Effects of antihypertensive drugs in the differentiation and activation of human bone cells

O osso é um tecido metabolicamente ativo e a sua remodelação é importante para regular e manter a massa óssea. Esse processo envolve a reabsorção do material ósseo por ação dos osteoclastos e a síntese de novo material ósseo mediado pelos osteoblastos. Vários estudos têm sugerido que a pressão arterial elevada está associada a alterações no metabolismo do cálcio, o que leva ao aumento da perda de cálcio e da remoção de cálcio do osso. Embora as alterações no metabolismo ósseo sejam um efeito adverso associado a alguns fármacos antihipertensores, o conhecimento em relação a este efeito terapêutico ligado com os bloqueadores de canais de cálcio é ainda muito escasso. Uma vez que os possíveis efeitos no osso podem ser atribuídos à ação antihipertensiva dessas moléculas, ou através de um efeito direto nas atividades metabólicas ósseas, torna-se necessário esclarecer este assunto. Devido ao facto de que as alterações no metabolismo ósseo são um efeito adverso associado a alguns fármacos antihipertensores, o objetivo deste trabalho é avaliar o efeito que os bloqueadores dos canais de cálcio exercem sobre as células ósseas humanas, nomeadamente osteoclastos, osteoblastos e co-culturas de ambos os tipos celulares. Verificou-se que os efeitos dos fármacos antihipertensores variaram consoante o fármaco testado e o sistema de cultura usado. Alguns fármacos revelaram a capacidade de estimular a osteoclastogénese e a osteoblastogénese em concentrações baixas. Independentemente da identidade do fármaco, concentrações elevadas revelaram ser prejudiciais para a resposta das células ósseas. Os mecanismos intracelulares através dos quais os efeitos foram exercidos foram igualmente afetados de forma diferencial pelos diferentes fármacos. Em resumo, este trabalho demonstrou que os bloqueadores dos canais de cálcio utilizados possuem a capacidade de afetar direta- e indiretamente a resposta de células ósseas humanas, cultivadas isoladamente ou co-cultivadas. Este tipo de informação é crucial para compreender e prevenir os potenciais efeitos destes fármacos no tecido ósseo, e também para adequar e eventualmente melhorar a terapêutica antihipertensora de cada paciente.

Negative modulation of human osteoclastogenesis by antiepileptic drugs

Bone is constantly being molded and shaped by the action of osteoclasts and osteoblasts. A proper equilibrium between both cell types metabolic activities is required to ensure an adequate skeletal tissue structure, and it involves resorption of old bone and formation of new bone tissue. It is reported that treatment with antiepileptic drugs (AEDs) can elicit alterations in skeletal structure, in particular in bone mineral density. Nevertheless, the knowledge regarding the effects of AEDs on bone cells are still scarce, particularly on osteoclastic behaviour. In this context, the aim of this study was to investigate the effects of five different AEDs on human osteoclastic cells. Osteoclastic cell cultures were established from precursor cells isolated from human peripheral blood, and were maintained in the absence (control) or in the presence of 10-8-10-4 M of different AEDs (valproate, carbamazepine, gabapentin, lamotrigine and topiramate). Cell cultures were characterized throughout a 21-day period for tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) activity, number of TRAP+ multinucleated cells, presence of cells with actin rings and expressing vitronectin and calcitonin receptors, and apoptosis rate. Also, the involvement of several signaling pathways on the cellular response was addressed. All the tested drugs were able to affect osteoclastic cell development, although with different profiles on their osteoclastogenic modulation properties. Globally, the tendency was to inhibit the process. Furthermore, the signaling pathways involved in the process also seemed to be differentially affected by the AEDs, suggesting that the different drugs may affect osteoclastogenesis through different mechanisms. In conclusion, the present study showed that the different AEDs had the ability to negatively modulate the osteoclastogenesis process, shedding new light towards a better understanding of how these drugs can affect bone tissue.

Modulation of osteoclastogenesis by antihypertensive drugs

Despite its rigid structure, bone is a dynamic tissue that is in constant remodeling. This process requires the action of the bone-resorbing osteoclasts and the bone-synthesing osteoblasts. One of the adverse effects attributed to some antihypertensive agents is the ability to alter normal bone metabolism. However, their effective actions on human bone cells remain to be clarified. In this work, the effects of five calcium channel blockers, a class of antihypertensive drugs (AHDs), were investigated on osteoclastic differentiation. Osteoclastic cell cultures were established from precursor cells isolated from human peripheral blood, and were maintained in the absence (control) or in the presence of 10-8-10-4 M of different AHDs (amlodipine, felodipine, diltiazem, lercanidipine and nifedipine). Cell cultures were characterized throughout a 21 day period for tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) activity, number of TRAP+ multinucleated cells, presence of cells with actin rings and expressing vitronectin and calcitonin receptors, and apoptosis rate. Also, the involvement of several signaling pathways on the cellular response was addressed. It was observed that the tested AHDs had the ability to differentially affect osteoclastogenesis. At low doses, amlodipine and felodipine caused an increase on osteoclastic differentiation, while the other drugs inhibited it. At higher doses, all the molecules caused a decrease on the process. The tested AHDs also showed different effects on the analysed signaling pathways. In conclusion, AHDs appeared to have a direct effect on human osteoclast precursor cells, affecting their differentiation. Interestingly, some of them increased while others inhibited the process. Unraveling the mechanisms beneath these observations might help to explain the adverse effects on bone tissue described for this drug class.

Impacto da Radioterapia no stress oxidativo em modelos celulares radiorresistentes em contexto de obesidade

Introdução: Estudos anteriores em modelos tumorais de glioma e melanoma, tumores radiorresistentes, indicaram que a obesidade pode estar relacionada com um aumento do status oxidativo e com a diminuição da resistência à radiação. Como a Radioterapia é o tratamento frequentemente utilizado para esta patologia, propomo-nos, desta forma, a explorar a influência da obesidade em células de glioma, as BC3H1, e melanoma, B16F10, submetidas a Radioterapia, na presença de agentes oxidantes e antioxidantes, para o estudo da sua influência ao nível da viabilidade celular e do impacto do stress oxidativo. Métodos: As células BC3H1 e B16F10 foram tratadas com t-BOOH (150μM e 50 μM, respetivamente), TUDCA (25μM e 1μM, respetivamente) e com a mistura de t-BOOH+TUDCA em meio DMEM sem soro e meio condicionado (CM), a partir de adipócitos 3T3-L1. Em seguida, parte das células foram irradiadas com uma dose total de 2Gy. Posteriormente avaliou-se a viabilidade celular (teste MTT) e o stress oxidativo (teste TBARS, atividade da catalase, concentração da GSH, e status antioxidante total), às 4h e 12h. Resultados: Observou-se um aumento da capacidade antioxidante total das células irradiadas, comparativamente com as células não irradiadas. O meio condicionado reduziu o stress oxidativo nas BC3H1, ao mesmo tempo que reduziu a sua viabilidade celular. O TUDCA nas células incubadas com MC e submetidas a radioterapia, tendencialmente diminuiu a viabilidade celular, nas concertações em estudo. Discussão/Conclusão: O meio condicionado e a radioterapia, por si só, aumentam a resposta antioxidante total na célula, às 4h e às 12h. O TUDCA nas células incubadas com meio condicionado e submetidas a radioterapia, teve um comportamento citotóxico para as BC3H1, nas concentrações testadas. Revelando a necessidade de aprofundar os estudos da ação deste composto como agente radiossensibilizador, neste e noutros modelos celulares de carcinogénese.

Otimização da produção de biogás com recurso a redes neuronais artificiais

Numa Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), são elevados os custos não só de tratamento das águas residuais como também de manutenção dos equipamentos lá existentes, nesse sentido procura-se utilizar processos capazes de transformar os resíduos em produtos úteis. A Digestão Anaeróbia (DA) é um processo atualmente disponível capaz de contribuir para a redução da poluição ambiental e ao mesmo tempo de valorizar os subprodutos gerados. Durante o processo de DA é produzido um gás, o biogás, que pode ser utilizado como fonte de energia, reduzindo assim a dependência energética da ETAR e a emissão de gases com efeito de estufa para a atmosfera. A otimização do processo de DA das lamas é essencial para o aumento da produção de biogás, mas a complexidade do processo constitui um obstáculo à sua otimização. Neste trabalho, aplicaram-se Redes Neuronais Artificiais (RNA) ao processo de DA de lamas de ETAR. RNA são modelos simplificados inspirados no funcionamento das células neuronais humanas e que adquirem conhecimento através da experiência. Quando a RNA é criada e treinada, produz valores de output aproximadamente corretos para os inputs fornecidos. Foi esse o motivo para recorrer a RNA na otimização da produção de biogás no digestor I da ETAR Norte da SIMRIA, usando o programa NeuralToolsTM da PalisadeTM para desenvolvimento das RNA. Para tal, efetuou-se uma análise e tratamento de dados referentes aos últimos quatro anos de funcionamento do digestor. Os resultados obtidos permitiram concluir que as RNA modeladas apresentam boa capacidade de generalização do processo de DA. Considera-se que este caso de estudo é promissor, fornecendo uma boa base para o desenvolvimento de modelos eventualmente mais gerais de RNA que, aplicado conjuntamente com as características de funcionamento de um digestor e o processo de DA, permitirá otimizar a produção de biogás em ETAR.

Redes Neuronais Artificiais na Otimização do Processo de Digestão Anaeróbia - Aplicação a uma ETAR da AdCL

Numa sociedade com elevado consumo energético, a dependência de combustíveis fósseis em evidente diminuição de disponibilidades é um tema cada vez mais preocupante, assim como a poluição atmosférica resultante da sua utilização. Existe, portanto, uma necessidade crescente de recorrer a energias renováveis e promover a otimização e utilização de recursos. A digestão anaeróbia (DA) de lamas é um processo de estabilização de lamas utilizado nas Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) e tem, como produtos finais, a lama digerida e o biogás. Maioritariamente constituído por gás metano, o biogás pode ser utilizado como fonte de energia, reduzindo, deste modo, a dependência energética da ETAR e a emissão de gases com efeito de estufa para a atmosfera. A otimização do processo de DA das lamas é essencial para o aumento da produção de biogás. No presente relatório de estágio, as Redes Neuronais Artificiais (RNA) foram aplicadas ao processo de DA de lamas de ETAR. As RNA são modelos simplificados inspirados no funcionamento das células neuronais humanas e que adquirem conhecimento através da experiência. Quando a RNA é criada e treinada, produz valores de output aproximadamente corretos para os inputs fornecidos. Uma vez que as DA são um processo bastante complexo, a sua otimização apresenta diversas dificuldades. Foi esse o motivo para recorrer a RNA na otimização da produção de biogás nos digestores das ETAR de Espinho e de Ílhavo da AdCL, utilizando o software NeuralToolsTM da PalisadeTM, contribuindo, desta forma, para a compreensão do processo e do impacto de algumas variáveis na produção de biogás.