Efeito do laser de baixa intensidade na atividade biológica de células-tronco do ligamento periodontal humano cultivadas sobre arcabouços de quitosana / Effect of low-intensity laser on the biological activity of human periodontal ligament stem cells cultured on chitosan scaffolds

RESUMO

O laser de baixa intensidade (LBI) é capaz de estimular a proliferação de diferentes tipos celulares, porém pouco se sabe sobre sua eficácia na proliferação de células cultivadas na superfície dos biomateriais. O objetivo deste estudo foi avaliar a influência do LBI na proliferação e viabilidade de células-tronco do ligamento periodontal humano (PDLSCs) cultivadas em arcabouços de quitosana. A quitosana foi submetida a testes para identificação do teor real de massa e grau de desacetilação. Membranas de quitosana foram preparadas pela técnica de evaporação de solvente e submetidas a caracterização de morfologia e de superfície. PDLSCs previamente isoladas e caracterizadas foram cultivadas sobre quatro superfícies (P) plástico da placa de cultivo, não irradiado, como controle positivo de crescimento celular; (Q) quitosana, não irradiado; (L1) quitosana, irradiado com dose de 1 J/cm²; e (L4) quitosana, irradiado com 4 J/cm². As irradiações foram realizadas com laser diodo InGaAlP, com comprimento de onda de 660 nm, potência de 30 Mw, diâmetro da ponta de 0.01cm² e modo de ação contínuo, em dose única. Os dados mostraram que a quitosana apresentou um teor real de massa de 88,08% e grau de desacetilação de 91,37±3,77%. A análise das membranas por MEV mostrou superfície uniforme e homogênea, com espessura média de 68,71 µm. A análise por microscopia de força atômica revelou uma rugosidade média de 285 nm. O peso das membranas variou de 0,03 a 0,04 g, indicando a sua uniformidade, e o pH de superfície exibiu média de 6,9±0,25, valor próximo ao pH da saliva. A viabilidade e a proliferação celular foram avaliadas através dos ensaios de Alamar Blue, Live/Dead, Annexin V/PI e Ki67, além da análise do ciclo celular, e a morfologia celular foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O ensaio do Alamar Blue mostrou diferenças significativas na atividade mitocondrial entre os grupos nos intervalos de 24 h (L1>Q, p= 0,0118) e em 48 h (L1>Q, p= 0,0022; L4>Q, p=0,0002; L4>L1, p= 0,0022). O ensaio Live/Dead mostrou maior densidade de células vivas nos grupos irradiados (L1 e L4) em relação ao grupo sem irradiação (Q), o que foi comprovado pelo ensaio da Annexin V/PI, que mostrou um maior percentual de células viáveis em L4 (89,5%) e L1 (87,0%) em comparação com Q (78,4%) em 72 h. A imunoexpressão da proteína Ki67 foi maior em L4 e L1 e estes dois grupos apresentaram também um maior percentual de células nas fases proliferativas do ciclo celular (S e G2/M). A análise por MEV mostrou no grupo Q células com morfologia mais arredondada e com poucas projeções, além de debris celulares, enquanto nos grupos irradiados as células exibiram um arranjo mais plano, com projeções mais distribuídas e pontos de adesão focal, especialmente em L4. Em conjunto, os resultados do presente trabalho permitem concluir que a laserterapia nos padrões estudados, especialmente na dose de 4 J/cm², influencia positivamente a viabilidade e a proliferação de PDLSCs em membranas de quitosana, permitindo assim que as células superem eventuais efeitos adversos do microambiente do arcabouço (AU).

ABSTRACT

Low-level laser irradiation (LLLI) is able to stimulate the proliferation of various cell types, but little is known about its effectiveness on the proliferation of cells cultured on biomaterial surfaces. The aim of this study was to evaluate the influence of LLLI on the proliferation and viability of human periodontal ligament stem cells (PDLSCs) cultured on chitosan scaffolds. Chitosan was submitted to tests to identify the real mass content and degree of deacetylation. Chitosan membranes were prepared by solvent evaporation technique and submitted to morphology and surface characterization. PDLSCs previously isolated and characterized were grown on the surfaces of four groups (P) culture plate plastic, non-irradiated, as a positive control of cell growth; (C) chitosan, non-irradiated; (L1) chitosan irradiated with a dose of 1 J/cm²; and (L4) chitosan, irradiated with 4 J/cm². The irradiations were performed with InGaAlP diode laser with wavelength of 660 nm, power 30 mW, tip diameter of 0.01cm², and continuous action mode in a single dose. Cell viability and proliferation were evaluated by Alamar Blue, Live/Dead, Annexin V/PI and Ki67 assays, as well as cell cycle analysis, whereas cell morphology was evaluated by MEV. The data showed that the chitosan presented a real mass content of 88.08% and degree of deacetylation of 91.37 ± 3.77%. SEM analysis showed membranes with uniform and homogeneous surface, with a mean thickness of 68.71 µm. Analysis by AFM revealed roughness around 285 nm. The weight of the membranes ranged from 0.03 to 0.04 g, indicating their uniformity, and the surface pH exhibited a mean of 6.9 ± 0.25, a value close to the pH of the saliva. The Alamar Blue assay showed significant differences in mitochondrial activity between groups at 24 h (L1> C, p = 0.0118) and at 48 h (L1> C, p = 0.0022; L4> C, p = 0.0002; L4>L1, p = 0.0022). The Live/Dead assay showed higher density of live cells in irradiated groups (L1 and L4) compared to the group without irradiation (C), which was confirmed by assay of Annexin V/PI, which showed a greater percentage of viable cells in L4 (89.5%) and L1 (87.0%) compared to C (78.4%) at 72 h. The Ki67 immunoexpression was higher in L4 and L1 and these two groups also showed a higher percentage of cells in the proliferative phases of the cell cycle (S and G2/M). The SEM analysis showed in group C cells with more rounded morphology and with few projections, as well as cell debris, whereas in the irradiated groups the cells exhibited a more flat arrangement, more distributed projections and focal adhesion points, especially in L4. Taken together, the results of the present study shown that laser therapy in the studied patterns, especially at the dose of 4 J/cm², has a positive effect on viability and proliferation of PDLSCs on chitosan membranes, thereby allowing the cells to overcome any adverse effects of the scaffold microenvironment (AU).