Interação entre a alta lipogênese decorrente de condições metabólicas com o comportamento de osteoblastos e da célula endotelial desafiados com titânio

Pinto, Thaís Silva

Interação entre a alta lipogênese decorrente de condições metabólicas com o comportamento de osteoblastos e da célula endotelial desafiados com titânio

Arquivos

pinto_ts_dr_bot_par.pdf (783.31 KB)

pinto_ts_dr_bot_int.pdf (4.45 MB)

Data

2024-02-23

Autores

Pinto, Thaís Silva

Orientador

Zambuzzi, Willian Fernando

Pós-graduação

Biotecnologia - IBB 33004064087P8

Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Tipo

Tese de doutorado

Direito de acesso

Acesso restrito

Resumo

Resumo (português)

Biomateriais metálicos, especialmente o titânio, são utilizados como implantes odontológicos e ortopédicos, e dependem de processos como angiogênese e osteogênese para garantir o sucesso na implantação. Embora a utilização desses biomateriais seja bem estabelecida, profissionais de saúde enfrentam desafios, como a prolongada recuperação, sobretudo em indivíduos com metabolismo comprometido, como aqueles diagnosticados com obesidade e síndrome metabólica. O impacto dessas condições no processo de regeneração tecidual e osseointegração ainda é pouco compreendido. Estudos indicam que o metabolismo comprometido está associado a alterações na biologia óssea e vascular, prejudicando o microambiente peri-implante. Este estudo investigou as respostas de células endoteliais e osteoblastos ao titânio com diferentes modificações de superfície, como o duplo ataque ácido (DAE) e o revestimento de nanohidroxiapatita (nHA), em condições de alta lipogênese utilizando modelos com adipócitos, organoides de fígado e hepatócitos. Além disso, analisamos células mesenquimais (MSC) obtidas do fêmur de ratos obesos (Obese) e tratados com farelo de arroz (RB). Os modelos de alta lipogênese com adipócitos, organoides hepáticos e hepatócitos, demonstraram um aumento no número e no tamanho das gotículas de lipídeos intracelulares. A célula endotelial, quando exposta ao titânio e à condição adipogênica, mostrou modulações na expressão dos genes VEGF-R1, MAPKs e IL-6, assim como na proteína SRC. Os osteoblastos, quando diferenciados com meio condicionado por adipócitos, organoides de fígado e hepatócitos, exibiram gotículas de gordura intracelular e modulação na expressão de genes relacionados ao osso em resposta ao titânio. O gene RUNX2 foi amplificado nos osteoblastos tratados com titânio nHA em condições lipogênicas dos adipócitos e hepatócitos. Nas MSCs do fêmur de ratos obesos, observou-se um aumento na expressão do gene Runx2 e uma redução em Ppar-γ, Tgfb1 e Osx. Já o grupo Obese + RB elevou a expressão do gene Bglap. Na célula endotelial o titânio nHA estimulou a expressão de genes como VEGF, eNOS e AKT, resultando em uma maior angiogênese e migração celular, juntamente com um aumento no remodelamento da matriz extracelular. Os titânios testados influenciaram vias relacionadas à angiogênese dependente da via PI3K/AKT. Esta pesquisa apresenta contribuições importantes para o entendimento do impacto da alta lipogênese sobre a resposta de células endoteliais e osteoblastos ao titânio in vitro, assim como as alterações no perfil de expressão gênica das MSCs em um contexto ex vivo com ratos obesos tratados com farelo de arroz (Obese + RB), comprovando que os mecanismos envolvidos no microambiente peri-implantar são impactados nestas condições.

Resumo (inglês)

Metallic biomaterials, especially titanium, are widely used as dental and orthopedic implants, relying on processes such as angiogenesis and osteogenesis for successful implantation. Despite the well-established use of these biomaterials, healthcare professionals encounter challenges, such as extended recovery times, particularly in individuals with compromised metabolism, such as those diagnosed with obesity and metabolic syndrome. The impact of these conditions on tissue regeneration and the osseointegration process remains poorly understood. Studies indicate that compromised metabolism is linked to changes in bone and vascular biology, adversely affecting the peri-implant microenvironment. This study aimed to investigate the responses of endothelial cells and osteoblasts to titanium with different surface modifications, including double acid etching (DAE) and nanohydroxyapatite (nHA) coating, under conditions of high lipogenesis using models with adipocytes, liver organoids, and hepatocytes. Furthermore, we analyzed mesenchymal cells (MSC) obtained from the femur of obese rats (Obese) and treated with rice bran (RB). High lipogenesis models with adipocytes, liver organoids, and hepatocytes demonstrated an increase in the number and size of intracellular lipid droplets. The endothelial cell, when exposed to titanium and adipogenic conditions, showed modulations in the expression of VEGF-R1, MAPKs, and IL-6 genes, as well as in the SRC protein. Osteoblasts, when differentiated with medium conditioned by adipocytes, liver organoids, and hepatocytes, exhibited intracellular fat droplets and modulation in the expression of bone-related genes in response to titanium. The RUNX2 gene was amplified in osteoblasts treated with nHA titanium under lipogenic conditions of adipocytes and hepatocytes. In MSCs from the femur of obese rats, an increase in the expression of the Runx2 gene and a reduction in Ppar-γ, Tgfb1, and Osx were observed. The Obese + RB group increased the expression of the Bglap gene. In the endothelial cell, nHA titanium stimulated the expression of genes such as VEGF, eNOS, and AKT, resulting in greater angiogenesis and cell migration, along with an increase in the remodeling of the extracellular matrix. The tested titanium influenced pathways related to angiogenesis dependent on the PI3K/AKT pathway. This research presents important results for understanding the impact of high lipogenesis on the response of endothelial cells and osteoblasts to titanium in vitro, as well as changes in the gene expression profile of MSCs in an ex vivo context with obese rats treated with rice bran (Obese + RB), proving that the mechanisms involved in the peri-implant microenvironment are impacted under these conditions.