In vitro evaluation of the odontogenic potential of mouse undifferentiated pulp cells

The aim of this study was to evaluate the odontogenic potential of undifferentiated pulp cells (OD-21 cell line) through chemical stimuli in vitro. Cells were divided into uninduced cells (OD-21), induced cells (OD-21 cultured in supplemented medium/OD-21+OM) and odontoblast-like cells (MDPC-23 cell line). After 3, 7, 10 and 14 days of culture, it was evaluated: proliferation and cell viability, alkaline phosphatase activity, total protein content, mineralization, immunolocalization of dentin matrix acidic phosphoprotein 1 (DMP1), alkaline phosphatase (ALP) and osteopontin (OPN) and quantification of genes ALP, OSTERIX (Osx), DMP1 and runt-related transcription factor 2 (RUNX2) through real-time polymerase chain reaction (PCR). Data were analyzed by Kruskal-Wallis and Mann-Whitney U tests (p<0.05). There was a decrease in cell proliferation in OD-21 + OM, whereas cell viability was similar in all groups, except at 7 days. The amount of total protein was higher in group OD-21 + OM in all periods; the same occurred with ALP activity after 10 days when compared with OD-21, with no significant differences from the MDPC-23 group. Mineralization was higher in OD-21+OM when compared with the negative control. Immunolocalization demonstrated that DMP1 and ALP were highly expressed in MDPC-23 cells and OD-21 + OM cells, whereas OPN was high in all groups. Real-time PCR revealed that DMP1 and ALP expression was higher in MDPC-23 cell cultures, whereas RUNX2 was lower for these cells and higher for OD-21 negative control. Osx expression was lower for OD-21 + OM. These results suggest that OD-21 undifferentiated pulp cells have odontogenic potential and could be used in dental tissue engineering

Large scale gene expression evaluation of osteoblastic cells from calvaria and bone marrow of ovariectomized rats

A remodelação óssea é um processo fisiológico que mantém a integridade do esqueleto através da substituição do osso antigo por uma matriz óssea jovem. No entanto, na osteoporose a formação óssea, comparada à reabsorção, fica prejudicada em virtude da queda do número de osteoblastos e redução de suas atividades, levando a uma perda da microarquitetura do tecido ósseo, tornando-o frágil e com suscetibilidade à fratura. O objetivo deste trabalho foi comprovar diferenças comportamentais em células osteoblásticas provenientes da medula óssea e da calvária de ratas induzidas à osteoporose por meio de expressão gênica em larga escala. Foram utilizadas 18 ratas Wistar divididas em grupos controle e overiectomizadas. Após 150 dias da cirurgia, as ratas de ambos os grupos foram sacrificadas para coleta dos fêmures e fragmentos da calvária. As células recolhidas a partir da medula óssea e calvária foram cultivadas em placas de 24 poços (n=5) para avaliação da proliferação e viabilidade celular e em garrafas de cultura para a extração do RNA total dessas células. Em seguida, o RNA total foi quantificado e sua integridade analisada por meio do sistema de eletroforese microfluídica. Foi realizada a identificação da modulação de genes e avaliação dos microRNAs envolvidos na inibição gênica por meio de cDNA microarray. As células da medula óssea do grupo controle (MC) mostraram uma diminuição significativa na proliferação quando comparado com às células do grupo controle da calvária (CC) em todos os períodos (p < 0,05). Por outro lado, as células da medula óssea de ratas ovariectomizadas (MO) revelaram um aumento significativo na taxa de proliferação após 7 e 10 dias (p < 0,01) em comparação às células da calvária de ratas ovariectomizadas (CO). A viabilidade celular foi maior em todos os períodos estudados dos grupos CC e CO em relação aos grupos MC e MO (p < 0,05). Os dados de microarray foram normalizados utilizando-se quantil e após análise estatística por teste-t não pareado com p-value &le; 0,005 e posterior fold change &ge; 2,0, foram evidenciados 5447 mRNAs diferencialmente expressos nas células da calvária e 4399 mRNAs nas células da medula óssea. Os dados de miRNAs foram normalizados utilizando-se também o quantil e após análise estatística por teste-t moderado com p-value &le; 0,05 e posterior fold change &ge; 1.5, foram evidenciados 84 miRNAs diferencialmente expressos nas células de calvária e 55 miRNAs nas células da medula óssea. No grupo de genes reprimidos da CC destacam-se Notch1, Dlx5, Fgf1, Il6 e Fgfr2 como reguladores da proliferação celular e as Caspases 6 e 12 como resposta a substâncias orgânicas. Já no grupo de genes induzidos da CC encontramos os genes Gli1 e Bmp7 como reguladores da proliferação celular, Gli1, Bmp3 e Mmp2 no processo biológico de desenvolvimento ósseo e Lrp1, Mmp2 e a família Tgf&beta;1, 2 e 3 no envelhecimento, entre outros. Dentre os genes reprimidos do grupo da MO encontram-se o Csf1, Sparc e Tnf como reguladores da proliferação celular e Anxa5, Col1a1, Spp1, Sparc, Tnf e Mmp2 no processo biológico de resposta a substâncias orgânicas e no grupo de genes induzidos os genes Notch1, Bmp4, Dlx5 e Stat6 como reguladores da proliferação celular e os genes Alpl, Bmp4 e Casp6 no processo de resposta a substâncias orgânicas, entre outros. Dentre os miRNAs encontrados, membros da família 30 (miR-30a, 30c e 30d) apresentaram-se induzidos tanto na CO quanto na MO, sendo que estes miRNAs atuam como reguladores negativos da diferenciação osteoblástica. Já o miR-17 que está relacionado com a regulação positiva da osteogênese apresentou-se reprimido tanto na CO quanto na MO. O miR-542-3p suprime a diferenciação osteogênica e promove a apoptose dos osteoblastos reprimindo o gene Bmp7 e a sua via de sinalização. Esse miRNA está induzido tanto no grupo da CO quanto na MO. Esses dados confirmam que nas ratas ovariectomizadas há uma menor atividade osteoblástica e maior atividade osteoclástica. Os dados encontrados no trabalho sugerem uma diferença na expressão gênica não só das células diferenciadas da calvária, mas também aquelas ainda presentes na medula óssea, influenciando, assim, a formação adequada de tecido ósseo em uma situação de osteoporose.Bone remodeling is a physiological process which maintains skeleton integrity replacing old bone by a young bone matrix. In some diseases such as osteoporosis bone formation is impaired due to the decrease in the number of osteoblasts and reduction of their activities leading to a loss of bone tissue microarchitecture, making it fragile and susceptible to fracture. The objective of this study was to evaluate behavioral differences in osteoblast-like cells from calvaria and bone marrow of rats induced to osteoporosis by ovariectomy through large-scale gene expression analysis. Eighteen Wistar rats were used and divided into control and ovariectomized groups. After 150 days of surgery, the rats of both groups were sacrificed for collection of femurs and calvaria fragments. The cells collected from bone marrow and calvaria were grown in 24-well plates (n = 5) for cell proliferation and viability analysis, as well as grown in culture bottles for total RNA extraction of these cells. The RNA was quantified and its integrity assessed by gel electrophoresis in a microfluidic system. Identification of gene modulation as well as microRNAs involved in gene inhibition was performed by cDNA microarray. Bone marrow cells from the control group (MC) showed a significant decrease in proliferation compared with cells from the calvaria control group (CC) in all periods (p <0.05). On the other hand, bone marrow cells of ovariectomized rats (MO) revealed a significant increase in the proliferation rate after 7 and 10 days (p<0.01) compared to calvaria cells of ovariectomized rats (CO). Cell viability was higher in all periods of CC and CO groups compared to MC and MO groups (p <0.05). Microarray data were normalized using quantile and after statistical analysis by unpaired t-test with p-value &le; 0.005 and subsequent fold change &ge; 2.0, 5.447 differentially expressed mRNAs were detected in calvaria cells and 4.399 mRNAs in bone marrow cells. The miRNAs data were also normalized using the quantile and after statistical analysis by moderate ttest with p-value &le; 0.05 and subsequent fold change &ge; 1.5, 84 miRNAs differentially expressed in calvaria cells were detected and 55 miRNAs in bone marrow cells. In CC group, there may be highlighted repressed genes such as Notch1, Dlx5, Fgf1, Fgfr2 and Il6 as regulators of cell proliferation and caspases 6 and 12 in response to organic substances. The same group showed induced genes such as Gli1 and Bmp7 genes as regulators of cell proliferation, Gli1, Bmp3 and Mmp2 involved in the biological process of bone development and Lrp1, Mmp2 and Tgf&beta;1, 2 and 3 family linked to aging. Among the genes repressed in the MO group are Csf1, Sparc and Tnf as regulators of cell proliferation and Anxa5, Col1a1, Spp1, Sparc, Tnf and Mmp2 associated to biological process of response to organic substances. In the group of induced genes of MO group we found Notch1, Bmp4, Dlx5 and Stat6 as regulators of cell proliferation and Alpl, Bmp4 and Casp6 genes related to the process of response to organic substances. Among the miRNAs found, members of 30 family (miR-30a, 30c and 30d) were induced in the CO and MO groups and these miRNAs act as negative regulators of osteoblastic differentiation. The miR-17 is associated with upregulation of osteogenesis and it is repressed in both ovariectomized groups. MiR- 542-3p suppresses osteogenic differentiation and promotes osteoblast apoptosis repressing Bmp7 gene and its signaling pathway. This miRNA was induced in the CO and MO group. These data confirm that in ovariectomized rats there is a decrease in osteoblastic activity and increased osteoclastic activity. The data found in the present investigation suggest a difference in gene expression not only of differentiated cells from calvaria but also those still present in the bone marrow, thus affecting the proper formation of bone tissue in a situation of osteoporosis

Large scale gene expression evaluation of osteoblastic cells from calvaria and bone marrow of ovariectomized rats

A remodelação óssea é um processo fisiológico que mantém a integridade do esqueleto através da substituição do osso antigo por uma matriz óssea jovem. No entanto, na osteoporose a formação óssea, comparada à reabsorção, fica prejudicada em virtude da queda do número de osteoblastos e redução de suas atividades, levando a uma perda da microarquitetura do tecido ósseo, tornando-o frágil e com suscetibilidade à fratura. O objetivo deste trabalho foi comprovar diferenças comportamentais em células osteoblásticas provenientes da medula óssea e da calvária de ratas induzidas à osteoporose por meio de expressão gênica em larga escala. Foram utilizadas 18 ratas Wistar divididas em grupos controle e overiectomizadas. Após 150 dias da cirurgia, as ratas de ambos os grupos foram sacrificadas para coleta dos fêmures e fragmentos da calvária. As células recolhidas a partir da medula óssea e calvária foram cultivadas em placas de 24 poços (n=5) para avaliação da proliferação e viabilidade celular e em garrafas de cultura para a extração do RNA total dessas células. Em seguida, o RNA total foi quantificado e sua integridade analisada por meio do sistema de eletroforese microfluídica. Foi realizada a identificação da modulação de genes e avaliação dos microRNAs envolvidos na inibição gênica por meio de cDNA microarray. As células da medula óssea do grupo controle (MC) mostraram uma diminuição significativa na proliferação quando comparado com às células do grupo controle da calvária (CC) em todos os períodos (p < 0,05). Por outro lado, as células da medula óssea de ratas ovariectomizadas (MO) revelaram um aumento significativo na taxa de proliferação após 7 e 10 dias (p < 0,01) em comparação às células da calvária de ratas ovariectomizadas (CO). A viabilidade celular foi maior em todos os períodos estudados dos grupos CC e CO em relação aos grupos MC e MO (p < 0,05). Os dados de microarray foram normalizados utilizando-se quantil e após análise estatística por teste-t não pareado com p-value &le; 0,005 e posterior fold change &ge; 2,0, foram evidenciados 5447 mRNAs diferencialmente expressos nas células da calvária e 4399 mRNAs nas células da medula óssea. Os dados de miRNAs foram normalizados utilizando-se também o quantil e após análise estatística por teste-t moderado com p-value &le; 0,05 e posterior fold change &ge; 1.5, foram evidenciados 84 miRNAs diferencialmente expressos nas células de calvária e 55 miRNAs nas células da medula óssea. No grupo de genes reprimidos da CC destacam-se Notch1, Dlx5, Fgf1, Il6 e Fgfr2 como reguladores da proliferação celular e as Caspases 6 e 12 como resposta a substâncias orgânicas. Já no grupo de genes induzidos da CC encontramos os genes Gli1 e Bmp7 como reguladores da proliferação celular, Gli1, Bmp3 e Mmp2 no processo biológico de desenvolvimento ósseo e Lrp1, Mmp2 e a família Tgf&beta;1, 2 e 3 no envelhecimento, entre outros. Dentre os genes reprimidos do grupo da MO encontram-se o Csf1, Sparc e Tnf como reguladores da proliferação celular e Anxa5, Col1a1, Spp1, Sparc, Tnf e Mmp2 no processo biológico de resposta a substâncias orgânicas e no grupo de genes induzidos os genes Notch1, Bmp4, Dlx5 e Stat6 como reguladores da proliferação celular e os genes Alpl, Bmp4 e Casp6 no processo de resposta a substâncias orgânicas, entre outros. Dentre os miRNAs encontrados, membros da família 30 (miR-30a, 30c e 30d) apresentaram-se induzidos tanto na CO quanto na MO, sendo que estes miRNAs atuam como reguladores negativos da diferenciação osteoblástica. Já o miR-17 que está relacionado com a regulação positiva da osteogênese apresentou-se reprimido tanto na CO quanto na MO. O miR-542-3p suprime a diferenciação osteogênica e promove a apoptose dos osteoblastos reprimindo o gene Bmp7 e a sua via de sinalização. Esse miRNA está induzido tanto no grupo da CO quanto na MO. Esses dados confirmam que nas ratas ovariectomizadas há uma menor atividade osteoblástica e maior atividade osteoclástica. Os dados encontrados no trabalho sugerem uma diferença na expressão gênica não só das células diferenciadas da calvária, mas também aquelas ainda presentes na medula óssea, influenciando, assim, a formação adequada de tecido ósseo em uma situação de osteoporose.Bone remodeling is a physiological process which maintains skeleton integrity replacing old bone by a young bone matrix. In some diseases such as osteoporosis bone formation is impaired due to the decrease in the number of osteoblasts and reduction of their activities leading to a loss of bone tissue microarchitecture, making it fragile and susceptible to fracture. The objective of this study was to evaluate behavioral differences in osteoblast-like cells from calvaria and bone marrow of rats induced to osteoporosis by ovariectomy through large-scale gene expression analysis. Eighteen Wistar rats were used and divided into control and ovariectomized groups. After 150 days of surgery, the rats of both groups were sacrificed for collection of femurs and calvaria fragments. The cells collected from bone marrow and calvaria were grown in 24-well plates (n = 5) for cell proliferation and viability analysis, as well as grown in culture bottles for total RNA extraction of these cells. The RNA was quantified and its integrity assessed by gel electrophoresis in a microfluidic system. Identification of gene modulation as well as microRNAs involved in gene inhibition was performed by cDNA microarray. Bone marrow cells from the control group (MC) showed a significant decrease in proliferation compared with cells from the calvaria control group (CC) in all periods (p <0.05). On the other hand, bone marrow cells of ovariectomized rats (MO) revealed a significant increase in the proliferation rate after 7 and 10 days (p<0.01) compared to calvaria cells of ovariectomized rats (CO). Cell viability was higher in all periods of CC and CO groups compared to MC and MO groups (p <0.05). Microarray data were normalized using quantile and after statistical analysis by unpaired t-test with p-value &le; 0.005 and subsequent fold change &ge; 2.0, 5.447 differentially expressed mRNAs were detected in calvaria cells and 4.399 mRNAs in bone marrow cells. The miRNAs data were also normalized using the quantile and after statistical analysis by moderate ttest with p-value &le; 0.05 and subsequent fold change &ge; 1.5, 84 miRNAs differentially expressed in calvaria cells were detected and 55 miRNAs in bone marrow cells. In CC group, there may be highlighted repressed genes such as Notch1, Dlx5, Fgf1, Fgfr2 and Il6 as regulators of cell proliferation and caspases 6 and 12 in response to organic substances. The same group showed induced genes such as Gli1 and Bmp7 genes as regulators of cell proliferation, Gli1, Bmp3 and Mmp2 involved in the biological process of bone development and Lrp1, Mmp2 and Tgf&beta;1, 2 and 3 family linked to aging. Among the genes repressed in the MO group are Csf1, Sparc and Tnf as regulators of cell proliferation and Anxa5, Col1a1, Spp1, Sparc, Tnf and Mmp2 associated to biological process of response to organic substances. In the group of induced genes of MO group we found Notch1, Bmp4, Dlx5 and Stat6 as regulators of cell proliferation and Alpl, Bmp4 and Casp6 genes related to the process of response to organic substances. Among the miRNAs found, members of 30 family (miR-30a, 30c and 30d) were induced in the CO and MO groups and these miRNAs act as negative regulators of osteoblastic differentiation. The miR-17 is associated with upregulation of osteogenesis and it is repressed in both ovariectomized groups. MiR- 542-3p suppresses osteogenic differentiation and promotes osteoblast apoptosis repressing Bmp7 gene and its signaling pathway. This miRNA was induced in the CO and MO group. These data confirm that in ovariectomized rats there is a decrease in osteoblastic activity and increased osteoclastic activity. The data found in the present investigation suggest a difference in gene expression not only of differentiated cells from calvaria but also those still present in the bone marrow, thus affecting the proper formation of bone tissue in a situation of osteoporosis

Effect of carotenoid lycopene on bone metabolism and functional activity of cells from the osteogenic lineage of ovariectomized rats

A osteoporose é uma doença silenciosa caracterizada pela diminuição da massa óssea levando à morbidade e alto risco de fratura. A sua incidência é maior em mulheres após a menopausa devido à mudanças hormonais, assim como propensão genética e hábitos de vida como sedentarismo, alcoolismo, tabagismo e alimentação inadequada. Além de alimentos ricos em cálcio que favorecem a manutenção da massa e densidade óssea, existem outros nutrientes que podem influenciar na prevenção de doenças associadas com o metabolismo ósseo, como os carotenoides. Entre os carotenoides, o licopeno tem sido associado a estes efeitos principalmente devido à suas propriedades antioxidantes. Assim, o objetivo desta investigação foi realizar estudos in vivo e in vitro sobre o efeito do licopeno no metabolismo ósseo de ratas osteoporóticas. Ratas Wistar foram ovariectomizadas e pareadas com animais sham. As avaliações in vitro foram realizadas após 60 dias da cirurgia, quando as células foram cultivadas em meio osteogênico e divididas em grupos controle (sham), ovariectomizado (Ovx) e ovariectomizado + 1 &micro;mol/L de licopeno (Ovx/Lic). Após os períodos experimentais, foram avaliados proliferação celular, detecção in situ de fosfatase alcalina, mineralização e expressão quantitativa de genes associados ao metabolismo ósseo. Além disso, os estudos in vivo foram realizados para avaliar a remodelação óssea por meio de parâmetros tomográficos, histomorfométricos e estereológicos após a ingestão diária de 10 mg/kg de licopeno por 60 dias após a ovariectomia. Todos os dados quantitativos foram analisados por meio de teste estatístico ANOVA com significância para p &le; 0.05. Os resultados in vitro mostraram que a presença do licopeno favoreceu a proliferação celular e a detecção in situ de ALP em estágio tardios das culturas, assim como promoveu um aumento significativo na deposição de nódulos mineralizados. O licopeno também aumentou a expressão dos genes Alp, Runx2, Bglap e Bmp4, além de diminuir a razão Rankl/Opg quando comparado ao grupo Ovx. Os experimentos in vivo mostraram que a administração oral do licopeno promoveu uma significativa manutenção do volume tecidual e volume ósseo na epífise femoral, assim como do trabeculado ósseo e quantidade de osteócitos. Os resultados sugerem que o licopeno pode beneficiar o metabolismo do tecido ósseo associado à osteoporoseOsteoporosis is a silence disease characterized by a decrease in bone mass leading to morbidity and high risk of fractures. Its incidence is higher in women after menopause because of hormonal changes, as well as genetic propension and life styles such as sedentarism, alcoholism, tabagism and poor food intake. Besides calcium rich foods that favour the maintenance of bone mass and its density, there are several other nutrients that may influence in the prevention of diseases associated to bone metabolism, such as carotenoids. Among carotenoids, lycopene has been associated to prevention of bone diseases because of its antioxidant properties. The purpose of this investigation was to perform in vitro and in vivo studies about the effect of lycopene in bone metabolism of ovariectomized rats. Wistar rats were ovariectomized and paired with sham animals. In vitro evaluations were performed after 60 days of surgery, when cells were cultured in osteogenic medium and divided into control (sham), ovariectomized (Ovx) and ovariectomized + 1 &micro;mol/L lycopene (Ovx/Lic) groups. After the experimental periods, there were evaluated cell proliferation, alkaline phosphatase in situ detection, mineralization and quantitative expression of genes associated to bone metabolism. Besides, in vivo studies were carried out to evaluate femur remodeling by tomographic, histomorphometric and estereological evaluation after daily intake of 10 mg/kg of lycopene for 60 days after ovariectomy. All quantitative data were analyzed by means of one-way ANOVA statistical test with significance of p &le; 0.05. The in vitro results showed that the presence of lycopene favored cell proliferation and in situ detection of ALP in late culture stages, as well as promoted a significative increase in the deposition of mineralized nodules. Lycopene significatively increased the expression of genes Alp, Runx2, Bglap and Bmp4, besides decreasing the Rankl/Opg ratio when compared to Ovx group. In vivo experiments showed that oral administration of lycopene promoted a significant maintenance of tissue and bone volume in femoral epiphysis, as well as of bone trabeculae and number of osteocytes. Results suggest that lycopene can benefit bone metabolism with the onset of osteoporosi