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Type: Tese de Doutorado
Title: Estratégias de cultivo de células-tronco derivadas do tecido adiposo humano para promover a regeneração tecidual óssea in vivo
Authors: Ana Claudia Chagas de Paula
First Advisor: Alfredo Miranda de Goes
First Referee: Fabiola Mara Ribeiro
Second Referee: Patricia Valerio
Third Referee: Silviene Novikoff
metadata.dc.contributor.referee4: Pedro Pires de Carvalho
Abstract: Grandes defeitos no crânio não regeneram satisfatoriamente, representando um importante problema biomédico. As atuais estratégias para regenerar o tecido ósseo ainda apresentam algumas limitações, dessa forma, a engenharia de tecidos é uma ciência atrativa para contornar tais limitações. Atualmente as células-tronco derivadas do tecido adiposo humano (hASCs) estão em foco para aplicação na engenharia de tecidos. Previamente a sua aplicação clínica, as hASCs devem ser expandidas ex vivo para obter o número requerido de células para transplante. No entanto, a expansão ex vivo das células-tronco antes da aplicação clínica ainda representa um desafio. O soro fetal bovino (SFB) é amplamente empregado como um suplemento para meio de cultura e expõe os pacientes receptores a infecções e reações imunológicas após o transplante. Além disso, a expansão celular constitui um risco de transformação celular maligna. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar se há resistência para transformação maligna durante a expansão de hASCs em condição de cultura livre de componentes xenogênicos, usando o pool de soro alogênico humano (SH), assim como, avaliar a capacidade das hASCs, quando cultivadas em matrizes tridimensionais de polihidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHB-HV), em se diferenciar em células da linhagem osteogênica e regenerar defeito de tamanho crítico em calvária de camundongos imunossuprimidos. As hASCs expandidas em meio suplementado com SH não apresentaram diferenças notáveis na morfologia, viabilidade, capacidade de diferenciação e imunofenótipo. A principal diferença observada foi um efeito proliferativo significativamente maior nas hASCs cultivadas em SH comparado ao SFB. Não existiu diferença significativa na expressão de c-FOS, mas a expressão da proteína c-MYC estava elevada nas culturas com SH comparado as culturas com SFB. No entanto, nenhuma diferença foi observada nos níveis de mRNA de MYC, CDKN2A, ERBB2 e TERT. Além disso, as hASCs apresentaram cariótipo normal, sofreram senescência e não formaram tumores in vivo, eliminando a possibilidade de imortalização espontânea das hASCs na presença de SH. As matrizes de PHB-HV, desenvolvidas pela técnica de liofilização, apresentaram estrutura de poros e performance mecânica adequada, que permitiu a colonização celular. As matrizes não foram tóxicas para as células, como mostrado pelo ensaio de MTT. E a diferenciação osteogênica das hASCs cultivadas na matriz foi confirmada pela redução da proliferação, atividade de fosfatase alcalina, expressão gênica de ALPL, COL1A1, RUNX2 e BGLAP, e expressão de marcadores ósseo, como colágeno tipo I, osteopontina e osteocalcina. Além disso, a matriz de PHB-HV demonstrou alto grau de biocompatibilidade in vivo. Na última etapa desta tese, embora as análises histológicas mostrassem uma boa progressão da injúria óssea com neoangiogênese, as matrizes tridimensionais de PHB-HV, colonizadas ou não por hASCs implantadas não foram capazes de regenerar o defeito de tamanho crítico em calvária após 12 semanas de implantação. No geral, os resultados obtidos sugerem que o SH é uma abordagem adequada e segura para cultivar hASCs e diferenciá-las em células da linhagem osteogênica destinadas para aplicações clínicas. E a matriz tridimensional de PHB-HV parece ser adequada para o crescimento e diferenciação das hASCs útil para engenharia de tecido ósseo, porém mais estudos são necessários.
Abstract: Large cranial defects do not regenerate successfully, posing an important biomedical issue. The current approaches to heal the bone tissue still face some limitations and thus, the tissue engineering is an attractive science to bypass these limitations. Human adipose-derived stem cells (hASCs) are currently a point of focus for tissue engineering applications. Prior to their clinical application, hASCs must be expanded ex vivo to obtain the required number of cells for transplantation. However, the ex vivo expansion of stem cells before clinical application remains a challenge. The fetal bovine serum (FBS) is largely used as a medium supplement and exposes the recipient patient to infections and immunological reactions after tranplantation. Furthermore, the cell expansion poses a risk of malignant cell transformation. Therefore, the aim of this study was to evaluate if the hASCs are resistant to spontaneous transformation during expansion in a xeno-free culture condition, using a pooled allogeneic human serum (HS) as well as the capacity of hASCs cutured in poly-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate (PHB-HV) scaffolds to differentiate in osteogenic lineages and to heal critical-size calvarial defect in imunodeficient mouse. The hASCs expanded in medium supplemented with HS did not show remarkable differences in morphology, viability, differentiation capacity and immunophenotype. The main difference observed was a significantly higher proliferative effect on hASCs cultured in HS compared to FBS. There was no significant difference in C-FOS expression, but C-MYC protein expression was enhanced in HS cultures compared to FBS cultures. However no difference was observed in MYC, CDKN2A, ERBB2 and TERT mRNA levels. Moreover, the hASCs presented normal karyotype undergoing senescence, and did not form in vivo tumors, eliminating the possibility of spontaneous immortalization of hASCs in the presence of HS. The PHB-HV scaffolds developed by the freeze-drying technique showed an adequate porous structure and mechanical performance suitable for allowing cell colonization. The scaffolds were not toxic to cells as shown by MTT assay. And the osteogenic differentiation of hASCs cultured on scaffolds was confirmed by the reduction of the proliferation, the alkaline phosphatase activity, gene expression of ALPL, COL1A1, RUNX2 and BGLAP, and the expression of bone markers, such as collagen type I, osteopontin and osteocalcin. Furthermore, the PHB-HV scaffold demonstrates high degree of biocompatibility in vivo. In the last step of this thesis, although the histological analysis showed a good progression of the bone injury with neoangiogenesis, the implanted PHB-HV scaffolds seeded with/without hASCs were not able to heal critical-size mouse calvarial defects after 12 weeks of implantation. Overall, the findings suggest that the HS is an approach suitable and safe to culture hASCs and differentiate these cells in osteogenic lineages intended for clinical applications. And the PHB-HV scaffold seems to be adequate for cell growth and differentiation of hASCs usefull for bone tissue engineering, but further studies are needed.
Subject: Bioquímica e imunologia
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A29FJ6
Issue Date: 17-Aug-2015
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