mesenchymal stem cells obtained from bone marrow (BM-MSC) with those extracted from adipose tissue (AT-MSC) of adult dogs. The cells were phenotypically categorized according to the expression of CD29, CD90, CD34 and CD45, and submitted to adipogenic and chondrogenic differentiation for 21 days and osteogenic differentiation for 7, 14 and 21 days. Four groups were formed: BM-MSC in osteogenic medium (1), BM-MSC in basal medium (2), AT-MSC in osteogenic medium (3) and ATMSC in basal medium (4). On days 7, 14 and 21 of osteogenic differentiation, the cultures were submitted to evaluations of MTT conversion in formazan, of alkaline phosphatase activity (AP), of collagen and mineralized matrix synthesis, evaluation of the number of cells per field and there was quantification of the gene transcripts for osterix, bone sialoprotein (BSP), osteonectin (ON) and osteocalcin (OC). Both the cells obtained from bone marrow and those from adipose tissue showed high expression of stem cells markers and low expression of hematopoietic cells markers (lower than 2%). Besides, they were able to differentiate into osteoblasts, chondrocytes and adipocytes. AT-MSC submitted to osteogenic differentiation showed higher MTT conversion in formazan than BM-MSC, under the same conditions on days 7 and 21. The number of cells per field, the AP activity, the collagen and mineralized matrix synthesis were higher in AT-MSC en differentiation, in relation to BM-MSC under the same conditions in all evaluated times. Expressions of osterix, BSP and OC were predominantly higher in differentiated BMMSC, however the expression of ON was higher AT-MSC differentiated on days 7, 14 and 21. In conclusion, AT-MSC present higher osteogenic potential than BM-MSC when extracted from adult dogs.(AU)

Efeito do produto iônico do biovidro 60S na diferenciação osteogênica de células-tronco mesenquimais do tecido adiposo de cães / Effect of ionic product of bioglass 60S in osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells from the adipose tissue of dogs

O objetivo do presente trabalho foi avaliar o produto iônico do biovidro 60S (BV60S) na diferenciação osteogênica de células-tronco mesenquimais de origem adiposa (CTM-AD) de cães. As CTM-AD foram diferenciadas sem OSTe com o produto iônico (PI OST) por sete, 14 e 21 dias. Avaliou-se o MTT, a fosfatase alcalina (FA), o colágeno, mineralização e as expressões de osterix (OSX), sialoproteína óssea (BSP), osteonectina (ON) e osteocalcina (OC). O grupo PI OSTmostrou menor conversão de MTT aos sete dias e maior conversão aos 21 dias. A atividade de FA foi maior no grupo OST, aos 14 e 21 dias. A síntese de colágeno foi maior no grupo OST aos sete e 21 dias. Verificou-se maior área mineralizada no grupo PI OSTem todos os tempos. Não houve diferenças nas expressões de OSX e OC entre os grupos. Observou-se maior expressão de BSP no grupo PI OST, aos 14 e 21 dias. A expressão de ON foi maior no grupo OST aos 14 dias. Concluiu-se que o produto iônico do BV60S favorece a osteogênese in vitro de CTM-AD de cães.

The aim was to evaluate the ionic product of 60S bioglass (BV60S) in osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells from adipose tissue (ADMSCs) in dogs. ADMSCs were differentiated without the ionic product (OST) and with the ionic product (PI-OST) for 7, 14 and 21 days. We evaluated the MTT, alkaline phosphatase (ALP), collagen mineralization and expressions of osterix (OSX), bone sialoprotein (BSP), osteonectin (ON) and osteocalcin (OC). The PI-OST group had a lower MTT conversion to 7days and higher conversion at 21 days. The ALP activity was higher in the OST group at 14 and 21 days. Collagen synthesis was higher in the OST group at 7 and 21 days. A higher mineralized area in the PI-OST group was observed at all times. There were no differences in expressions of OSX and OC between groups. We observed increased expression of BSP in the PI-OST group at 14 and 21 days. The expression of ON was higher in the OST group at 14 days. It was concluded that the ionic product of BV60S promotes in vitro osteogenesis of MSC-AD from dogs.

Efeito in vitro da triiodotironina sob o potencial osteogênico reduzido de células-tronco mesenquimais do tecido adiposo de ratas ovariectomizadas e com osteoporose / In vitro effects of triiodothyronine on the reduced osteogenic potential of adipose tissue derived mesenchymal stem cells from of ovariectomized rats and with osteoporosis

OBJETIVO: Avaliar se a triiodotironina (T3) aumenta a diferenciação osteogênica das células-tronco mesenquimais do tecido adiposo (CTM-TA) de ratas adultas ovariectomizadas e com osteoporose e compará-lo ao de ratas adultas e jovens sem osteoporose. MATERIAIS E MÉTODOS: CTM-TA foram cultivadas em meio osteogênico e distribuídas em sete grupos: 1) CTM-TA de ratas jovens sem osteoporose; 2) CTM-TA de ratas adultas sem osteoporose; 3) CTM-TA de ratas adultas com osteoporose e 4, 5, 6 e 7) CTM-TA de ratas adultas com osteoporose tratadas com T3 (0,01 nM, 1 nM, 100 nM e 1.000 nM). AVALIARAM-SE: atividade da fosfatase alcalina, conversão do dimetiltiazol (MTT), porcentagem de nódulos de mineralização, celularidade e quantificação de transcriptos gênicos para colágeno I, osteocalcina, osteopontina e Bmp-2. RESULTADOS: Independente da dose, T3 reduziu a conversão do MTT, a atividade da fosfatase, a porcentagem de células e a expressão de colágeno I em pelo menos uma das doses e dos períodos estudados (p < 0,05). Mas o tratamento com T3 não alterou o número de nódulos de mineralização e a expressão de osteopontina e Bmp-2 em culturas de CTM-TA de ratas adultas com osteoporose (p > 0,05). CONCLUSÃO: T3 apresenta efeitos negativos sobre alguns fatores envolvidos na diferenciação osteogênica de CTM-TA, sem, no entanto, reduzir a formação de nódulos de mineralização e a expressão de proteínas ósseas.

OBJECTIVE: To examine if triiodothyronine (T3) increases osteogenic differentiation adipose tissue derived stem cells (ASCs) from ovariectomized adult rats with osteoporosis compared with young rats and adult rats without osteoporosis. MATERIALS AND METHODS: The ASCs were cultured in osteogenic medium and distributed into seven groups: 1) ASCs of young rats without osteoporosis; 2) ASCs of adult rats without osteoporosis; 3) ASCs of adult rats with osteoporosis and 4, 5, 6 and 7) ASCs of adult rats with osteoporosis treated with T3 (0.01 nM, 1 nM, 100 nM and 1,000 nM). We analyzed alkaline phosphatase activity, dimethylthiazol (MTT) conversion, percentage of mineralized nodules, cellularity and quantification of gene transcripts for collagen I, osteocalcin, osteopontin and Bmp-2. RESULTS: Regardless of the dose, T3 reduced the MTT conversion, alkaline phosphatase activity, percentage of cells and the expression of collagen I in at least one of the doses and periods studied (p < 0.05). But, the treatment with T3 does not modify the number of mineralized nodules and the expression of osteopontin and Bmp-2 in culture of ASCs from adult rats with osteoporosis (p > 0.05). CONCLUSION: T3 has a negative effect on some factors involved in osteogenic differentiation of ASCs from adult rats with osteoporosis, without; however, reduce the formation of mineralized nodules and the expression of bone proteins.

Triiodotironina não aumenta a diferenciação osteogênica reduzida pela idade de células-tronco mesenquimais da medula óssea de ratas / Triiodothyronine does not increase osteogenic differentiation reduced by age in bone marrow mesenchymal stem cells of female rats

OBJETIVO: Avaliar se a adição de T3 aumenta o potencial osteogênico das células-tronco mesenquimais da medula óssea (CTM-MO) de ratas adultas normais comparado ao de ratas jovens. MATERIAIS E MÉTODOS: CTM-MO foram cultivadas em meio osteogênico e separadas em seis grupos: 1) CTM-MO de ratas jovens; 2) CTM-MO de ratas adultas; 3, 4, 5 e 6) CTM-MO de ratas adultas com T3 nas concentrações de 0,01; 1; 100 e 1000 nM, respectivamente. Foram avaliados: atividade da fosfatase alcalina, conversão do dimetiltiazol (MTT) e síntese de colágeno aos sete, 14 e 21 dias e celularidade e número de nódulos de mineralização aos 21 dias de diferenciação. RESULTADOS: T3 reduziu significativamente a conversão do MTT, a atividade da fosfatase alcalina, a síntese de colágeno e a formação dos nódulos de mineralização em pelo menos uma das doses e dos períodos estudados (p < 0,05). Os valores foram menores quando comparados aos das CTM-MO de ratas jovens e adultas sem T3 (p < 0,05). CONCLUSÃO: T3 apresenta efeitos negativos sobre os fatores envolvidos na diferenciação osteogênica das CTM-MO de ratas adultas.

OBJECTIVE: To examine if triiodothyronine (T3) increases osteogenic differentiation in bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) of adult rats compared with young rats. MATERIALS AND METHODS: BMMSCs were cultured in osteogenic medium and distributed into six groups: 1) BMMSCs of young rats; 2) BMMSCs of adult rats; 3, 4, 5 and 6) BMMSCs of adult rats with T3 (0.01, 1, 100 to 1000 nM). We analyzed alkaline phosphatase activity, dimethylthiazol (MTT) conversion, and collagen synthesis at 7, 14, and 21 days, and percentage of cells per field and number of mineralized nodules at 21 days of differentiation. RESULTS: T3 reduced MTT conversion, alkaline phosphatase activity, collagen synthesis, and the synthesis of mineralizalized nodules in at least one of the doses and periods studied (p < 0.05). Values were lower when compared with young and adult rats BMMSCs (p < 0.05) without T3. CONCLUSION: T3 has a negative effect on the factors involved in osteogenic differentiation of BMMSC from adult rats.

Carga mecánica oomo regulador de la osteogénesis en células madre mesenquimales humaaas / Mechanicl stresss as osteogenesis regulator in human mesenchymal stem cells / Carga mecânic coomo regulador da osteogênese em célulastronco mesenquimais humanas

El papel de la estimulación mecánica en la diferenciación de las células madre mesenquimales humanas (CMMHs) es una alternativa terapéutica para aplicaciones en ingeniería tisular. Este estudio evaluó el efecto de cargas mecánicas sobre la diferenciación de las CMMHs, y los mecanismos celulares que intervienen en el proceso de mecanotransducción. Las CMMHs se sembraron en frascos de cultivo de 75cm2 y fueron expuestas a tensión uniaxial de deformación de 500, 1000, 1500 y 2000 micro strains (με), con una intensidad de 9 ciclos/minuto por 3 horas durante 4 días consecutivos. Se evaluó la actividad transcripcional de los factores de transcripción Runx2 y Sox9 y de los genes de Osteocalcina (OC), Colágeno tipo 1 (Col1) y Fosfatasa Alcalina (ALP). Después de la exposición al estímulo, los marcadores osteogénicos Col1, OC, y ALP se expresaron temporalmente; y los factores de transcripción Runx2 y Sox9 disminuyeron la expresión con respecto a las células de grupo control (sin estímulo), sugiriendo que el estímulo mecánico indujo la diferenciación de las células CMMHs a linaje osteoblástico. La identificación de los genes que traducen los estímulos mecánicos en las CMMHs y modulan la diferenciación osteogénica, tienen proyección directa en medicina regenerativa a través del desarrollo y perfeccionamiento del enfoque de ingeniería de tejidos funcionales.

The role of mechanical stimulation for mesenchymal stem cells (MSCs) differentiation is a therapeutic alternative for applications in tissue engineering. The aim of this study was to evaluate the effect of mechanical strain on the differentiation and cellular mechanisms of mechanotransduction in MSCs. The cells were seeded in 75cm2 culture flasks and then exposed to uniaxial mechanical tensile strain of 500, 1000, 1500 and 2000 micro strains (με), 9 cycles / minute during 3 hours for 4 consecutive days. Runx2 and Sox9 transcription factors andOsteocalcin (OC), Collagen Type 1 (Col1) and Alkaline Phosphatase (ALP) gene expression was ascertained. After exposure to mechanical strain, osteogenic marker genes Col1, OC, and ALP were expressed temporally, while Runx2 and Sox9 transcription factors expression decreased, compared with control cells without stimulation, suggesting that mechanical stimulus induced differentiation of mesenchymal stem cells into osteoblast lineage. Identification of genes that translate mechanical stimuli in MSCs and modulate osteogenic differentiation hasimportant implications in regenerative medicine as an approach to functional tissue engineering.

O papel da estimulação mecânica na diferenciação das célulastronco mesenquimais humanas (CMMHs) é uma alternativa terapêutica para aplicações em engenharia tissular. Este estudo avaliou o efeito de cargas mecânicas sobre a diferenciação das CMMHs, e os mecanismos celulares que intervém no processo de Mecanotransdução. As CMMHs foram cultivadas em frascos de cultivo de 75cm2 e foram expostas a tensão uniaxial de deformação de 500, 1000, 1500 e 2000 micro strains (με), com uma intensidade de 9 ciclos/minuto por 3 horas durante 4 dias consecutivos. Foi avaliada a atividade transcricional dos fatores de transcrição Runx2 e Sox9 e dos genes de Osteocalcina (OC), Colágeno tipo 1 (Col1) e Fosfatase Alcalina (ALP). Depois da exposição ao estímulo, os marcadores osteogênicos Col1, OC, e ALP foram expressos temporariamente; e os fatores de transcrição Runx2 e Sox9 diminuíram a expressão em comparação com as células do grupo controle (sem estímulo), sugerindo que o estímulo mecânico induziu a diferenciação das células CMMHs à linhagem osteoblástica. A identificação dos genes que traduzem os estímulos mecânicos nas CMMHs e modulam a diferenciação osteogênica, têm projeção direta na medicina regenerativa através do desenvolvimento e aperfeiçoamento do enfoque de engenharia de tecidos funcionais.

Diferenciação in vitro de células-tronco mesenquimais da medula óssea de cães em precursores osteogênicos / In vitro differentiation of mesenchimal stem cells of dogs into osteogenic precursors

O objetivo principal da nossa pesquisa foi avaliar o potencial de diferenciação osteogênica de células-tronco mesenquimais (MSC) obtidas da medula óssea do cão. As MSC foram separadas pelo método Ficoll e cultivadas sob duas condições distintas: DMEM baixa glicose ou DMEM/F12, ambos contendo L-glutamina, 20% de SFB e antibióticos. Marcadores de MSC foram testados, confirmando células CD44+ e CD34- através da citometria de fluxo. Para a diferenciação osteogênica, as células foram submetidas a quatro diferentes condições: Grupo 1, as mesmas condições utilizadas para a cultura de células primárias com os meios DMEM baixa glicose suplementado; Grupo 2, as mesmas condições do Grupo 1, mais os indutores de diferenciação dexametasona, ácido ascórbico e b-glicerolfosfato; Grupo 3, células cultivadas com meios DMEM/F12 suplementado; e Grupo 4, nas mesmas condições que no Grupo 3, mais indutores de diferenciação de dexametasona, ácido ascórbico e b-glicerolfosfato. A diferenciação celular foi confirmada através da coloração com alizarin red e da imunomarcação com o anticorpo SP7/Osterix. Nós observamos através da coloração com alizarin red que o depósito de cálcio foi mais evidente nas células cultivadas em DMEM/F12. Além disso, usando a imunomarcação com o anticorpo SP/7Osterix obtivemos positividade em 1:6 células para o Meio DMEM/F12 comparada com 1:12 para o meio DMEM-baixa glicose. Com base nos nossos resultados concluímos que o meio DMEM/F12 é mais eficiente para a indução da diferenciação de células-tronco mesenquimais caninas em promotores osteogênicos. Este efeito provavelmente ocorre em decorrência da maior quantidade de glicose neste meio, bem como da presença de diversos aminoácidos.

The aim of our research was to evaluate the potential for osteogenic differentiation of mesenchimal stem cells (MSC) obtained from dog bone marrow. The MSC were separated using the Ficoll method and cultured under two different conditions: DMEM low glucose or DMEM/F12, both containing L-glutamine, 20% of FBS and antibiotics. MSC markers were tested, confirming CD44+ and CD34- cells with flow cytometry. For osteogenic differentiation, cells were submitted to four different conditions: Group 1, same conditions used for primary cell culture with DMEM supplemented media; Group 2, same conditions of Group 1 plus differentiation inductors Dexametazone, ascorbic acid and β-glicerolphosphate. Group 3, Cells cultured with supplemented DMEM/F12 media, and Group 4, same conditions as in Group 3 plus differentiation inductors Dexametazone, ascorbic acid and β-glicerolphosphate. The cellular differentiation was confirmed using alizarin red and imunostaining with SP7/Osterix antibody. We observed by alizarin staining that calcium deposit was more evident in cells cultivated in DMEM/F12.Furthermore, by SP/7Osterix antibody immunostaining we obtained 1:6 positive cells when using DMEM/F12 compared with 1:12 for low-glucose DMEM. Based on our results, we conclude that the medium DMEM/F12 is more efficient for induction of differentiation of mesenchymal stem cells in canine osteogenic progenitors. This effect is probably due to the greater amount of glucose in the medium and the presence of various amino acids.

Efeito da triiodotironina na expressão das proteínas ósseas durante a diferenciação osteogênica de células-tronco mesenquimais / Effect of triiodothyronine on the bone proteins expression during osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells

OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da T3 na expressão da osteocalcina, osteo­pontina e colágeno I durante a diferenciação osteogênica das células-tronco mesenquimais (CTM). MATERIAIS E MÉTODOS: As células da medula óssea de ratas Wistar jovens foram extraídas, cultivadas e separadas em cinco grupos: controle (indiferenciado), diferenciado (estímulo osteogênico) e diferenciado com T3 (10-3 nM, 10-2 nM e 100 nM). Para cada grupo, foram cultivadas quatro amostras que foram analisadas por RT-PCR tempo real aos 7, 14 e 21 dias, para quantificação dos transcritos gênicos para osteocalcina, osteopontina e colágeno I. RESULTADOS: Todos os grupos diferenciados sem T3 ou com T3 independentemente da concentração apresentaram expressão de colágeno I significativamente menor e expressão de osteocalcina e osteopontina significativamente maior em comparação a das CTM indiferenciadas. Mas o grupo T3 100 nM apresentou concentração de osteocalcina mais elevada e semelhante à da cultura de osteoblastos. CONCLUSÃO: Conclui-se que a triiodotironina não altera a expressão de osteopontina e de colágeno pelas CTM, mas aumenta a expressão da osteocalcina durante a diferenciação osteogênica in vitro, sendo esse efeito dose-dependente.

OBJECTIVE: The aim of this study was to evaluate the effect of T3 on the expression of osteocalcin, osteopontin and collagen I during osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSC). MATERIALS AND METHODS: The bone marrow cells of Wistar rats with 30 days of age were extracted, cultured and separated into five groups: control (undifferentiated), differentiated (osteogenic stimulus) and differentiated with T3 (10-3 nM, 10-2 nM and 100 nM). For each group, four samples were cultured and were analyzed by real time RT-PCR at 7, 14 and 21 days for quantification of gene transcripts for osteocalcin, osteopontin and collagen I. RESULTS: All the different groups without T3 or with T3 regardless of the concentration, showed the collagen I expression significantly lower expression, and osteocalcin and osteopontin expression significantly greater than that of undifferentiated MSC. Nevertheless, the group T3 100 nM showed higher expression of osteocalcin and a similar expression of the osteoblast culture. CONCLUSION: In conclusion, the triiodothyronine does not affect the expression of osteopontin and collagen I, but increases ostecalcin expression during osteogenic differentiation in vitro of the MSC, and this effect is dose-dependent.