Influencia de un recubrimiento de fosfato de calcio (BONIT) en la proliferación y el potencial de diferenciación de las células madre mesenquimatosas humanas en la fase temprana de la curación ósea
Autores: Eggert, Andy; Buhren, Bettina Alexandra; Schrumpf, Holger; Haversath, Marcel; Ruppert, Martin; Jäger, Marcus; Krauspe, Rüdiger; Zilkens, Christoph
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Influencia de un recubrimiento de fosfato de calcio (BONIT) en la proliferación y el potencial de diferenciación de las células madre mesenquimatosas humanas en la fase temprana de la curación ósea
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales para aplicaciones biomédicas
Palabras clave
Implantes
Condición de la superficie
Recubrimiento BONIT
Materiales osteosintéticos
Osteointegración
Expresión génica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Al implantar materiales osteosintéticos o implantes ortopédicos, la condición de la superficie juega un papel decisivo para la osteointegración a medio y largo plazo. BONIT, un recubrimiento de fosfato de calcio (CaP) producido electroquímicamente, se ha utilizado en el refinamiento de la superficie de implantes desde 1995. Hasta ahora, se han colocado con éxito más de 3.5 millones de implantes recubiertos. Así, BONIT ha podido demostrar éxito clínico. Sin embargo, debido a sus propiedades superficiales y solubilidad, y la dificultad resultante en el cultivo de células, no existen estudios in vitro que investiguen su influencia a nivel molecular, particularmente sobre el metabolismo óseo. En un primer paso, las células de un total de diez donantes se sembraron por separado en cuatro superficies diferentes: 1. una superficie de titanio pura tratada con corindón (CELLTex, CT), 2. CT con recubrimiento adicional de BONIT (CT + B), 3. una superficie de titanio tratada con hidroxiapatita (DUOTex, DT), 4. DT con recubrimiento adicional de BONIT (DT + B). En un segundo paso, las células se cultivaron durante 48 h. Se investigó el comportamiento de proliferación y el potencial de diferenciación de hMSCs en tres momentos consecutivos (12 h, 24 h y 48 h) cuantificando la expresión de ARNm de diez marcadores de diferenciación importantes mediante reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real cuantitativa (qRT-PCR). Pudimos demostrar que BONIT tiene influencia en el comportamiento de proliferación y diferenciación temprana de hMSCs en pacientes de todos los grupos de edad. El recubrimiento adicional de BONIT en CELLTex o DUOTex condujo a un patrón definido de expresión de ARNm para los factores investigados: se pudo encontrar una tendencia hacia una tasa de expresión más alta con el recubrimiento presente para la proteína morfogenética ósea 2 (BMP2), osteopontina (OPN), osteocalcina (OC), ligando activador del receptor NF-B (RANKL) y osteoprotegerina (OPG). Se detectó una tasa de expresión similar o más baja para el factor de transcripción relacionado con runt 2 (RUNX2), colágeno tipo I alfa-1 (COL1A1), fosfatasa alcalina (AP), osteonectina (ON) e factor de crecimiento similar a la insulina I (IGF1). Hemos desarrollado un nuevo método que permite el cultivo de células madre estromales mesenquimatosas humanas (hMSCs) sobre el recubrimiento soluble BONIT para el análisis de expresión génica. BONIT tiene una influencia significativa en el comportamiento de proliferación y diferenciación de las células madre estromales mesenquimatosas humanas. Este estudio describe un patrón definido de expresión génica del metabolismo óseo que puede ayudar a comprender la influencia de este recubrimiento de CaP en la fase temprana de la osteointegración del implante.
Descripción
Al implantar materiales osteosintéticos o implantes ortopédicos, la condición de la superficie juega un papel decisivo para la osteointegración a medio y largo plazo. BONIT, un recubrimiento de fosfato de calcio (CaP) producido electroquímicamente, se ha utilizado en el refinamiento de la superficie de implantes desde 1995. Hasta ahora, se han colocado con éxito más de 3.5 millones de implantes recubiertos. Así, BONIT ha podido demostrar éxito clínico. Sin embargo, debido a sus propiedades superficiales y solubilidad, y la dificultad resultante en el cultivo de células, no existen estudios in vitro que investiguen su influencia a nivel molecular, particularmente sobre el metabolismo óseo. En un primer paso, las células de un total de diez donantes se sembraron por separado en cuatro superficies diferentes: 1. una superficie de titanio pura tratada con corindón (CELLTex, CT), 2. CT con recubrimiento adicional de BONIT (CT + B), 3. una superficie de titanio tratada con hidroxiapatita (DUOTex, DT), 4. DT con recubrimiento adicional de BONIT (DT + B). En un segundo paso, las células se cultivaron durante 48 h. Se investigó el comportamiento de proliferación y el potencial de diferenciación de hMSCs en tres momentos consecutivos (12 h, 24 h y 48 h) cuantificando la expresión de ARNm de diez marcadores de diferenciación importantes mediante reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real cuantitativa (qRT-PCR). Pudimos demostrar que BONIT tiene influencia en el comportamiento de proliferación y diferenciación temprana de hMSCs en pacientes de todos los grupos de edad. El recubrimiento adicional de BONIT en CELLTex o DUOTex condujo a un patrón definido de expresión de ARNm para los factores investigados: se pudo encontrar una tendencia hacia una tasa de expresión más alta con el recubrimiento presente para la proteína morfogenética ósea 2 (BMP2), osteopontina (OPN), osteocalcina (OC), ligando activador del receptor NF-B (RANKL) y osteoprotegerina (OPG). Se detectó una tasa de expresión similar o más baja para el factor de transcripción relacionado con runt 2 (RUNX2), colágeno tipo I alfa-1 (COL1A1), fosfatasa alcalina (AP), osteonectina (ON) e factor de crecimiento similar a la insulina I (IGF1). Hemos desarrollado un nuevo método que permite el cultivo de células madre estromales mesenquimatosas humanas (hMSCs) sobre el recubrimiento soluble BONIT para el análisis de expresión génica. BONIT tiene una influencia significativa en el comportamiento de proliferación y diferenciación de las células madre estromales mesenquimatosas humanas. Este estudio describe un patrón definido de expresión génica del metabolismo óseo que puede ayudar a comprender la influencia de este recubrimiento de CaP en la fase temprana de la osteointegración del implante.