Estudo global do perfil transcriptômico envolvido com respostas adaptativas à biomateriais

Abstract

Devido ao aumento de análises globais à processos biológicos, trazendo avanços na compreensão de aplicações no campo de biomateriais, faz-se necessário o uso de novas ferramentas in silico que sejam capazes de explorar esses dados, como é o caso de dados globais de transcriptomas gerados a partir de células osteogênicas interagindo com diferentes biomateriais. Para melhor análise, propomos neste estudo a aplicação de ferramentas de bioinformática, como os pacotes limma e GSVA na linguagem de programação R, para melhor realizar a expressão diferencial e análise de enriquecimento funcional em dados depositados em bancos públicos e registrado sob o acesso E-MTAB-7219. A partir da análise de variação de conjunto de genes (GSVA), foram obtidas expressões diferenciais entre os transcriptomas dos materiais hidroxiapatita (sinterizada à 1100, 1150 e 1250ºC) e β-tricálcio fosfato, sinterizado à 1050 e 1100ºC, além do poliestireno, considerado como controle. Gerou-se Heatmaps para cada grupo de assinaturas moleculares, sendo possível, a partir destes interpretar os materiais que apresentam uma melhor biocompatibilidade mediante sua resposta adaptativa aos materiais, identificando as principais vias enriquecidas para cada condição; dentre as quais destacam-se as vias envolvidas com a viabilidade e padrões osteogênicos dessas células testadas, compostas por genes importantes em eventos de comportamento celulares frente a eventos de sobrevivência e diferenciação osteoblástica. A partir do diagrama de Venn foram observados 4 genes da intersecção com os 5 grupos de materiais e os específicos para cada um deles. Para confirmar os dados, cultivo celular foi realizado a partir do enriquecimento do meio de cultura com os biomateriais, avaliando assim a toxicidade, viabilidade e genes específicos envolvidos o fenótipo osteoblástico, como àqueles relatados com proliferação celular, osteoclastogênese e MAPKs (envolvidas com fenótipo proliferativo e de sobrevivência). Considerando nossos resultados, foi mostrado que protocolos de síntese de biomateriais promovem assinaturas específicas de expressão gênica. Destacamos ainda a importância destes ensaios in vitro e in silício e que estes devem ser considerados no planejamento para ensaios in vivo.

Due to the increase of global analysis to biological processes, bringing advances in the understanding of applications in the field of biomaterials, it is necessary to use new in silico tools that are able to exploit this data, as is the case of global transcriptome data generated from cells interacting with different biomaterials, obtained from different sintering temperatures. To better analyze this data, we propose in this study the application of bioinformatics tools, such as the limma and GSVA packages in the R programming language, to better perform differential expression and functional enrichment analysis on data deposited in public banks and registered under access. E-MTAB-7219. From the analysis of gene set variation (GSVA), differential expressions were obtained between the transcripts of hydroxyapatite (sintered at 1100, 1150 and 1250ºC) and sintered β-tricalcium phosphate at 1050 and 1100ºC, besides the control material (polystyrene), used here as a control. Heatmaps were generated for each group of molecular signatures. From these, it was possible to interpret the materials that present the best biocompatibility through their adaptive response to the materials, identifying the main enriched pathways for each condition; Among them, we highlight the pathways involved with the viability and osteogenic patterns of these cells tested, composed by genes important in cellular behavioral events against survival events and osteoblastic differentiation. From the Venn diagram were observed 4 genes of intersection with the 5 groups of materials and specific to each one of them. To confirm the data, cell culture was performed from the culture medium enrichment with biomaterials, thus evaluating the toxicity, viability and specific genes involved in the osteoblastic phenotype, such as those reported with cell proliferation, osteoclastogenesis and MAPKs (involved with proliferative phenotype and survival). Considering our results, it has been shown that biomaterial synthesis protocols promote specific gene expression signatures. We also highlight these as a necessary tool to be considered as a prerequisite for in vivo assays.