Avaliação do efeito de modificações topográficas e químico-estruturais de superfícies de titânio no potencial osteogênico de células tronco mesenquimais e pré-osteoblásticas - Zutin, Elis Andrade de Lima [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2017)
Os efeitos de modificações topográficas e químico-estruturais em superfícies de implantes e sua relação com o comportamento celular na interface com o biomaterial, não foram totalmente elucidados. Avaliou-se o efeito de modificações na topografia, composição química e estrutura cristalina de superfícies de titânio comercialmente puro (TiCP) grau IV sobre o potencial osteogênico de células-tronco mesenquimais humanas (CTMh), de células-tronco mesenquimais de camundongo (CTMc) e de células pré-osteoblásticas murinas (MC3T3E1), em diferentes meios de cultivo celular. Amostras de TiCP com superfície lisa e com topografia rugosa em micro e nanoescala foram criadas e caracterizadas por difratometria de raios-X (DFX), goniômetro; microscopia eletrônica de varredura (MEV), perfilômetro óptico (PO) e microscopia de força atômica (MFA). Realizaram-se ensaios osteogênicos de atividade da fosfatase alcalina (ALP); de formação de colônias de osteoblastos (UFC-Ob); de mineralização; de atividade da luciferase (colágeno) e de expressão gênica (qPCR). Para todas as análises estatísticas o nível de significância foi de 5%. Fases cristalinas do TiCP como Ti α, rutilo e anatase, foram identificadas por DFX; o goniômetro comprovou a hidrofilicidade das superfícies; as superfícies rugosas apresentaram valores de rugosidade média (Ra), obtidos por PO maiores do que a superfície lisa (p<0,0001); características micro e nanoestruturais foram comprovadas, medidas e analisadas por MEV e por MFA. A superfície nanotexturizada apresentou maior potencial osteogênico independente do tipo celular e/ou meio de cultivo utilizados nos ensaios de mineralização (p<0,05) e qPCR. Nos ensaios de atividade de ALP em CTMh sob meio osteogênico (p=0,001) e expressão de colágeno em meio regular, também observou-se maior potencial osteogênico da superfície nanotexturizada. A superfície microtexturizada apresentou maior atividade de ALP em CTMh sob meio regular (p=0,006) e em MC3T3E1 sob meio osteogênico 2 (p=0,01); maior produção de colágeno sob meio osteogênico 2 e maior número de UFC-Ob em CTMc em meio regular (p=0,004). Concluiu-se que a diferenciação osteogênica é influenciada tanto pelos efeitos sinérgicos dos tratamentos empregados para a criação de superfícies micro e nanotexturizadas, quanto pelo tipo celular e meios de cultivo utilizados nos testes biológicos. A superfície nanotexturizada apresentou maior potencial de induzir mineralização e expressão de genes osteogênicos in vitro.

The effects of topography and chemical modifications on implants surfaces and its relation with the cellular behavior at the interface with the biomaterial, are not fully elucidated. The effect of changes in the topography, chemical composition and surface crystalline structure of commercially pure titanium (TiCP) grade IV on the osteogenic potential of human mesenchymal stem cells (hMSCs), mouse mesenchymal stem cells (mMSCs) and pre-osteoblastic cells (MC3T3E1), in different cell culture media were evaluated. Smooth surfaces and rough topography in micro and nanoscale were created and characterized by X-ray diffraction (XRD), wettability, scanning electron microscopy (SEM), light interferometry (IFM), atomic force microscopy (AFM). Osteogenic assays of alkaline phosphatase activity (ALP), of osteoblast colonies formation (CFU-Ob); mineralization; luciferase activity (collagen) and gene expression (qPCR) were performed. For all statistical analyzes the level of significance was set to 5%. Crystalline TiCP phases such as Ti α, rutile and anatase were identified by XRD; the goniometer confirmed hydrophilicity of all surfaces; the rough surfaces presented mean of Ra roughness parameter obtained by IFL greater than the smooth surface (p <0.0001); micro and nanofeatures were verified, measured and analyzed by MEV and MFA. Nanotexturized surface presented higher osteogenic potential independent of the cell type or culture media used in the mineralization (p <0,05) and qPCR assays. A greater osteogenic potential of the nanotexturized surface was also observed for ALP activity in hMSCs under osteogenic medium (p=0,001) and expression of collagen in regular medium assays. The microtexturized surface presented higher ALP activity in hMSCs under regular media (p =0.006) and in MC3T3E1 cells under osteogenic media 2 (p=0.01); higher collagen production under osteogenic medium 2 and higher CFU-Ob number in mMSCs in regular media (p=0,004). It was concluded that osteogenic differentiation is influenced both by the synergistic effects of the treatments used to create micro- and nanotexturized surfaces, and by the cell type and culture media used in biological tests. The nanotexturized surface presented greater potential in vitro to induce mineralization and osteogenic genes expression.
The effect of topographic and chemical-structural modifications of titanium surfaces on the osteogenic potential of mesenchymal stem cells and pre-osteoblastic cells
Keywords: Células-tronco; Implantes; Nanotecnologia; Titânio; Teste de materiais; Osteogênese; Stem cells; Implants; Nanotechnology; Titanium; Materials testing; Osteogenesis