Effect of titanium surface roughness on human bone marrow cell proliferation and differentiation: an experimental study / Efeito da rugosidade de superfície de discos de titânio sobre a proliferação e diferenciação de células de medula óssea humana: estudo experimental

ABSTRACT

PURPOSE: To assess the proliferation and differentiation of human bone marrow-derived cells cultured on titanium surfaces with different roughness characteristics. METHODS: Cells obtained from the iliac crest of an adult human donor were routinely processed and cultured on titanium surfaces of varying roughness, according to their preparation method: polishing only (smooth surface) and polishing followed by etching with HF/HNO3 for 15 and 30 minutes (rough surfaces). Surfaces were assessed using scanning electronic microscopy and profilometry. RESULTS: Titanium disks etched with acid for 15 minutes allowed greater cell proliferation in all culture periods. The level of osteopontin and osteocalcin expression was increased in both acid-etched groups, which indicates an advanced stage of differentiation of cells into osteoblasts. CONCLUSIONS: Increased surface roughness accelerates the differentiation of undifferentiated mesenchymal cells into osteogenic lineage cells, but does not necessarily favor cell proliferation. An intermediate surface roughness of 0.5µm (acid etching for 15 minutes) favors both initial and final cell responses.

RESUMO

OBJETIVO: Avaliar a proliferação e diferenciação de células derivadas da medula óssea humana sobre superfícies de titânio com diferentes rugosidades de superfície. MÉTODOS: Células obtidas da crista ilíaca de um doador humano adulto foram rotineiramente processadas e cultivadas sobre superfícies de titânio preparadas através de polimento apenas, ou polimento seguido de condicionamento com HF/HNO3 por 15 e 30 minutos, para produzir superfícies com rugosidades variadas, conforme determinado por Microscopia Eletrônica de Varredura e perfilometria. RESULTADOS: Discos de titânio condicionados com ácido por 15 minutos permitiram maior proliferação celular em todos os períodos de cultura. O nível de expressão das proteínas osteopontina e osteocalcina estava aumentado em ambos os grupos condicionados com ácido, indicando que as células estavam comprometidas com o fenótipo osteogênico. CONCLUSÕES: O aumento na rugosidade de superfície acelera a diferenciação de células mesenquimais indiferenciadas em células de linhagem osteogênica, mas não necessariamente favorece a proliferação celular. Uma superfície com rugosidade intermediária de 0,5µm (condicionada com ácido por 15 minutos) favorece tanto as respostas celulares iniciais quanto as finais.