Cultura de condrócitos em arcabouço tridimensional: hidrogel de alginato

OBJETIVOS: O presente estudo teve como objetivo cultivar condrócitos retirados da articulação do joelho de coelhos encapsulados em hidrogel de alginato (HA) e caracterizar a produção de matriz extracelular (ECM). MÉTODOS: A cartilagem articular foi removida do joelho de coelhos, com três a seis meses, fragmentada em pedaços de 1mm e submetida à digestão enzimática. Uma concentração de 1x106 céls/mL foram ressuspensas em uma solução de alginato de sódio a 1,5% (w/v), em seguida fez-se o processo de gelatinização em CaCl2 (102 mM), permitindo a formação do HA e cultivo em meio DMEM-F12 durante quatro semanas. A distribuição das células e a ECM foram acessadas através das secções histológicas coradas com e azul de toluidina hematoxilina e eosina (HE). RESULTADOS: Houve um aumento no número e na viabilidade dos condrócitos durante as quatro semanas de cultura. Através das análises histológicas dos HAs corados com azul de toluidina e HE foi possível observar a distribuição definida dos condrócitos no hidrogel, assemelhando-se a grupos isógenos e formação de matriz territorial. CONCLUSÃO: Este estudo demonstrou a eficiência do HA como arcabouço para ser usado na cultura de condrócitos, constituindo uma alternativa no reparo de lesões na cartilagem articular.

Implante de condrócitos homólogos em defeitos osteocondrais de cães: padronização da técnica e avaliação histopatológica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Reparação de defeitos osteocondrais de cães com implante de cultura de condrócitos homólogos e membrana biossintética de celulose: avaliação clínica, ultrassonográfica e macroscópica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Cultivo de condrócitos equinos e avaliação de sua condrogenicidade mediante implante de células associadas ao hidrogel em subcutâneo de camundongos atímicos

Pós-graduação em Medicina Veterinária - FMVZ

Cultura de condrócitos para o uso terapêutico: reconstituição de cartilagem

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Expressão das proteínas da matriz na discondroplasia da tíbia

A discondroplasia da tíbia (TD) em aves consiste numa anomalia do esqueleto onde existe uma falha nos processos normais da ossificação endocondral. Esta patologia é caracterizada pela formação de uma cartilagem não vascularizada e não mineralizada que se estende até à metáfise. Uma vez que existem várias anomalias do esqueleto em mamíferos com lesões semelhantes às apresentadas pela TD, este trabalho teve como objectivo a caracterização desta patologia em termos das moléculas que podem estar envolvidas no seu desenvolvimento. Assim, foi estudada a expressão das macromoléculas da matriz extracelular, das enzimas degradadoras da matriz (metaloproteinases da matriz: MMPs), bem como das moléculas envolvidas na proliferação e diferenciação celular, na angiogénese e apoptose. A expressão génica foi realizada, por PCR quantitativo em tempo real, em placas de crescimento normais e discondroplásicas obtidas a partir de frangos de carne (broilers) da estirpe Cobb. Os níveis proteicos de algumas MMPs foram analisados por immunoblotting e zimografia de gelatina. No presente estudo não se verificou alteração na expressão dos genes dos colagénios do tipo II, IX, X e XI, bem como do agrecano, nas lesões discondroplásicas. Observou-se uma redução acentuada nos níveis de mRNA da gelatinase-B (MMP-9), da colagenase-3 (MMP-13) e das estromalisinas -2 (MMP-10) e -3 (MMP-11), bem como nos níveis proteicos da gelatinase-A (MMP-2) e da MMP-13. Por outro lado, a MMP-7 aumentou drasticamente a expressão do seu gene. As moléculas envolvidas na proliferação e diferenciação dos condrócitos, tais como a PTHrP, o Ihh, o Cbfa-1 e o Sox-9, mantiveram a sua expressão génica nas lesões. Por outro lado, o TGF-β reduziu a sua expressão. A caspase-3 também dimimuiu a sua expressão na patologia. Em relação aos factores angiogénicos, o FGF manteve a sua expressão e o VEGF aumentou significativamente nas lesões. Este aumento do VEGF juntamente com o aumento da MMP-7 sugere um aumento da hipoxia nas lesões. Os nossos resultados sugerem que a acumulação da cartilagem observada na discondroplasia é devida a uma diminuição da proteólise da matriz, resultado de uma sub-expressão das MMPs, e não de um aumento da produção das macromoléculas da matriz. Desta forma, os nossos resultados sugerem que a falha na expressão e/ou activação das MMPs poderá estar associada ao desenvolvimento da discondroplasia da tíbia em aves. Finalmente, os nossos resultados vêm suportar os resultados anteriores que sugerem uma ligação entre a expressão das MMPs e anomalias no processo de ossificação endocondral.

Role of insulin and insulin-like peptides in bone formation: identification of bone-specific target genes and regulatory mechanisms, and characterization of the insulin-mimetic effect of vanadium

Tese de Doutoramento em Biologia, Especialidade em Biologia Molecular, Universidade do Algarve, 2008

Effect of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) on the proliferation and extracellular matrix mineralization and gene expression of gilthead seabream skeletal cell lines

The aquaculture industry aims at replacing significant amounts of marine fish oil by vegetable oils in fish diet. Dietary lipids have been shown to alter the fatty acid composition of bone compartments, which would impact the local production of factors controlling bone formation. Knowledge on the mechanisms underlying the nutritional regulation of bone metabolism is however scarce in fish. Two in vitro bone-derived cell systems developed from seabream (an important species for aquaculture in the Mediterranean region) vertebra, capable of in vitro mineralization and exhibiting prechondrocyte (VSa13) and pre-osteoblast (VSa16) phenotype, were used to assess the effect of certain polyunsaturated fatty acids (PUFAs; arachidonic (AA), eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) acids) on cell proliferation, extracellular matrix (ECM) mineralization and gene expression. While all PUFAs promoted morphological changes in both cell lines, VSa16 cell proliferation appeared to be stimulated by PUFAs in a dose dependent manner until 100M, whereas proliferation of VSa13 cells was impaired at concentrations above 10M. AA, EPA and DHA inhibited VSa13 ECM mineralization, alone and in combination, while VSa16 ECM mineralization was only inhibited by AA and EPA. DHA had the opposite effect, increasing mineralization almost by 2 fold. When EFAs were combined, DHA apparently compensated for the inhibitory effect of AA and EPA. Expression of marker genes for bone and lipid metabolisms has been investigated by qPCR and shown to be regulated in pre-osteoblasts exposed to individual PUFAs. Our results show that PUFAs are effectors of fish bone cell lines, altering cell morphology, proliferation and mineralization when added to culture medium. This work also demonstrates the suitability of our in vitro cell systems to get insights into mineralization-related effects of PUFAs in vivo and to evaluate the replacement of fish oils by vegetable oil sources in fish feeds.

Molecular characterization of Gla-rich protein (GRP) gene expression and function

Gla-rich protein (GRP) is a vitamin K-dependent protein related to bone and cartilage recently described. This protein is characterized by a large number of Gla (γ-carboxyglutamic acid) residues being the protein with the highest Gla content of any known protein. It was found in a widely variety of tissues but highest levels was found in skeletal and cartilaginous tissues. This small secreted protein was also expressed and accumulated in soft tissues and it was clearly associated with calcification pathologies in the same tissues. Although the biological importance of GRP remains to be elucidated, it was suggested a physiological role in cartilage development and calcification process during vertebrate skeleton formation. Using zebrafish, an accepted model to study skeletal development, we have described two grp paralog genes, grp1 and grp2, which exhibited distinct patterns of expression, suggesting different regulatory pathways for each gene. Gene synteny analysis showed that grp2 gene is more closely related to tetrapod grp, although grp1 gene was proposed to be the vertebrate ortholog by sequence comparison. In addition, we identified a functional promoter of grp2 gene and using a functional approach we confirmed the involvement of transcription factors from Sox family (Sox9b and Sox10) in the regulation of grp2 expression. In an effort to provide more information about the function of grp isoforms, we generated two zebrafish transgenic lines capable to overexpress conditionally grp genes and possible roles in the skeleton development were studied. To better understand GRP function a mammalian system was used and the analysis of knockout mice showed that GRP is involved in chondrocyte maturation and the absence of GRP is associated to proteoglycans loss in calcified articular cartilage. In addition, we detected differences in chondrogenesis markers in articular chondrocyte primary culture. Overall, our data suggest a main role for GRP on chondrocyte differentiation.

Molecular structure and functional analysis of runx3 in zebrafish

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Universidade do Algarve, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, 2014

Identification and molecular characterization of bone-related micrornas: functional implications

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2014

Identification of novel molecular determinants of tissue mineralization in fish

The identification of genes involved in signaling and regulatory pathways, and matrix formation is paramount to the better understanding of the complex mechanisms of bone formation and mineralization, and critical to the successful development of therapies for human skeletal disorders. To achieve this objective, in vitro cell systems derived from skeletal tissues and able to mineralize their extracellular matrix have been used to identify genes differentially expressed during mineralization and possibly new markers of bone and cartilage homeostasis. Using cell systems of fish origin and techniques such as suppression subtractive hybridization and microarray hybridization, three genes never associated with mechanisms of calcification were identified: the calcium binding protein S100-like, the short-chain dehydrogenase/reductase sdr-like and the betaine homocysteine S-methyltransferase bhmt3. Analysis of the spatial-temporal expression of these 3 genes by qPCR and in situ hybridization revealed: (1) the up-regulation of sdr-like transcript during in vitro mineralization of gilthead seabream cell lines and its specificity for calcified tissues and differentiating osteoblasts; (2) the up-regulation of S100-like and the down-regulation of bhmt3 during in vitro mineralization and the central role of both genes in cartilaginous tissues undergoing endo/perichondral mineralization in juvenile fish. While expression of S100-like and bhmt3 was restricted to calcified tissues, sdr-like transcript was also detected in soft tissues, in particular in tissues of the gastrointestinal tract. Functional analysis of gene promoters revealed the transcriptional regulation of the 3 genes by known regulators of osteoblast and chondrocyte differentiation/mineralization: RUNX2 and RAR (sdr-like), ETS1 (s100-like; bhmt3), SP1 and MEF2c (bhmt3). The evolutionary relationship of the different orthologs and paralogs identified within the scope of this work was also inferred from taxonomic and phylogenetic analyses and revealed novel protein subfamilies (S100-like and Sdr-like) and the explosive diversity of Bhmt family in particular fish groups (Neoteleostei). Altogether our results contribute with new data on SDR, S100 and BHMT proteins, evidencing for the first time the role for these three proteins in mechanisms of mineralization in fish and emphasized their potential as markers of mineralizing cartilage and bone in developing fish.

Discondroplasia tibial: mecanismos de lesão e controle

A discondroplasia tibial (DT) é atribuída a uma assincronia no processo de diferenciação dos condrócitos, levando à formação de uma camada de condrócitos pré-hipertróficos e de uma cartilagem na tíbia proximal que não é calcificada, mas é resistente à invasão vascular. Além disso, tem sido proposto que, na discondroplasia tíbial, a etapa final do processo de calcificação não ocorre devido ao fato de que os efetores de alguns genes, relacionados com o mecanismo de calcificação do disco de crescimento podem apresentar algumas de suas propriedades químicas ou biológicas alteradas e/ou não serem expressos. Nesse sentido, a compreensão do mecanismo de ação e o papel das biomoléculas e dos minerais relacionados com a discondroplasia tibial poderão contribuir para o conhecimento de doenças do tecido ósseo e estabelecer estratégias de prevenção e tratamento.

Análises histológica e morfométrica do uso de membrana biossintética de celulose em trocleoplastia experimental de cães

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Low-level laser on femoral growth plate in rats

OBJETIVO: Determinar a influência do Laser Terapêutico de Baixa Potência sobre a placa de crescimento de ratos. MÉTODOS: Trinta ratos Wistar machos com 40 dias de idade foram divididos em dois grupos, G1 e G2. O grupo G1 foi submetido à irradiação com laser GaAlAs 830 nm, potência de saída de 40 mW, e densidade de energia de 10 J/cm2. A irradiação foi aplicada diariamente por um período máximo de 21 dias. O mesmo procedimento foi realizado no grupo G2, com a probe desativada. Cinco animais em cada grupo foram sacrificados nos dias 7, 14 e 21 e submetidas à análise histomorfométrica. RESULTADOS: em ambos os grupos, o disco fisário esteve radiograficamente visível em todos os momentos nas incidências craniocaudal e médio-lateral. No 21º dia a porcentagem de comprimento longitudinal do fêmur foi maior em G1 que em G2 em relação ao valor basal, e o número de condrócitos da zona hipertrófica foi maior em G1 que em G2. A zona de cartilagem calcificada estava maior em G1 em relação a G2 em todos os momentos de avaliação. A angiogênese foi maior em G1 que em G2 nos 14º e 21º dias. CONCLUSÃO: A terapia com laser terapêutico de baixa potência influenciou negativamente o disco fisário distal do fêmur de ratos.