Bioactive Glass Particles in Two-Dimensional and Three-Dimensional Osteogenic Cell Cultures

Abstract This study aimed to investigate the influence of a three-dimensional cell culture model and bioactive glass (BG) particles on the expression of osteoblastic phenotypes in rat calvaria osteogenic cells culture. Cells were seeded on two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) collagen with BG particles for up to 14 days. Cell viability and alkaline phosphatase (ALP) activity was performed. Cell morphology and immunolabeling of noncollagenous bone matrix proteins were assessed by epifluorescence and confocal microscopy. The expressions of osteogenic markers were analyzed using RT-PCR. Mineralized bone-like nodule formation was visualized by microscopy and calcium content was assessed quantitatively by alizarin red assay. Experimental cultures produced a growing cell viability rate up to 14 days. Although ALP activity at 7 days was higher on BG cultures, cells on 3D and 3D+BG had an activity decrease of ALP at 14 days. Three-dimensional conditions favored the immunolabeling for OPN and BSP and the expression of ALP and COL I mRNAs. BG particles influenced positively the OC and OPN mRNAs expression and calcified nodule formation in vitro. The results indicated that the 3D cultures and BG particles contribute to the expression of osteoblastic phenotype and to differentiated and mineralized matrix formation.

Resumo O objetivo deste estudo foi investigar a influência do modelo de cultura celular tridimensional e das partículas de vidro bioativo (BG) sobre a expressão fenotípica de culturas de células osteogênicas da calvária de ratos. As células foram mantidas em culturas sobre superfícies colágenas bi-dimensionais (2D) e em géis de colágeno tridimensional (3D) com e sem partículas de BG até 14 dias. Foram avaliadas: viabilidade celular, atividade de fosfatase alcalina (ALP), morfologia celular e imunomarcação de proteínas da matriz não-colágena do osso através de epifluorescência e microscopia confocal. As expressões de marcadores osteogênicos foram analisadas utilizando RT-PCR. A formação de nódulos mineralizados foi visualizada através de microscopia e o conteúdo de cálcio foi avaliado quantitativamente pelo Alizarina Red. As culturas experimentais produziram uma taxa crescente de viabilidade até 14 dias. Embora a atividade ALP em 7 dias tenha sido maior em culturas com BG, as células em 3D e 3D+BG apresentaram uma diminuição da atividade ALP aos 14 dias. As condições tridimensionais favoreceram a imunomarcação para OPN e BSP e a expressão de mRNAs para ALP e COL I. As partículas de BG influenciaram positivamente a expressão do mRNAs para OPN e OC e a formação de nódulos calcificados in vitro. Os resultados indicaram que as culturas em 3D e partículas BG contribuíram para a expressão do fenótipo osteoblástico e para a diferenciação e formação de matriz mineralizada.

Osteocalcin Immunohistochemical Expression During Repair of Critical-Sized Bone Defects Treated with Subcutaneous Adipose Tissue in Rat and Rabbit Animal Model

The aim of this study was to evaluate the osteocalcin immunoexpression during the bone repair treated with subcutaneous adipose tissue in rats and rabbits. Fourteen rats and 14 rabbits were used in the study. A critical-sized calvarial defect was created in each animal. The animals were divided into 4 experimental groups: RC (rat control), RbC (rabbit control), RAT (rat adipose tissue), RbAT (rabbit adipose tissue). In the groups RC and RbC the defect was filled with a blood clot. In groups RAT and RbAT, the defect was filled with macerated subcutaneous adipose tissue. The euthanasia was performed at 30 days (RC and RAT) and 40 days (RbC and RbAT). Histological analysis and immunohistochemical analysis of osteocalcin protein expression were performed. Data were submitted to descriptive statistical analysis (mode). Osteocalcin immunoexpression was detected in the experimental models. Notwithstanding, RbAT showed higher positivity, especially in the adipocytes, than the group RAT group. In groups RC and RbC, the surgical wound was filled by collagen fibers. In Group RAT, the defect was composed by collagen fibers and adipocytes in the reparative sites. Similarly, in RbAT, the defect also was partially filled by collagen fibers and presence of adipocytes dispersed among the fibers. Additionally, chronic inflammatory process and areas of bone matrix deposition were observed. It may be concluded that in both animal models the adipose tissue demonstrated low osteogenic capacity. However, the rabbit animal model exhibited a more evident osteocalcin immunoexpression and a greater amount of newly formed bone matrix.

Este estudo avaliou a imunoexpressão da osteocalcina no reparo ósseo de defeitos críticos tratados com tecido adiposo subcutâneo em rato e coelho. Foram utilizados 14 ratos e 14 coelhos. Um defeito crítico foi realizado na calvária de cada animal. Os animais foram divididos em 4 grupos experimentais: CR (controle rato), CC (controle coelho), TAR (tecido adiposo do rato), TAC (tecido adiposo do coelho). Nos grupos CR e CC, o defeito foi preenchido com coágulo. Nos grupos TAR e TAC, o defeito foi preenchido com tecido adiposo subcutâneo macerado. A eutanásia dos grupos CR e TAR ocorreu com 30 dias e dos grupos CC e TAC com 40 dias. Foram realizadas análise histológica e imunoistoquímica com a proteína osteocalcina. Os dados foram submetidos à análise estatística descritiva (moda). Nos modelos experimentais foi observada a imunoexpressão de osteocalcina. Contudo, o TAC apresentou maior imunoexpressão entre os adipócitos quando comparado ao TAR. Nos grupos CR e CC a ferida cirúrgica foi preenchida por fibras colágenas. No grupo TAR foi observado o preenchimento por fibras colágenas e presença de adipócitos no interior deste tecido. No grupo TAC o defeito foi preenchido parcialmente por fibras colágenas, com presença de adipócitos dispersos entre as fibras. Além disso, foi observado processo inflamatório crônico e sinais de neoformação óssea. Conclui-se que em ambos os modelos animais o enxerto de tecido adiposo apresentou baixa capacidade osteogênica. Contudo, o modelo animal coelho apresentou uma imunoexpressão da osteocalcina mais evidente e maior quantidade de matriz óssea neoformada.

Anatomy and evolution of accessory nerve: cranial or spinal origins?: a review

The accessory nerve is traditionally described as having both spinal and cranial roots, with the spinal root originating from the upper cervical segments of the spinal cord and the cranial root originating from the dorsolateral surface of the medulla oblongata. The spinal and cranial rootlets converge before entering the jugular foramen or within it. This conventional view has been challenged by finding no cranial contribution to the accessory nerve. Clinical, anatomical, functional and evolutionary implications are discussed in the present study.

Effects of a highly concentrated platelet-rich plasma on the bone repair using non-critical defects in the calvaria of rabbits / Efeitos do plasma rico em plaquetas altamente concentrado no reparo ósseo, utilizando defeitos não-críticos na calvária de coelhos

PURPOSE: To verify the effect of highly concentrated platelet-rich plasma (hPRP) in the pathways of bone repair using non-critical defects in the calvaria of rabbits. METHODS: The hPRP was produced from collected venous blood of 21 rabbits. Four non-critical defects of 8 mm in diameter were created on the calvaria of each animal. The defects were all treated differently: autogenous particled bone (APB, group 1), autogenous particled bone associated with hPRP (APB + hPRP, group 2), isolated hPRP (group 3), and blood clot (control, group 4). Animals were submitted to euthanasia on the 2nd, 4th and 6th week postoperatively. Histological and histomorphometric analysis were carried through. RESULTS: After two weeks, groups 1 and 2 were in more advanced stage of repair than 3 and 4. At this period, comparing the groups 1 and 2, no significant differences were found between both, which also happened between the groups 3 and 4. However, after four and six weeks, the group 1 showed a more advanced stage of repair among all the other studied groups, while group 2 was in more advanced signs of bone repair than groups 3 and 4. Comparing groups 3 and 4, after four and six weeks, the least advanced stage of bone repair was found to be within group 3. CONCLUSION: The use of a highly concentrated PRP was considered prejudicial to the repair of non-critical defects in the calvaria of rabbits, either in the association of autogenous particled bone, when compared to autogenous particled bone alone, or in its isolated form, when compared to blood clot (control).

OBJETIVO: Verificar os efeitos do plasma rico em plaquetas altamente concentrado (hPRP) sobre o reparo ósseo, utilizando defeitos não críticos na calvária de coelhos. MÉTODOS: O concentrado de plaquetas foi produzido a partir de sangue venoso coletado de 21 coelhos. Quatro defeitos não críticos de 8 mm de diâmetro foram criados na calvária de cada animal. Os defeitos foram tratados de modo distinto: osso autógeno particulado (grupo 1), osso autógeno particulado associado com hPRP (grupo 2), hPRP de modo isolado (grupo 3) e coágulo sangüineo (controle, grupo 4). Os animais foram mortos na 2º, 4º e 6º semanas do pós-operatório. Análises histológicas e histomorfométricas foram realizadas. RESULTADOS: Em duas semanas, os grupos 1 e 2 estavam num estado de reparação mais adiantado que os grupos 3 e 4. Neste período, quando comparados os grupos 1 e 2, não foram observadas diferenças estatísticamente significativas, o mesmo acontecendo quando a comparação foi entre os grupos 3 e 4. Após quatro e seis semanas, contudo, o grupo1 mostrou um estágio mais avançado de reparo, isto quando comparado com todos os outros grupos estudados, enquanto o grupo 2 apresentou sinais mais avançados de reparo que os grupos 3 e 4. Comparando os grupos 3 e 4, após 4 e 6 semanas, um estágio menos avançado do reparo ósseo foi observado no grupo 3. CONCLUSÃO: O uso do plasma rico em plaquetas altamente concentrado foi considerado prejudicial ao reparo de defeitos não críticos na calvária de coelhos, tanto quando em associação com enxerto ósseo autógeno em partículas (quando comparado com enxerto ósseo em partículas de forma isolada) quanto em sua forma isolada (quando comparado com o coágulo sangüíneo-controle).

Avaliação do potencial osteogênico de matrizes tridimensionais colagênicas aniônicas, reticuladas ou não em glutaraldeído, na regeneração de defeitos críticos, em calvária de rato / Evaluation of the osteogenic potential of three-dimensional arrays collagenic anionic, crosslinked or not in glutaraldehyde, the regeneration of critical defects in rat calvaria

O objetivo deste trabalho foi avaliar histomorfometricamente, por microscopia de luz comum, o potencial osteogênico de matrizes colagênicas aniônicas, reticuladas ou não em glutaraldeído, implantadas em defeitos ósseos críticos, em calvária de ratos. Foram utilizados 86 ratos divididos aleatoriamente para compor quatro grupos: GI - matriz colagênica aniônica com 24h de hidrólise e 15min de reticulação em GA 0,05 por cento (MCAHGA); GII - matriz colagênica aniônica com 24h de hidrólise (MCA); GIII - matriz colagênica neutra, controle positivo (MCN) e GIV - defeito ósseo vazio, sem implantação de biomaterial, preenchido por coágulo sanguíneo, controle negativo. Os animais foram avaliados nos pontos biológicos de 15, 45, 90 e 120 dias. Os resultados evidenciaram que os biomateriais implantados nos grupos I e II foram biocompatíveis, embora tenham desencadeado inflamação crônica granulomatosa discreta e regressiva. Estas matrizes apresentaram velocidade de biodegradação compatível com a neoformação óssea, a qual se mostrou associada a angiogênese no interior das matrizes, em todos os pontos biológicos. No GIII, a fragmentação e biodegradação mostraram-se acentuadas, pela ausência de tratamento químico do colágeno. A neomineralização evidenciada nos grupos I e II apresentou aumento estatisticamente significante ao longo dos tempos. O percentual de mineralização do Gil (87 por cento) foi estatisticamente diferente daquele encontrado no GI (66 por cento). Ao compararmos estes percentuais com a mineralização observada no GIV, notam-se diferenças muito significantes. Neste último, assim como no GIII, a neoformação óssea esteve limitada às bordas do defeito com fibrose na área seccional do defeito. Conclui-se que as matrizes colagênicas aniônicas apresentaram potencial osteogênico mais evidente nas matrizes sem reticulação em glutaraldeído. Estas matrizes apresentam grande potencial de aplicabilidade clínica, nas terapias regenerativas ósseas.