Avaliação das características de crescimento de células-tronco dentárias humanas e alterações morfológicas celulares em resposta à nanotopografia por matriz extracelular
DOI:
https://doi.org/10.11606/issn.2357-8041.clrd.2019.160296Palavras-chave:
Células-tronco da Polpa Dentária, Nanofibras, Meio Condicionada, Nanotopografia, Ácido PoliláticoResumo
Objetivo: Nanotopografia e fatores extracelulares solúveis estão presentes nas célulastronco
da polpa dentária Seu efeito na sobrevivência e diferenciação de células-tronco dentárias ainda não foi estabelecido. Nosso objetivo foi analisar os papéis individuais e combinados da nanotopografia e do soro (fatores solúveis) da matriz extracelular (MEC) no crescimento, potencial de diferenciação e características morfológicas das células-tronco da polpa dentária humana. Este estudo avaliou e comparou a resposta de
tais células-tronco a diferentes estímulos ambientais – nanofibras, soro e meios condicionados. Materiais e métodos: Neste estudo, nanofibras de PLLA fabricadas foram usadas como meio biomimético estrutural in vitro da nanotopografia nativa encontrada na polpa de células-tronco/MEC in vivo. O soro e o meio condicionado foram utilizados como o imitador in vitro dos fatores solúveis aos quais as células-tronco são expostas in vivo. As células-tronco foram cultivadas na presença e ausência de nanofibras de ácido poli-L lático biodegradáveis e soro. As características de crescimento das células-tronco da polpa dentária humana foram avaliadas em termos de viabilidade celular e tempo de duplicação no intervalo de cada passagem. As alterações morfológicas celulares foram estudadas usando microscopia invertida e coloração H&E. Como segunda parte do estudo, as células em todas as condições de cultura foram expostas ao Meio Condicionado para Polpa Dentária (MCPD) por um curto período de 3 dias. As características de crescimento e as alterações morfológicas das células foram avaliadas após a exposição curta ao MCPD. Além disso, a microscopia eletrônica de varredura foi utilizada para o estudo morfológico das células-tronco em nanofibras, expostas aos meios condicionados. As células diferenciadas foram analisadas por TR-PCR quantitativa quanto à expressão neurogênica e odontogênica dos genes RUNX2, osteopontina e β-tubulina III. Resultados: As células-tronco dentárias apresentaram melhor sobrevida e proliferação na presença de nanofibras e soro. A ausência de nanofibras ou soro alterou a sobrevivência e proliferação de células-tronco de forma significativa e indicou diferenciação. Além disso, observou-se que, após a exposição curta ao MCPD, a presença de nanofibras e soro de PLLA favoreceu maior potencial de diferenciação odontogênica e neurogênica, sem alterações morfológicas características da diferenciação terminal. Conclusão: Células-tronco da polpa dentária humana são capazes de detectar sinais geométricos em nanoescala de seu microambiente. Nanotopografia e fatores solúveis da matriz extracelular afetam as células-tronco. Estudos adicionais são essenciais para identificar os principais caminhos que desempenham um papel vital nessas interações.
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Referências
Lanza R, Gearhart J, Hogan B, Melton D, Pedersen R, Thomas ED, Thomson J, editors. Essentials of Stem Cell Biology. Cambridge: Academic Press; 2006.
Weissman IL, Anderson DJ, Gage F. Stem and progenitor cells: origins, phenotypes, lineage commitments, and transdifferentiations. Annu Rev Cell Dev Biol. 2001;17:387-403. doi: https://www.doi.org/10.1146/annurev.cellbio.17.1.387
Gronthos S, Brahim J, Li W, Fisher LW, Cherman N, Boyde A, et al. Stem cell properties of human dental pulp stem cells. J Dent Res. 2002;81:531-5. doi: https://www.doi.org/10.1177/154405910208100806
Gronthos S, Mankani M, Brahim J, Robey PG, Shi S. Postnatal human dental pulp stem cells (DPSCs) in vitro and in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000;97(25):13625-30. doi: https://www.doi.org/10.1073/pnas.240309797
Maher A, Núñez-Toldrà R, Carrio N, Ferres-Padro E, Ali H, Montori S, Al Madhoun A. The Effect of Commercially Available Endodontic Cements and Biomaterials on Osteogenic Differentiation of Dental Pulp Pluripotent-Like Stem Cells. Dent J (Basel). 2018;6(4). doi: https://www.doi.org/10.3390/dj6040048
Karaöz E, Doğan BN, Aksoy A, Gacar G, Akyüz S, Ayhan S, et al. Isolation and in vitro characterisation of dental pulp stem cells from natal teeth. Histochem Cell Biol. 2010;133(1):95-112. doi: https://www.doi.org/10.1007/s00418-009-0646-5
Miura M, Gronthos S, Zhao M, Lu B, Fisher LW, Robey PG, Shi S. SHED: stem cells from human exfoliated deciduous teeth. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003;100(10):5807-12. doi: https://www.doi.org/10.1073/pnas.0937635100
Friedlander LT, Cullinan MP, Love RM. Dental stem cells and their potential role in apexogenesis and apexification. Int Endod J. 2009;42(11):955-62. doi: https://www.doi.org/10.1111/j.1365-2591.2009.01622.x
Mitsiadis TA, Woloszyk A, Jimenez-Rojo L. Nanodentistry: combining nanostructured materials and stem cells for dental tissue regeneration. Nanomedicine (Lond). 2012;7(11):1743-53. doi: https://www.doi.org/10.2217/nnm.12.146
Nishikawa SI, Osawa M. Generating quiescent stem cells. Pigment Cell Res. 2007;20(4):263-70. doi: https://www.doi.org/10.1111/j.1600-0749.2007.00388.x
Wang J, Ma H, Jin X, Hu J, Liu X, Li L, Ma PX. The effect of scaffold architecture on odontogenic differentiation of human dental pulp stem cells. Biomaterials. 2011;32(31):7822-30. doi: https://www.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.04.034
Brafman DA. Constructing stem cell microenvironments using bioengineering approaches. Physiol Genomics. 2013;45(23):1123-35. doi: https://www.doi.org/10.1152/physiolgenomics.00099.2013
Gupte MJ, Ma PX. Nanofibrous Scaffolds for Dental and Craniofacial Applications. J Dent Res. 2012;91(3):227-34. doi: https://www.doi.org/10.1177/0022034511417441
Khanna-Jain R, Vanhatupa S, Vuorinen A, Sandor GKB, Suuronen R, et al. Growth and Differentiation of Human Dental Pulp Stem Cells Maintained in Fetal Bovine Serum, Human Serum and Serum-free/Xeno-free Culture Media. J Stem Cell Res Ther. 2012; 2(4). doi: https://www.doi.org/10.4172/2157-7633.1000126
Scadden DT. The stem-cell niche as an entity of action. Nature. 2006;441(7097):1075-9. doi: https://www.doi.org/10.1038/nature04957.
Estrela C, Alencar AH, Kitten GT, Vencio EF, Gava E. Mesenchymal stem cells in the dental tissues: perspectives for tissue regeneration. Braz Dent J. 2011;22(2):91-8.
Fitzgerald M, Chiego JD Jr, Heys DR. Autoradiographic analysis of odontoblast replacement following pulp exposure in primate teeth. Arch Oral Biol. 1990;35(9):707-15. doi: https://www.doi.org/10.1016/0003-9969(90)90093-p.
Kim DH, Provenzano PP, Smith CL, Levchenko A. Matrix nanotopography as a regulator of cell function. J Cell Biol. 2012;197(3):351-60. doi: https://www.doi.org/10.1083/jcb.201108062
Turner LA, Matthew JD. Nanotopography – potential relevance in the stem cell niche. Biomater Sci. 2014;2:1574-94. doi: https://www.doi.org/10.1039/C4BM00155A
Sloan AJ, Waddington RJ. Dental pulp stem cells: what, where, how? Int J Paediatr Dent. 2009;19(1):61-70. doi: https://www.doi.org/10.1111/j.1365-263X.2008.00964.x
Soares DG, Zhang Z, Mohamed F, Eyster TW, Souza Costa CA, Ma PX. Simvastatin and nanofibrous poly (l-lactic acid) scaffolds to promote the odontogenic potential of dental pulp cells in an inflammatory environment. Acta Biomater. 2018;68:190-203.
Alleman M, Low E, Truong K, Huang E, Hill CK, Chen TY, et al. Dental pulp-derived stem cells (DPSC) differentiation in vitro into odontoblast and neuronal progenitors during cell passaging is associated with alterations in cell survival and viability. Int J Med Biomed Res. 2013;2(2):133-41.
Bonnamain V, Thinard R, Sergent-Tanguy S, Huet P, Bienvenu G, Naveilhan P, et al. Human dental pulp stem cells cultured in serum-free supplemented medium. Front Physiol. 2013;4:357.
Deng XL, Xu MM, Li D, Sui G, Hu XY, Yang XP. Electrospun PLLA/ MWNTs/HA hybrid nanofiber scaffolds and their potential in dental tissue engineering. Key Eng Mater. 2007;330-332:393-6. doi: https://www.doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.330-332.393
Matsuoka F, Takeuchi I, Agata H, Kagami H, Shiono H, Kiyota Y, et al. Morphology-Based Prediction of Osteogenic Differentiation Potential of Human Mesenchymal Stem Cells. PLoS One. 2013;8(2):e55082. doi: https://www.doi.org/10.1371/journal.pone.0055082
Woo KM, Chen VJ, Ma PX. Nano-fibrous scaffolding architecture selectively enhances protein adsorption contributing to cell attachment. J Biomed Mater Res A. 2003;67(2):531-7.
Zainal Ariffin SH, Kermani S, Zainol Abidin IZ, Megat Abdul Wahab RM, Yamamoto Z, Senafi S, et al. Differentiation of Dental Pulp Stem Cells into Neuron-Like Cells in Serum-Free Medium. Stem Cells Int. 2013;2013(250740). doi: https://www.doi.org/10.1155/2013/250740
Kichenbrand C, Velot E, Menu P, Moby V. Dental pulp stem cell-derived conditioned medium: an attractive alternative for regenerative therapy. Tissue Eng Part B Rev. 2019;25(1):78-88. doi: https://www.doi.org/10.1089/ten.TEB.2018.0168
Ramesh B, Bishi DK, Rallapalli S, Arumugam S, Cherian KM, Guhathakurta S. Ischemic cardiac tissue conditioned media induced differentiation of human mesenchymal stem cells into early stage cardiomyocytes. Cytotechnology. 2012;64(5):563-75. doi: https://www.doi.org/10.1007/s10616-012-9440-7
Shi S, Bartold PM, Miura M, Seo BM, Robey PG, Gronthos S. The efficacy of mesenchymal stem cells to regenerate and repair dental structures. Orthod Craniofac Res. 2005;8(3):191-9. doi: https://www.doi.org/10.1111/j.1601-6343.2005.00331.x
Aanismaa R, Hautala J, Vuorinen A, Miettinen S, Narkilahti S. Human dental pulp stem cells differentiate into neural precursors but not into mature functional neurons. Stem Cell Discovery. 2012;2(3):85-91. doi: https://www.doi.org/10.4236/scd.2012.23013
Yang F, Murugan R, Wang S, Ramakrishna S. Electrospinning of nano/micro scale poly(L-lactic acid) aligned fibers and their potential in neural tissue engineering. Biomaterials. 2005;26(15):2603-10. doi: https://www.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.06.051
Abe S, Hamada K, Miura M, Yamaguchi S. Neural crest stem cell property of apical pulp cells derived from human developing tooth. Cell Biol Int. 2012;36(10):927-36.
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