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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.41.2013.tde-15102013-110559
Document
Author
Full name
Bruno Vinicius Pimenta de Almada
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2013
Supervisor
Committee
Bueno, Maria Rita dos Santos e Passos (President)
Fanganiello, Roberto Dalto
Ferreira, Cecilia Helena de Azevedo Gouveia
Title in Portuguese
Comparação entre fontes de células-tronco mesenquimais na indução à regeneração óssea
Keywords in Portuguese
Células-tronco de dentes decíduos esfoliados
Células-tronco de músculo orbicular do lábio
Engenharia de tecidos
Abstract in Portuguese
A regeneração óssea é um processo fisiológico que promove a neoformação de tecido ósseo saudável e funcional com características idênticas antes da lesão. Entretanto, frente a defeitos críticos, o osso é incapaz de se regenerar espontaneamente. Diante destas deficiências, a bioengenharia de tecidos ósseos (BTO) é uma opção promissora para a regeneração deste tipo de defeito. A maioria das abordagens de BTO utiliza as células-tronco mesenquimais da medula óssea (BMSC), porém, a coleta de BMSC dos pacientes é um processo bastante invasivo e doloroso. Por estas desvantagens, a busca por abordagens acessíveis e menos invasivas de novas fontes de células-tronco (CT) se tornou necessária. Neste contexto, as células-tronco de polpa de dentes decíduos (SHED) foram identificadas e sua aplicação na BTO, desde então, vem sendo amplamente estudada devido ao seu potencial osteogênico e por se tratar de uma fonte não invasiva. A obtenção de células-tronco do músculo orbicular do lábio (OOMDSC) também não causa dor adicional aos indivíduos, pois os fragmentos deste tecido são rotineiramente descartados durante as cirurgias de reconstrução do lábio. No presente trabalho investigamos o potencial de diferenciação osteoblástico in vitro e in vivo das OOMDSC e comparamos com as SHED, além disto, associamos estas células a biomateriais de HA/β-TCP e investigamos a sua contribuição na neoformação óssea in vivo. O imunofenótipo de cada amostra de SHED e OOMDSC foi verificado para certificar a identidade de CT mesenquimais. Em seguida, as células em cultura foram submetidas à diferenciação osteoblástica in vitro. Em 9 e 14 dias de diferenciação as OOMDSC apresentaram menor atividade de fosfatase alcalina (p<0,0001) e menor marcação de matriz extracelular mineralizada, comparado às SHED (p<0,001), enquanto que em 21 dias estas diferenças não foram mais observadas. Quando associadas a biomateriais e implantadas em defeitos críticos calvariais bilaterais em ratos Wistar, tanto OOMDSC e SHED foram capazes de induzir neoformação óssea após 50 dias de cirurgia, conforme evidenciado pela análise morfológica e por micro-CT. Todavia, as células ósseas encontradas nos sítios da neoformação óssea não eram de origem humana. A avaliação da neoformação óssea in vivo induzida por SHED assim como a sua distribuição no enxerto foi verificada também em 07, 15 e 30 dias pós-cirúrgicos. Nestes períodos não há evidência de neoformação óssea, entretanto, as SHED estão localizadas no tecido conjuntivo que se forma e preenche o enxerto. Além disto, os dados sugerem que estas células estão relacionadas à modificações na microarquitetura do biomaterial e ainda à modulação dos números dos osteoclastos, também verificada nestas amostras. Portanto, podemos concluir que as OOMDSC são tão capazes de se diferenciar em osteoblastos quanto às SHED in vitro, porém esta diferenciação é mais lenta. Os experimentos in vivo indicam que as SHED possuem maior capacidade de indução à neoformação óssea quando comparadas às OOMDSC e que, em nosso modelo, as CT humanas não se diferenciam em osteoblastos in vivo. De qualquer forma a adição das CT ao biomaterial favorece a neoformação óssea, variações de microarquitetura e modulação dos osteoclastos. O fato de as ilhas ósseas não serem de origem humana indica que as células-tronco possam estar secretando fatores de indução à osteogênese, estimulando a neoformação óssea a partir das células do hospedeiro.
Title in English
Comparison of mesenchymal stem cells from different sources in inducing bone formation
Keywords in English
Stem cells from exfoliated deciduous teeth
Stem cells from the orbicularis oris muscle
Tissue engineering
Abstract in English
Bone regeneration is a physiological process, which promotes the growth of tissue at the site of injury, with the same characteristics of the original bone. However, when faced with critical defects the bone is unable to regenerate spontaneously. Bone tissue engineering (BTE) is a promising option for regenerating this type of defect. The majority of the approaches in BTE use Bone Marrow derived Mesenchymal Stem Cells (BMSC); however, the aspiration of bone marrow is a very invasive and painful procedure. Due to these disadvantages, the search for new, affordable and less invasive sources of stem cells (SC) has become necessary. In this context, stem cells from exfoliated deciduous teeth (SHED) have been identified and their application in BTE, since then, has been widely studied because they can be obtained non-invasively and due to their osteogenic potential. Stem cells from the orbicularis oris muscle (OOMDSC) are also obtained non-invasively and do not cause additional pain to individuals, because the fragments of this tissue are routinely discarded during lip reconstruction surgeries. In the present work we investigated, in vitro and in vivo, the osteoblastic differentiation potential of OOMDSC and compared with SHED; furthermore, we associated these cells with HA/β-TCP scaffolds and investigate its contribution in the bone formation in vivo. The immunophenotype of each OOMDSC and SHED sample was verified to attest their mesenchymal stem cell identity. Then, cell cultures were submitted to osteoblastic differentiation in vitro. In 9 and 14 days of differentiation, OOMDSC exhibited lower alkaline phosphatase activity (p <0.0001) and lower mineralized extracellular matrix staining compared to SHED (p <0.001), whereas at 21 days, these differences were no longer observed. When associated with scaffolds and implanted into bilateral critical-sized calvarial defects in Wistar rats, both OOMDSC and SHED were able to induce bone formation after 50 days of surgery, as evidenced by morphological analysis and micro-CT. However, bone cells found at sites of bone formation were not of human origin. The evaluation of new bone formation in vivo induced by SHED as well as its distribution in the graft was performed at 07, 15 and 30 days after surgery. During these periods there was no evidence of new bone formation, however, SHED were located in the connective tissue that formed and filled the graft. Furthermore, our results suggest that these cells are related to changes in the microarchitecture of the scaffold and also to the modulation of the number of osteoclasts observed in these samples. In summary, our results suggest that OOMDSC are as capable to differentiate into osteoblasts as SHED in vitro, but this differentiation is slower. In vivo experiments indicate that SHED has a greater ability to induce bone formation when compared with OOMDSC, and that in our model, the human stem cells do not differentiate into osteoblasts in vivo. Nonetheless, the addition of SC to the scaffolds promotes bone formation, as well as variations in microarchitecture and modulation of osteoclasts. The fact that the bone islands are not of human origin indicates that the stem cells may be secreting osteogenesis-inducing factors, stimulating the host's cells to regenerate the defects.
 
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Bruno_Almada.pdf (2.68 Mbytes)
Publishing Date
2013-11-06
 
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