Bases fisiológicas de la regeneración ósea I: histología y fisiología del tejido óseo

El hueso es el único tejido del organismo capaz de regenerarse, permitiendo la restitutio ad integrum tras el trauma. Cuando se produce una fractura, se coloca un implante osteointegrado o se realiza un injerto para aumentar el sustrato óseo antes de la inserción de implantes, lo que se pretende es la regeneración ósea, es decir, la formación de hueso nuevo que, tras un proceso de remodelado, sea idéntico al preexistente. El hueso es un tejido dinámico en constante formación y reabsorción. Este fenómeno equilibrado, denominado proceso de remodelado, permite la renovación de un 5-15 % del hueso total al año en condiciones normales (1). El remodelado óseo consiste en la reabsorción de una cantidad determinada de hueso llevada a cabo por los osteoclastos, así como la formación de la matriz osteoide por los osteoblastos y su posterior mineralización. Este fenómeno tiene lugar en pequeñas áreas de la cortical o de la superficie trabecular, llamadas 'unidades básicas de remodelado óseo'. La actuación terapéutica en los campos de la Traumatología y Ortopedia, Cirugía Oral y Maxilofacial e Implantología, se asienta sobre los principios biológicos de la regeneración ósea, en los que están implicados células, matriz extracelular y señales osteoinductivas. El objetivo de este trabajo es realizar una puesta al día de los conocimientos actuales sobre los mecanismos bioquímicos y fisiológicos de la regeneración ósea, resaltando de manera especial el papel que en ella juegan las células y las proteínas de la matriz ósea.Bone is the only body tissue capable of regeneration, allowing the restitutio ad integrum following trauma. In the event of a fracture or bone graft, new bone is formed, which following the remodeling process is identical to the pre-existing. Bone is a dynamic tissue in constant formation and resorption. This balanced phenomena, known as the remodeling process, allows the renovation of 5-15% of the total bone mass per year under normal conditions (1). Bone remodeling consists of the resorption of a certain amount of bone by osteoclasts, likewise the formation of osteoid matrix by osteoblasts, and its subsequent mineralization. This phenomenon occurs in small areas of the cortical bone or the trabecular surface, called 'Basic Multicellular Units' (BMU). Treatment in Traumatology, Orthopedics, Implantology, and Maxillofacial and Oral Surgery, is based on the biologic principals of bone regeneration, in which cells, extracellular matrix, and osteoinductive signals are involved. The aim of this paper is to provide an up date on current knowledge on the biochemical and physiological mechanisms of bone regeneration, paying particular attention to the role played by the cells and proteins of the bone matrix

Desenvolvimento de sistemas celulares de peixe adequados ao estudo da mineralização in vitro

Os peixes foram recentemente reconhecidos como organismos modelo apropriados para o estudo da biologia de vertebrados, particularmente de processos relacionados com a mineralização tecidular e o desenvolvimento do esqueleto. Apesar de existirem alguns estudos in vivo, a identificação de mecanismos associados à calcificação em peixes tem sido prejudicada pelo facto de não existirem sistemas celulares para estudos in vitro. Este artigo descreve um protocolo simples e de baixo custo adequado ao desenvolvimento de culturas celulares mineralogénicas, derivadas de tecidos calcificados de peixes.Fish have been recently recognized as a suitable model organism to study vertebrate biology, in particular physiological processes such as tissue mineralization and skeletal development. Despite various studies in vivo, identification of mechanisms associated with calcification in fish has been largely hampered by the lack of suitable in vitro cell systems. We describe here a simple and inexpensive protocol to develop mineralogenic cell cultures from fish calcified tissues. This protocol was successfully used to develop the first fish cell lines capable of mineralizing their extracellular matrix (from the vertebra of gilthead seabream Sparus aurata) and, more recently, applied to develop additional fish mineralogenic cell cultures from different fishes. We also describe a variety of biochemical and histological methods to characterize extracellular matrix during in vitro mineralization, in particular mineral deposition, and a protocol to enhance DNA transfer into fish bone-derived cells. Finally, we present recent expression data obtained using these cell lines to further demonstrate their suitability to study mechanisms of in vitro mineralization

Biotechnology in aquaculture: polyploidy versus transgenic technology

Dissertação mest., Engenharia Biológica, Universidade do Algarve, 2009Triploidy is the condition in which somatic cells contain three sets of chromosomes which might be a consequence of environmental changes or hybrid stabilization, though in the present work the ploidy induction was done by hyperbare pressure. Diploid and triploid Rainbow trout, Onchorynchus mykiss (Walbaum, 1792) were the species characterized in this thesis. Besides ploidy a modification in the mineral availability of phosphorous, was applied influencing the whole body mineral homeostasis in diploid and triploid trout. The skeletogenesis in triploids animal is different from the diploid, having a general delay, the mineral deficient diet has also an impact on the ossification retreating. It allowed studying the development through triploids, which at the end of this trial they grew less than diploids. Vertebra area is also affected varying acconding to their regions, total number of vertebra differs, and in average triploids have less one vertebra than diploid groups. And there are also histological differences at a muscle level, having triploid Diet A less myotomes in average. Animals present a high capacity in recovering, once they start eating a normal diet in mineral composition, the restore their mineral content in bone structures in some situation an over calcification is observe (Diploid A). In a molecular level, there were any molecular differences observed only a high variability at the OSN levels

Aislamiento y cultivo de células osteoblásticas: Interés para la investigación en cirugía ortopédica y traumatología

Describimos un método de aislamiento y caracterización de células osteoblásticas procedentes de la superficie de trabéculas óseas de explantes obtenidos de metafisis de fémures y tibias de conejo y de cabezas femorales humanas de pacientes sometidos a cirugía protésica de cadera. Después de eliminar las células de la médula ósea de los explantes, estos se despositaron sobre dos tipos de mallas, de 80 y 100 µm., obteniéndose un cultivo en monocarpa que se mostró confluente a partir de los 20 días. La población celular aislada presentó un fenotipo osteoblástico utilizando métodos colorimétricos para determinación de la actividad de fosfatasa alcalina (FA) y morfológicos por medio de la observación con microscopía electrónica de barrido. Las células cultivadas exhibieron una morfología diferente según el grado de confluencia de cultivo, siendo en todo momento positivas las sucesivas determinaciones colorimétricas de FA realizadas a lo largo de la experiencia. Consideramos el método de gran interés en investigación en ortopédica, pues permite el estudio de comportamiento de estas células cuando están sometidas a cualquier tipo de estímulo externo, así como cuando se enfrentan a nuevas generaciones de biomateriales, etc.We describe a method of isolation and characterization of osteoblastic cells taken from the surface of bone trabeculae of explants obtained from femur and tibia metaphysis in rabbits and human femoral head in patients undergoing orthopaedic surgery. Afther removing the cells from the bone marrow of explants, they were placed over two mesh, 80 and 100 µmn, obtaining then a culture in monolayer which showed to be confluent after 20 days. The isolated cell population showed an osteoblastic phenotype using colourmetric methods to determinate the alkaline phosphatase (AF) activity and morphologic methods by means of scanning. The cultivated cell showed a different morphology according to the degree of confluence of the culture, being always positive the sucesive colourmetric determinations of AF along the experiment. We consider the method of a great interest for orthopaedic investigations, since it allows the study of the behaviour of these cells when they are subjet to different types of external stimulus as well as meet they the new generations of biomaterials

Endocrine regulation of extracellular matrix proteins in calcified tissue in teleost fish

Tese dout., Biologia, Universidade do Algarve, 2005A estrutura e a organização celular dos tecidos esqueléticos estão pouco estudadas nos teleósteos e o objectivo da presente tese consistiu na sua caracterização de forma a estudar como é que esses tecidos podem contribuir para a homeostase do cálcio. A morfologia da cartilagem e do osso observada usando técnicas histológicas gerais durante a formação do esqueleto em dourada (Sparus auratus) permitiu a caracterização dos tecidos e das transformações celulares que ocorrem durante a ossificação endocondral e dermal. Foram observados processos de ossificação alternativos em estruturas esqueléticas como os arcos branquiais, onde foram observados outros tecidos esqueléticos, diferentes da cartilagem e do osso. Uma característica dos peixes teleósteos é a presença de uma cobertura externa de escamas calcificadas. A sua morfologia foi descrita numa espécie marinha (dourada) e numa espécie eurihalina (tilápia, Oreochromis mossambicus). As escamas de S. auratus e O. mossambicus foram identificadas como escamas elasmóides e características deste tipo de escama como o foco, os circuli e os radii foram observadas em ambas as espécies. A matriz óssea desempenha, provavelmente, um papel fundamental na mobilização e na libertação de cálcio a partir dos tecidos esqueléticos e, por esse motivo, uma das principais proteínas da matriz óssea, a osteonectina (OSN), foi isolada e caracterizada a partir de um banco de tecido intervertebral de dourada. Foi demonstrado que o cDNA da OSN de dourada é homólogo ao de outras OSNs de vertebrados, e que a sequência de aminoácidos partilha estruturas idênticas à das moléculas equivalentes noutras espécies de vertebrados. Os resultados obtidos por RT-PCR e por ISH mostraram que o mRNA de OSN é mais abundante nos tecidos calcificados de dourada apesar de ocasionalmente ter sido detectado um sinal fraco em tecido moles. Durante a ontogenia, o mRNA de OSN foi detectado pela primeira vez no início da gastrulação e o perfil de expressão apresenta uma série de máximos e minímos durante o desenvolvimento larvar. A sua expressão foi detectada por hibridação in situ (ISH) em larvas a partir do 6º dia após eclosão e a localização e intensidade do sinal variaram com a idade. Elementos esqueléticos de origem endocondral e dermal expressam OSN e os resultados sugerem que a OSN pode desempenhar funções durante a condrogénese e a osteogénese. O mRNA da OSN é também muito abundante nas escamas de douradas e tilápias, juvenis e adultas, sugerindo que a OSN pode participar nas regulação da mineralização das escamas. O padrão de expressão de várias outras proteínas da matriz extracelular como, colagénio tipo I, cadeia a1 (Col1A1), colagénio tipo V, cadeia a2 (Col5A2), fibronectina (FN), fosfatase ácida resistente ao tartarato (TRACP) e a proteína acídica, secretada pela cartilagem (ASPIC) foi estudado por ISH em escamas de dourada e de tilápia. O Col1A1 é muito abundante nas escamas de douradas e tilápias, quer juvenis, quer adultas. A TRACP também é expressa em escamas de juvenis e adultos de ambas as espécies embora em relativamente poucas células. O Col5A2 e a FN foram detectadas apenas em escamas de douradas e a ASPIC não é expressa em escamas de nenhuma das duas espécies. A ISH das proteínas da matriz extracelular nas escamas, em conjunto com métodos histológicos permitiu a identificação de células, supostamente osteoblastos e osteoclastos, na matriz das escamas indicando que este tecido é activamente metabolizado. Para estabelecer se as escamas podem contribuir, nos peixes, para o aumento dos níveis de cálcio associado ao estrogénio, foi estudada a presença de receptores de estrogénio (ER). A expressão das isoformas dos ER (a, b1 and b2) foi caracterizada por imunohistoquímica usando anticorpos policlonais específicos para dourada, em escamas de dourada e tilápia, juvenis e adultas. Os ER são expressos nas escamas de ambas as espécies nas células identificadas como osteoclastos embora a intensidade do sinal varie com a espécie e com a idade dos animais. Estes resultados sugerem que um dos mecanismos pelos quais o estrogénio pode influenciar a renovação das escamas consiste na ligação aos ER e na modulação da sua actividade. O modo como as hormonas actuam nos tecidos calcificados em peixe para promover a mobilização do cálcio não está estudado. O efeito da única hormona hipercalcémica identificada em peixe, a proteína relacionada com a hormona da paratiróide (PTHrP), na expressão do mRNA de OSN de dourada foi avaliado usando escamas num bio-ensaio in vitro. Os resultados mostraram que a PTHrP reduz a expressão de OSN em escamas de dourada e sugere que a acção da PTHrP no balanço de cálcio pode incluir a regulação de proteínas da matriz extracelular envolvidas na formação e mineralização da matriz do osso e/ou das escamas.Programa de Desenvolvimento Educativo para Portugal (PRODEP

Risk factors associated with calcinosis of juvenile dermatomyositis

OBJETIVO: Identificar fatores de risco associados à calcinose em crianças e adolescentes com dermatomiosite juvenil. MÉTODOS: Prontuários de 54 pacientes com dermatomiosite juvenil foram estudados. Foram avaliados dados demográficos; características clínicas: grau de força muscular (I a V do Medical Research Council), presença de comprometimentos pulmonar (distúrbio ventilatório restritivo com presença ou ausência do anticorpo anti-Jo-1), gastrointestinal (refluxo gastroesofágico) e cardíaco (pericardite e/ou miocardite); exames laboratoriais: elevação de enzimas musculares (creatinoquinase, aspartato aminotransferase, alanina aminotransferase e desidrogenase lática) e terapias utilizadas: corticoterapia isolada ou associada à cloroquina e/ou imunossupressor. Os pacientes foram divididos em dois grupos de acordo com a presença ou ausência de calcinose e foram avaliados através de análise univariada e multivariada. RESULTADOS: Calcinose foi evidenciada em 23 (43%) pacientes, sendo em seis (26%) antes do diagnóstico e em 17 (74%) após. A análise univariada revelou que comprometimentos cardíaco (p = 0,01) e pulmonar (p = 0,02) e necessidade da utilização de um ou mais imunossupressores (metotrexato, ciclosporina A e/ou pulsoterapia com ciclofosfamida endovenosa) no tratamento da dermatomiosite juvenil (p = 0,03) foram associados com uma maior incidência de calcinose. A análise multivariada mostrou que comprometimento cardíaco (OR = 15,56; IC95% 1,59-152,2) e uso de um ou mais imunossupressores (OR = 4,01; IC95% 1,08-14,87) foram as únicas variáveis independentes associadas à presença de calcinose. CONCLUSÕES: O aparecimento da calcinose foi freqüente na dermatomiosite juvenil, habitualmente na evolução da doença. A calcinose foi associada aos casos mais graves, que apresentaram envolvimento cardíaco e necessitaram da utilização de imunossupressores no seu tratamento.OBJECTIVE: To identify risk factors associated with calcinosis in children and adolescents with juvenile dermatomyositis. METHODS: A review was carried out of the medical records of 54 patients with juvenile dermatomyositis. Data were collected on demographic characteristics, clinical features: muscle strength (stages I to V of the Medical Research Council scale), pulmonary involvement (restrictive pulmonary disease with presence or absence of anti-Jo1 antibodies), gastrointestinal problems (gastroesophageal reflux) and/or heart disease (pericarditis and/or myocarditis); laboratory tests: elevated muscle enzyme levels in serum (creatine phosphokinase, aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase and/or lactate dehydrogenase); and on the treatments given: corticoid therapy in isolation or associated with hydroxychloroquine and/or immunosuppressants. The patients were divided into two groups, depending on presence or absence of calcinosis and data were evaluated by both univariate and multivariate analyses. RESULTS: Calcinosis was identified in 23 (43%) patients, and in six (26%) patients it had emerged prior to diagnosis while in 17 (74%) it was post diagnosis. The univariate analysis revealed that cardiac (p = 0.01) and pulmonary (p = 0.02) involvement and the need for one or more immunosuppressor (methotrexate, cyclosporine A and/or pulse therapy with intravenous cyclophosphamide) to treat juvenile dermatomyositis (p = 0.03) were all associated with an increased incidence of calcinosis. The multivariate analysis then demonstrated that only cardiac involvement (OR = 15.56; 95%CI 1.59-152.2) and the use of one or more immunosuppressor (OR = 4.01; 95%CI 1.08-14.87) were independently associated with the presence of calcinosis. CONCLUSIONS: Calcinosis was a frequent development among these juvenile dermatomyositis cases, generally emerging as the disease progressed. Calcinosis was associated with the more severe cases that also had cardiac involvement and where immunosuppressors had to be included in the treatment

Proteínas morfogenéticas óseas (BMPs): Efecto de la proteína osteogénica-1 (OP-l/BMP-7) en la condrogénesis y osteogenesis

En la actualidad, los estudios sobre biología molecular han facilitado el análisis de ciertos factores de transformación del crecimiento tipo ß(TGF-ß)I, entre los que destaca una familia de proteínas morfogenéticas óseas (BMPs). Las técnicas de ingeniería genética han permitido replicar alguno de estos factores y localizar los genes que codifican dichas proteínas. La proteína osteogenics-1 (OP-1) ha sido caracterizada y sintetizada in vitro y muestra un elevado potencial osteogénico y condrogénico tanto in vivo como in vitro. Se presenta una revisión de los últimos avances en la aplicación experimental de las BMPs, y especialmente de la OP-1, en el área de la Cirugía Ortopédica y la TraumatologíaNowadays, molecular biology studies have promoted the bone morphogenetic proteins (BMPs) analysis. These multifunctional proteins are structurally related to transforming growth factor-6 (TGF-6). Genetic engineering techniques have allowed to sequence some of these BMPs. It has been characterized the expression and processing of osteogenic protein-1 (OP-1), a bone morphogenetic protein of the TGF-6 family. The OP-1 shows a high osteogenic and chondrogenic potential. The aim of this paper is to review some updated advances of the BMPs experimental applications, particularly OP-1, in relation to Orthopaedic Surgery and Traumatolog

Análisis histológico del crecimiento tisular en la fibra de carbono y en la prótesis de polietilenotereftalato cuando se utilizan como sustitutos del ligamento cruzado anterior

Se realiza un análisis histológico del crecimiento tisular en la fibra de carbono y en la prótesis de polietilenotereftalato cuando se utilizan para reemplazar al ligamento cruzado anterior (LCA). La fibra de carbono induce la formación de un tejido conectivo organizado que se extiende siguiendo la dirección de las fibras, dando lugar a un tejido similar histológicamente al ligamento en las zonas donde se ha conservado la disposición longitudinal de los filamentos de carbono. En las zonas en las que los filamentos se han roto, la inducción fibroblástica es importante pero desordenada, dando lugar a un tejido conectivo irregular. La prótesis de polietilenotereftalato actúa como inductor de una fuerte reacción inflamatoria de tipo granulomatoso, dando lugar posteriormente a cicatrices fibrosas, con un tejido conectivo irregular. Tan solo a nivel de la vaina periprotésica se aprecia una disposición en paralelo que recuerda al ligamento. Los autores dudan del efecto funcional del crecimiento tisular en los ligamentos sintéticos cuando se utilizan como sustitutos del LCAWe have carried out and histologic analysis of tissue ingrowth in carbon fiber and polyethylene terephthalate ligament prostheses when used to reconstruct the anterior cruciate ligament (ACL). Carbon fiber induces the formation of a connective tissue so that it extends in the direction of the fibers, producing a tissue histologically similar to the ligament in the zones where the longitudinal disposition of the carbon filaments are conserved. In the zones where the filaments are broken, fibroblastic induction is important but disordered, producing an irregular connective tissue. Polyethylene terephthalat e ligament prostheses acts as an inductor of strong inflammatory reaction (granulomatous type), in turn producing fibrous scars, with an irregular connective tissue. Only at the periprosthetic level, a parallel disposition is observed, resembling the ligament. We doubt about the functional effect of the tissue ingrowth in synthetic ligaments when used as substitutes for ACL

Relação coronal do implante com a crista óssea

Introdução: A reabilitação com implantes nas últimas décadas tem evoluído tendo em vista a obtenção de melhores resultados ao nível mecânico/funcional, mas também a nível estético. A relação coronal dos implantes com crista óssea é um dos pontos que tem sido estudado. Objectivo: Realizar uma revisão sobre a relação coronal dos implantes com a crista óssea, com objectivo de responder à seguinte questão “A posição sub-crestal dos implantes em relação à crista óssea é vantajosa?”. Para tal vão ser estudados alguns dos factores que podem influenciar esta decisão. Metodologia: Realizou-se pesquisa bibliográfica recorrendo às bases de dados da “MEDLINE/Pubmed”, “SciELO”, “Science Direct”, “B-on”, “Google Academic” e repositórios de várias universidades portuguesas e estrangeiras, com as palavras-chave: “Bone Cells” ”Bone remodeling”, “Bone Crest”, “Osseointegration”, “Implant Placement”, “Biologic Width” e “Platform Switching”,”Implant Placement Depth” e “Morse Cone”, tendo sido estas associadas entre si. Também foi realizada pesquisa manual em livros dos vários temas estudados. Conclusão: A colocação de implantes ao nível sub-crestal ainda apresenta alguma controvérsia, mas obedecendo a alguns factores, como a utilização de um implante e pilar específicos, pode tornar- se algo muito vantajoso numa perspectiva futura.Introduction: The rehabilitation using implants has evolved in the last decades with the purpose of obtaining better results at a mechanical/functional level but also at the aesthetic. The coronal relation between the implants and the bone crest is one of the points that have been more studied. Aim: Perform a revision about the coronal relation of the implants and the bone crest, with the goal to answer the following question “Is the sub-crest position of implants with the bone crest an advantage?”. For this, some factors that might influence this decision will be studied. Methodology: The bibliographic research was made using the data bases of “MEDLINE/Pubmed”, “SciELO”, “Science Direct”, “B-on”, “Google Academic” and the repositories of several Portuguese and foreign universities, using the following key-words:“Bone Cells” ”Bone remodeling”, “Bone Crest”, “Osseointegration”, “Implant Placement”, “Biologic Width” e “Platform Switching” e “Morse Cone”, and associating with each other. There were also used several books about the different subjects studied in this research. Conclusion: The implant placement at a sub-crestal level still presents some controversy, but following some factors, as using specific implant and abutment, it may become something very advantageous in a future perspective