O tecido ósseo ao ser lesionado apresenta grande capacidade de regeneração, que pode ser comprometida por algumas doenças sistêmicas como a osteoporose, diabetes mellitus (DM) e hipertensão arterial (HA). Uma alternativa promissora para tratar os danos causados ao reparo do tecido ósseo pela presença dessas doenças consiste no uso da terapia celular com células-tronco mesenquimais (MSC, do Inglês mesenchymal stem cells). No entanto, diversos aspectos necessitam ser investigados para avaliar a eficácia dessa terapia para a regeneração de defeitos ósseos nessas doenças. Nesse contexto, os objetivos desse estudo foram: 1) avaliar in vitro o efeito da osteoporose, DM ou HA sobre o tecido ósseo e diferenciação osteoblástica de MSC; 2) avaliar a influência de MSC de ratos saudáveis (SD-MSC) sobre a diferenciação osteoblástica de MSC de ratos com osteoporose (ORX-MSC), DM (DM-MSC) em meio normoglicêmico ou hiperglicêmico, ou HA (HA-MSC), e 3) avaliar in vivo o efeito de injeção local de SD-MSC para regenerar defeitos ósseos em calvária de ratos com osteoporose, DM ou HA. Para isso, as MSC foram isoladas a partir da medula óssea e avaliadas a proliferação celular, expressão gênica dos marcadores osteoblásticos fator de transcrição relacionado ao runt 2 (Runx2), osterix (Osx), fosfatase alcalina (Alp), sialoproteína óssea (Bsp), osteocalcina (Oc), osteopontina (Opn) e β-catenina (Ctnnb1), expressão gênica de marcadores das vias de sinalização das proteínas ósseas morfogenéticas (BMP, do Inglês bone morphogenetic proteins), Wingless/Integrated (WNT) e integrinas (ITG, do Inglês integrins), expressão proteica de ALP e OPN, atividade de ALP e formação de matriz extracelular mineralizada. Em seguida, foram criados defeitos nas calvárias dos ratos com osteoporose, DM ou HA, e após 2 semanas foram injetadas SD-MSC ou veículo (PBS-Controle). A permanência das células nos defeitos ósseos foi avaliada por bioluminescência utilizando células expressando luciferase. Decorridas 4 semanas da injeção, a formação de tecido ósseo foi avaliada por microtomografia computadorizada, análise histológica e expressão gênica de marcadores osteoblásticos. Os dados foram submetidos ao teste t ou análise de variância, e o nível de significância adotado foi de 5% (p≤0,05). As doenças prejudicaram o tecido ósseo e diferenciação osteoblástica de MSC. As SD-MSC promoveram recuperação parcial da diferenciação osteoblástica de ORX-MSC, DM-MSC e HA-MSC enquanto as ORX-MSC não prejudicaram a diferenciação de SD-MSC, as DM-MSC prejudicam pouco e as HA-MSC prejudicam ainda mais essa diferenciação. Nessas interações houve modulação de genes das vias de sinalização das BMP, WNT e ITG em diferentes graus. As SD-MSC permanecerem nos defeitos de todas as doenças e a terapia celular resultou em maior formação óssea comparada à injeção de PBS nos defeitos de animais com osteoporose e HA, mas não com DM. Os resultados desse estudo são relevantes para o desenvolvimento de terapia celular com vistas à regeneração do tecido ósseo em condições adversas como a osteoporose, DM ou HA.

Bone tissue, when injured, has a great capacity for regeneration, which can be compromised by some systemic diseases such as osteoporosis, diabetes mellitus (DM), and arterial hypertension (AH). A promising alternative to treat the damage caused to the repair of bone tissue by the presence of these diseases is based on cell therapy with mesenchymal stem cells (MSC). However, several aspects need to be investigated to evaluate the effectiveness of this therapy for the regeneration of bone defects in these diseases. In this context, the aims of this study were: 1) to evaluate in vitro the effect of osteoporosis, DM, or HA on bone tissue and osteoblast differentiation of MSC; 2) to evaluate in vitro the influence of MSC from healthy rats (SD-MSC) on osteoblast differentiation of MSC from rats with osteoporosis (ORX-MSC), DM (DM-MSC) in normoglycemic or hyperglycemic medium, or HA (HA-MSC), and 3) to evaluate in vivo the effect of local injection of SD-MSC to regenerate bone defects in calvaria of rats with osteoporosis, DM or HA. For this, MSC were isolated from bone marrow to evaluate cell proliferation, gene expression of osteoblast markers runt-related transcription factor 2 (Runx2), osterix (Osx), alkaline phosphatase (Alp), bone sialoprotein (Bsp), osteocalcin (Oc), osteopontin (Opn) and β-catenin (Ctnnb1), gene expression of markers of BMP, WNT and ITG pathways, ALP and OPN protein expression, ALP activity and mineralized extracellular matrix formation. Then, defects were created in the calvaria of rats with osteoporosis, DM, or HA, and after 2 weeks SD-MSC or vehicle (PBS-Control) were injected. Cell permanence in bone defects was assessed by bioluminescence using cells expressing luciferase. Four weeks post-cell injection, bone tissue formation was evaluated by microcomputed tomography, histological analysis, and gene expression of osteoblast markers. Data were submitted to the t test or analysis of variance, and the significance level adopted was 5% (p≤0.05). The three diseases impaired bone tissue and osteoblast differentiation of MSC. SD-MSC promoted partial recovery of osteoblast differentiation of ORX-MSC, HA-MSC, and DM-MSC while ORX-MSC did not impair SD-MSC differentiation, DM-MSC partially impaired and HA-MSC impaired even more this differentiation. In these interactions, there was modulation of genes of bone morphogenetic proteins (BMP), Wingless/Integrated (WNT), and integrins (ITG) signaling pathways at different levels. The SD-MSC remained in the defects of all diseases and the cell therapy resulted in higher bone formation compared to the injection of PBS in the defects of animals with osteoporosis and HA, but not with DM. The results of this study are relevant for developing cell therapy aimed at regenerating bone tissue in adverse conditions such as osteoporosis, DM, or HA.