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Type: Tese de Doutorado
Title: Engenharia de tecido ósseo a partir da cultura de células-tronco mesenquimais em matriz de quitosana-gelatina: avaliação in vitro e in vivo, em alvéolos dentários de ratos
Authors: Suzana Coulaud da Costa Cruz
First Advisor: Alfredo Miranda de Goes
First Co-advisor: Gerluza Aparecida Borges Silva
First Referee: Elton Goncalves Zenobio
Second Referee: Nanci Beyer Nardi
Third Referee: Patricia Valerio
metadata.dc.contributor.referee4: Helio Chiarini Garcia
metadata.dc.contributor.referee5: Gerluza Aparecida Borges Silva
Abstract: A associação de células-tronco e biomateriais representa uma alternativa promissora para reconstruções ósseas. No presente estudo, avaliou-se o comportamento in vitro e in vivo de células-tronco mesenquimais de medula óssea de ratos, cultivadas em uma matriz tridimensional de quitosana e gelatina. Essa matriz foi sintetizada e caracterizada química (energia dispersiva de raios-x - EDS e difração de raios-x - XRD) e morfologicamente (microscopia de luz - ML, microscopia eletrônica de varredura - MEV e microscopia confocal). Células-tronco mesenquimais de medula óssea (CTMMO), obtidas de ratos Lewis transgênicos para eGFP (Enhanced green fluorescent protein), foram semeadas nas matrizes. Os experimentos in vitro e in vivo foram realizados com células-tronco mesenquimais marcadas endogenamente com eGFP (Enhanced green fluorescent protein), extraídas de ratos transgênicos isogênicos da linhagem Lewis-eGFP positivos (Universidade de Missouri EUA) e ratos Lewis WT eGFP negativos foram, posteriormente, usados como receptores, para permitir o monitoramento do destino das células transplantadas in vivo, por meio da técnica imunohistoquímica. As matrizes sintetizadas foram também avaliadas in vitro quanto à biocompatibilidade (análises de conversão de MTT, atividade de fosfatase alcalina e morfológica, por meio de ML e MEV) e comparou-se o comportamento das células (colonização, adesão, proliferação e diferenciação osteogênica) em culturas bi e tridimensionais mantidas em meio basal (DMEM) e em meio osteogênico (DMEM acrescido de suplementos osteogênicos). Na avaliação in vivo, trinta e dois ratos machos selvagens foram usados como recipientes para o implante da matriz (n=16) ou para o transplante do construto (n=16) e empregou-se o modelo de alvéolos dentários de ratos. Sendo assim, após a exodontia dos primeiros molares superiores, as matrizes/construtos foram implantados nos alvéolos dentários esquerdos de ratos receptores, Lewis Wild Type. Os alvéolos contralaterais foram utilizados como controles. Os animais, ratos Lewis (n=16) de cada grupo experimental, foram eutanasiados 5, 21 e 35 dias após a cirurgia. O comportamento, a biodegradação e biocompatibilidade da matriz após implante foram avaliados histologicamente, por meio de microscopia de luz, nos três períodos experimentais. Os implantes dos construtos (biomaterial + CTMMO cultivadas em meio basal por 3 dias) também foram avaliados nos três períodos experimentais. Realizou-se a análise morfométrica, para quantificação do preenchimento ósseo dos alvéolos experimentais, lado esquerdo, e controles, lado direito, nos períodos de 5, 21 e 35 dias após a cirurgia, por meio de tomografia computadorizada cone beam (TCCB). Rastreou-se o destino das células-tronco eGFP-positivas transplantadas, por análise imunohistoquímica, com uso de anticorpos anti-GFP. Os resultados in vivo revelaram alta biocompatibilidade e lenta biodegradação da matriz. A morfometria mostrou um aumento significativo da mineralização óssea nos alvéolos transplantados após 21 e 35 dias. A imunohistoquímica revelou a contribuição de CTMMO para os reparos ósseo, epitelial e vascular. As matrizes de quitosana e gelatina apresentaram propriedades físico-químicas e biológicas adequadas para a utilização como material de preenchimento, como carreador de células-tronco e para a reconstituição de tecidos ósseos por meio da engenharia tecidual. Os resultados mostraram que a matriz de quitosana e gelatina é um biomaterial promissor para o carreamento de CTMMO e que o construto obtido (matriz de quitosana e gelatina-CTMMO) pode ser uma estratégia viável para engenharia de tecido ósseo em Odontologia.
Abstract: The association of stem cells and biomaterials is a promising alternative for bone reconstruction. In the present study, the in vitro and in vivo behavior of the mesenchymal stem cells from rat bone marrow cultured in a chitosan and gelatin tridimensional matrix. This matrix was synthesized and characterized chemical (energy dispersive x-rays - EDS, x-ray diffraction - XRD) and morphologically (light microscopy, scanning electron microscopy and confocal microscopy). Mesenchymal stem cells from bone marrow (BMSC) obtained from Lewis rats transgenic for eGFP (enhanced green fluorescent protein) were seeded in these scaffolds. In vitro and in vivo experiments were performed with mesenchymal stem cells endogenously tagged with eGFP (enhanced green fluorescent protein) from transgenic rat inbred strain Lewis-eGFP positive (University of Missouri - USA) and Wild Type Lewis-eGFP negative rats were, subsequently, used as receptors, to allow monitoring the fate in vivo of the transplanted cells, by immunohistochemical technique. The scaffolds synthesized were also evaluated in vitro for the biocompatibility (MTT conversion, alkaline phosphatase activity and morphological analyzes by SEM and LM) and the cells behavior were compared (colonization, adhesion, proliferation and osteogenic differentiation) in monolayer and in tridimensional cultures maintained in basal medium, Dulbeccos modified Eagles medium (DMEM) and in osteogenic medium (DMEM plus osteogenic supplements). In vivo, thirty-two wild male rats were used as recipients for the implantation of the scaffold (n=16) or for the transplantation of the construct (n=16) and the tooth sockets of rats model were employed. Therefore, after extraction of the first upper molars, the scaffolds/constructs were implanted in the left dental sockets of the recipient rats, Lewis Wild Type. The right dental sockets were used as controls. The animals, Lewis rats (n=16) from each experimental group were euthanized 5, 21 and 35 days after surgery. The behavior, biocompatibility and biodegradation of the matrix after implantation were evaluated histologically by light microscopy, for the three experimental periods. The constructs implants (scaffold seeded with BMSC in basal medium for three days) were also evaluated in the three experimental periods. Morphometric analysis was performed to quantify bone filling of the experimental sockets, left side, and controls, right side, in periods of 5, 21and 35 days after surgery by means of cone beam computed tomography (CBCT). The fate of the eGFP-positive stem cells transplanted was screened by immunohistochemistry. The in vivo results showed high biocompatibility and slow degradation of the matrix. Morphometric analysis showed a significant increase in bone mineralization in the sockets transplanted after 21 and 35 days. Immunohistochemistry revealed the contribution of BMSC to repair bone, epithelial and vascular tissues. The gelatin and chitosan scaffolds showed physic-chemical and biological properties suitable for use as a filling material, as a carrier for stem cells and reconstitution of the bone tissue by means of tissue engineering. The results showed that the gelatin and chitosan scaffold is a promising carrier biomaterial for BMSC and the construct (chitosan and gelatin scaffold-BMSC) represents a viable strategy for bone tissue engineering in dentistry.
Subject: Medula óssea
Quitosana
Células tronco mesenquimais
Alvéolo dental
Engenharia de tecidos
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9AKJD8
Issue Date: 30-Jun-2010
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