High glucose affects proliferation, reactive oxygen species and mineralization of human dental pulp cells

Abstract Diabetes is a group of metabolic disorders that can lead to damage and dysfunction of many organs including the dental pulp. Increased inflammatory response, reduction of dentin formation and impaired healing were reported in diabetic dental pulp. Hyperglycemia, which is a main characteristic of diabetes, was suggested to play a role in many diabetic complications. Therefore our aim was to investigate the effects of high glucose levels on proliferation, reactive oxygen species (ROS) production and odontogenic differentiation of human dental pulp cells (HDPCs). HDPCs were cultured under low glucose (5.5mM Glucose), high glucose (25 mM Glucose) and mannitol (iso-osmolar control) conditions. Cell proliferation was analyzed by MTT assay for 11 days. Glutathione and DCFH-DA assay were used to assess ROS and antioxidant levels after 24 h of glucose exposure. Odontogenic differentiation was evaluated and quantified by alizarin red staining on day 21. Expression of mineralization-associated genes, which were alkaline phosphatase, dentin sialophosphoprotein and osteonectin, was determined by RT-qPCR on day 14. The results showed that high glucose concentration decreased proliferation of HDPCs. Odontogenic differentiation, both by gene expression and mineral matrix deposit, was inhibited by high glucose condition. In addition, high DCF levels and low reduced glutathione levels were observed in high glucose condition. However, no differences were observed between mannitol and low glucose conditions. In conclusion, the results clearly showed the negative effect of high glucose condition on HDPCs proliferation and differentiation. Moreover, it also induced ROS production of HDPCs.

Resumo O diabetes abrange um grupo de distúrbios metabólicos que podem levar a danos e disfunções de muitos órgãos, incluindo a polpa dentária. Aumento da resposta inflamatória, redução da formação de dentina e comprometimento da cicatrização foram relatados na polpa dentária diabética. A hiperglicemia, que é uma característica determinante do diabetes, desempenha um papel importante em muitas complicações diabéticas. Portanto, nosso objetivo foi investigar os efeitos dos altos níveis de glicose na proliferação, produção de espécies reativas de oxigênio (ROS, em inglês) e diferenciação odontogênica das células da polpa dental humana (HDPCs, em inglês). As HDPCs foram cultivadas em condições de baixa glicose (glicose 5,5 mM), alta glicose (glicose 25 mM) e manitol (controle iso-osmolar). A proliferação celular foi analisada pelo ensaio MTT por 11 dias. Glutationa e DCFH-DA foram utilizados para avaliar os níveis de ROS e antioxidantes após 24 h de exposição à glicose. A diferenciação odontogênica foi avaliada e quantificada pela coloração com vermelho de alizarina no dia 21. A expressão de genes associados à mineralização, que eram fosfatase alcalina, sialofosfoproteína de dentina e osteonectina, foi determinada por RT-qPCR no dia 14. Os resultados mostraram que a alta concentração de glicose diminuiu a proliferação de HDPCs. A diferenciação odontogênica, tanto pela expressão gênica quanto pelo depósito da matriz mineral, foi inibida pela condição de alta glicose. Além disso, altos níveis de DCF e níveis reduzidos de glutationa foram observados na condição de alta glicose. No entanto, não foram observadas diferenças entre o manitol e as condições de baixa glicose. Em conclusão, os resultados mostraram claramente o efeito negativo da condição de alta glicose na proliferação e diferenciação de HDPCs. Além disso, essa condição também induziu a produção de ROS em HDPCs.

Effects of mineral trioxide aggregate, BiodentineTM and calcium hydroxide on viability, proliferation, migration and differentiation of stem cells from human exfoliated deciduous teeth

Abstract Objective: The aim of the study was to evaluate the effects of the capping materials mineral trioxide aggregate (MTA), calcium hydroxide (CH) and BiodentineTM (BD) on stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) in vitro. Material and Methods: SHED were cultured for 1 - 7 days in medium conditioned by incubation with MTA, BD or CH (1 mg/mL), and tested for viability (MTT assay) and proliferation (SRB assay). Also, the migration of serum-starved SHED towards conditioned media was assayed in companion plates, with 8 μm-pore-sized membranes, for 24 h. Gene expression of dentin matrix protein-1 (DMP-1) was evaluated by reverse-transcription polymerase chain reaction. Regular culture medium with 10% FBS (without conditioning) and culture medium supplemented with 20% FBS were used as controls. Results: MTA, CH and BD conditioned media maintained cell viability and allowed continuous SHED proliferation, with CH conditioned medium causing the highest positive effect on proliferation at the end of the treatment period (compared with BD and MTA) (p<0.05). In contrast, we observed increased SHED migration towards BD and MTA conditioned media (compared with CH) (p<0.05). A greater amount of DMP-1 gene was expressed in MTA group compared with the other groups from day 7 up to day 21. Conclusion: Our results show that the three capping materials are biocompatible, maintain viability and stimulate proliferation, migration and differentiation in a key dental stem cell population.

Expressão de DMP-1, DSPP, VEGF e FGF2 em células derivadas da polpa de dentes decíduos após o uso do laser de baixa intensidade / FGF2, VEGF, DSPP, and DMP-1 expression in cells of the pulp deciduous teeth with a low intensity laser

O objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito de diferentes densidades de energia do Laser de Baixa Intensidade na viabilidade e proliferação celular de fibroblastos derivados da polpa de dentes decíduos humanos e na expressão de RNAm para DMP- 1, DSPP, VEGF e FGF-2. Amostras de fibroblastos pulpares da polpa de dentes decíduos humanos foram obtidas de um Biorrepositório. Foram utilizadas células entre a 4ª e a 7ª passagem, irradiadas com Laser de Baixa Intensidade (InGaAlP) de acordo com os seguintes grupos experimentais: Grupo 1: 1,2 J/cm2 - 05 mW - 10s; Grupo 2: 2,5 J/cm2 - 05 mW - 20s; Grupo 3: 3,7 J/cm2 - 05 mW - 30s; Grupo 4: 5,0 J/cm2 - 05 mW - 40s; Grupo 5: 6,2 J/cm2 - 05 mW - 50s; Grupo 6: 2,5 J/cm2 - 10 mW - 10s; Grupo 7: 3,7 J/cm2 - 15 mW - 10s; Grupo 8: 5,0 J/cm2 - 20 mW - 10s; Grupo 9: 6,2 J/cm2 - 25 mW - 10s; Controle Negativo: DMEM 1% SFB ­ não irradiado; Controle Positivo: DMEM 10% SFB ­ não irradiado. As técnicas utilizadas para as análises de viabilidade e proliferação celular foram MTT e CV. A técnica utilizada para avaliação da expressão de RNAm para os alvos DMP-1, DSPP, VEGF e FGF-2 foi RT-PCR. Os resultados foram analisados pelo método ANOVA a dois critérios, seguido pelo teste de Tukey (p<0,05). Para o teste MTT, na comparação intragrupos observou-se que houve diferença estatisticamente significativa entre os períodos 6h, 12h e 24h, diminuindo a viabilidade com o passar do tempo, exceto para o Grupo 1. Na comparação intergrupos, o MTT mostrou menor viabilidade para o controle negativo em comparação com os outros grupos (p<0,05), exceto com grupo 5 (5mW/50 seg). Observou-se que os grupos com maiores potências (10mW, 15mW, 20mW e 25mW), menores tempos de aplicação (10 segundos) e densidades de energia entre 2,5 J/cm2 e 6,2 J/cm2, apresentaram estatisticamente maior viabilidade que o grupo com menor potência (5mW), maior tempo de aplicação (50 segundos) e densidade de energia de 6,2 J/cm2. Para o teste CV não houve diferença intragrupos, mas houve diferença intergrupos entre os controles positivo e negativo. Para a expressão de RNAm por RTPCR, os fatores de crescimento VEGF e FGF-2 foram expressos em grande quantidade no primeiro período experimental, enquanto que DMP-1 e DSPP não foram expressos de maneira significativa. De acordo com os resultados obtidos, frente as diferentes densidades de energia, sugere-se que a terapia a laser de baixa intensidade manteve os fibroblastos viáveis e aumentou a expressão de RNAm para VEGF e FGF-2.(AU)

This study aimed to evaluate the effect of different energy densities of Low Level Laser (LLL) on cell viability and proliferation of fibroblasts from the pulp of human primary teeth (DHPF) and on the RNAm expression of DMP-1, DSPP, VEGF and FGF-2. DHPF were obtained from a biorepository and used at passages 4th to 7th. The cells were irradiated with LLL (InGaAlP) according to the following experimental groups: Group 1: 1.2 J/cm2 - 05 mW - 10s; Group 2: 2.5 J/cm2 - 05 mW - 20s; Group 3: 3.7 J/cm2 - 05 mW - 30s; Group 4: 5.0 J/cm2 - 05 mW - 40s; Group 5: 6.2 J/cm2 - 05 mW - 50s; Group 6: 2.5 J/cm2 - 10 mW - 10s; Group 7: 3,7 J/cm2 - 15 mW - 10s; Group 8: 5.0 J/cm2 - 20 mW - 10s; Group 9: 6.2 J/cm2 - 25 mW - 10s; Negative Control: DMEM 1% SFB ­ not irradiated; Positive Control: DMEM 10% SFB ­ not irradiated. The techniques used to evaluate the cell viability/proliferation were MTT and Crystal Violet (CV) assays. RT-PCR was used to verify the RNAm expression of DMP-1, DSPP, VEGF, and FGF-2. Two-way ANOVA, followed by Tukey test (p<0.05) was used to analyze the results. In the intragroup comparison, MTT assay revealed statistically significant differences among the periods of 6h, 12h, and 24h, with viability reduction as time went by, except for Group 1. In the intergroup comparison, the MTT assay showed that the negative control had statistically lower viability than that of the other groups (p<0.05), except for Group 5 (5mW/50 s). The groups with higher powers (10mW, 15mW, 20mW, and 25mW), shortest application periods (10 s), and energy densities between 2.5 J/cm2 and 6.2 J/cm2 exhibited statistically higher viability than that of the group with small power (5mW), longer application period (50 s), and energy density of 6.2 J/cm2 . CV assay did not show intergroup statistically differences. In the intragroup comparison, CV assay revealed statistically significant differences between positive and negative controls (p<0.05). RT-PCR revealed increased RNAm expression of the growth factors VEGF and FGF-2 at the first experimental period, while DMP-1 and DSPP was not significant. Based on the results and different energy densities used, LLL maintained DHPF viability and increased the RNAm expression of VEGF and FGF-2.(AU)

Análise da influência de proteínas da matriz extracelular e fibrinogênio na formação de biofilme por cepas de Enterococcus faecalis isoladas de infecção endodôntica primária / Analysis of influence of extracellular matrix proteins and fibrinogen in biofilm formation by Enterococcus faecalis strains isolated from primary endodontic infection

Enterococcus faecalis é um patógeno oportunista com peculiar potencial para a manutenção da infecção perirradicular endodôntica após o preparo químico-mecânico do sistema de canais radiculares. Adicionalmente, possui aptidão para desenvolver-se em biofilme e apresenta em sua parede celular adesinas compatíveis com substratos colagênicos, como a composição da matriz extracelular da dentina e dos túbulos dentinários. Esse estudo propôs-se a caracterizar geneticamente 23 amostras de E faecalis isoladas de infecções endodônticas primárias através da técnica da reação em cadeia da polimerase (PCR, do inglês Polymerase Chain Reaction) e investigar a influência de COL I (colágeno tipo I), FN (fibronectina) e fibrinogênio (FBG) na formação de biofilme em superfície abiótica. Assim, após a sensibilização de ¾ dos poços de placas de poliestireno estéreis com 50 µl da solução de proteína de matriz (COL I, FN e FBG) na concentração de 1mg/ml, transferiu-se 50µl de suspensão bacteriana (1,5 x 108 bact/mL) correspondente a cada amostra, de modo a preencher tanto os poços sensibilizados como os não sensibilizados. A quantificação da formação de biofilme foi realizada por meio de leitura por densidade óptica, cujos resultados revelaram que houve formação de biofilme por todas as em superfície abiótica, porém com diferentes graus de intensidade. Todas as cepas foram identificadas geneticamente como Enterococcus faecalis e a presença do gene gelE foi dominante. Contudo, nenhuma apresentou amplificação para os genes esp e agg, e, apesar de 73,9% das amostras amplificarem para o gene ace, apenas 2 cepas (P7 e P75) isoladas de infecções endodônticas primárias tiveram aumento de formação de biofilme na presença de COL I (P<0,05). Embora a presença de FBG não forneça subsídio estatisticamente significante para a formação de biofilme, COL I e FN influenciaram na redução da formação do biofilme para a maior parte das amostras. É possível que a capacidade de formação de biofilme inerente ao E. faecalis e a afinidade para FN e COL I através da expressão gênica de ace contribuam substancialmente para a manutenção desse micro-organismo no ambiente radicular mesmo após o tratamento endodôntico minucioso.

Enterococcus faecalis is an opportunistic pathogen with peculiar potential to maintain the periradicular endodontic infection even after chemical-mechanical preparation of the root canal system. In addition, it has the ability to develop into biofilms and presents in your cell wall adhesins compatible with collagenous substrates, as the composition of the extracellular matrix of the dentine and dentinal tubules. This study aims to characterize genetically 23 samples of E. faecalis isolated from primary endodontic infections by Polymerase Chain Reaction (PCR) technique and investigate the influence of collagen type I (COL I), fibronectin (FN) and fibrinogen (FBG) in biofilm formation on abiotic surface. Thus, after the sensitization of ¾ the wells of sterile microtiter plates with 50 ul of matrix protein solution (COL I and FN FBG) at a concentration of 1mg / ml, was transferred 50mL of bacterial suspension (1.5 x 108 bact / ml) corresponding to each sample in order to fill both wells sensitized and non-sensitized. Quantification of biofilm formation was performed by optical density, so the results showed that there were biofilm formation by all strains on abiotic surface, but with different degrees of intensity. All strains were genetically identified as Enterococcus faecalis and the presence of gelE gene was prevalent. However, none showed amplification for the esp and agg gene, and, while 73.9% of the samples for amplifying ace gene, only 2 strains (P7 and P75) isolated from primary endodontic infections they had increased biofilm formation in the presence of COL I (P <0.05). Although the presence of FBG no provides significant support for the biofilm formation, COL I and FN were relevant influence in the reduction of biofilm formation for most of the samples. It is possible that the biofilm-forming ability inherent in E. faecalis and affinity for FN and COL I through ace gene expression contribute substantially to maintain of this microorganism in the root environment even after thorough endodontic treatment.

Superfícies biomiméticas: novo paradigma da osseointegração / Biomimetic surfaces: new paradigm of osseointegration

O sucesso dos implantes está, frequentemente, associado ao processo de osseointegração. Isso leva a uma busca por tratamentos de superfície para que o titânio se torne cada vez mais bioativo e induza a neoformação óssea. O conceito da superfície biomimética surge com o intuito de gerar uma superfície que module positivamente a osseointegração, de modo que o implante apresente capacidade de osteoindução por meio do reconhecimento biomolecular da superfície. A hidroxiapatita e os fosfatos de cálcio foram os primeiro agentes propostos para o biomimetismo da superfície com o tecido ósseo; no entanto, hoje é proposta a utilização de proteínas da matriz extracelular óssea e fatores de crescimento para mimetizar a fisiologia do tecido e aumentar ainda mais a previsibilidade dos implantes. Quando os resultados das pesquisas puderem ser traduzidos em projetos industriais, novas superfícies podem surgir no mercado, garantindo maior segurança para a instalação de implantes em sítios ósseos desfavoráveis e o carregamento oclusal precoce.

Dental implants success is often associated with the osseointegration process. To induce the bone formation, there is a search for surface treatments to create a more bioactive titanium. The concept of biomimetic surface arises in order to generate a surface that positively modulates the implant osseointegration, presenting osteoinductive capacity through the biomolecular recognition of the surface. Hydroxyapatite and calcium phosphates were the first agents proposed for surface coating to mimic the bone tissue; however. the use of bone extracellular matrix proteins and growth factors have been proposed to mimic the physiology of the tissue and further increase its predictability. When the research results become translated into industrial projects, new surfaces may emerge in the market providing greater security for implants installation in unfavorable bone sites and early occlusal loading.

Análise da expressão de MMP-2, -9 e -14, TIMP-1,-2 e RECK em granulomas e cistos periapicais / Expression evaluation of MMP-2,-9,-14, TIMP-1, -2 and RECK in periapical granulomas and cysts

A degradação de proteínas da matriz extracelular pelas metaloproteases da matriz (MMPs) ocorre nos processos fisiológicos (turnover) bem como nos processos patológicos (inflamação, neoplasias, etc). A atividade das MMPs nos tecidos é regulada, naturalmente, por um grupo de inibidores teciduais de metaloproteases (TIMPs). Recentemente, um novo inibidor de MMPs, chamado RECK (proteína indutora de reversão rica em cisteína com domínios Kazal) foi identificado. Neste estudo, verificamos os níveis de transcritos para metaloproteases da matriz (MMP-2, -9 e -14), inibidores teciduais de metaloproteases (TIMP-1 e -2) e RECK, por meio da técnica de Real-Time RT-PCR, assim como as células envolvidas em granulomas periapicais para MMP-2 e -9, por meio de marcações de imuno-histoquímica. As amostras deste estudo foram coletadas de cirurgias paraendodônticas, sendo 15 submetidas ao Real-Time RT PCR (8 granulomas periapicais, 6 cistos periapicais e 1 cicatriz apical), e 10 para imuno-histoquímica (10 granulomas periapicais). Os resultados para o Real-Time PCR demonstraram que houve a expressão de MMP-2, -9, -14, TIMP-1, -2, e RECK em granulomas e cistos periapicais, não havendo diferença estatisticamente significante entre as duas patologias periapicais frente aos genes testados. Todavia, quando o grupo lesão periapical (granuloma e cisto periapical) foi confrontado frente aos genes pesquisados, houve uma correlação significativa entre os níveis de transcritos para MMP-2, -9 e -14, TIMP-1, -2 e RECK. Para as imunomarcações nos granulomas periapicais, a MMP-2 apresentou um padrão mais difuso, dispondo-se perifericamente às células e dispersas pela MEC, em comparação com a MMP-9 que apresentou um padrão mais localizado e restrito. Os macrófagos foram às células que mais expressaram estas metaloproteases da matriz.

Degradation of extracellular matrix (ECM) proteins by matrix metalloproteinases (MMPs) occurs during matrix turnover and pathologic processes (inflammation, cancers). MMP activity in the tissues is regulated in part by a group of tissue inhibitors (TIMPs). Recently, a new MMP inhibitor called RECK (reversion inducing cysteine-rich protein with a Kazal motif) has been identified. In this study, we verified the message (mRNA) for MMPs (MMP-2, -9 e -14), tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMP-1 e -2) and RECK, through a Real-Time RT-PCR technique, as well as the cells expressing MMP-2 and -9 in periapical granulomas using immunohistochemistry. Samples were collected during periapical surgery, of which 15 were used for Real-Time RT PCR (8 periapical granulomas, 6 periapical cysts and 1 apical scar), and 20 for immunehistochemistry (10 periapical granulomas). The results for Real-Time PCR showed MMP-2, -9, -14, TIMP-1, -2, and RECK expression in periapical granulomas and cysts, with no significant statistical differences between the twoperiapical pathologies regarding the genes tested. However, when the group periapical lesion (granuloma and cyst) was confronted with the genes tested,there was a significant correlation in some mRNA expression for MMP-2, -9, - 14, TIMP-1, -2 and RECK. Regarding immunostainings in the periapical granulomas, MMP-2 was more diffusely expressed, being located peripherally to the cells and dispersed through the ECM, when compared to MMP-9 which presented a more localized and restrained pattern. Macrophages were the most abundant cells expressing these MMPs.

Estudo imunoistoquímico das proteínas da matriz extracelular óssea nos maxilares em fetos humanos / Immunohistochemical study of extracellular matrix proteins in maxillary bones of human fetuses

No tecido ósseo, a matriz extracelular tem um papel importante na diferenciação e atividade das células ósseas, bem como no processo de mineralização. O presente trabalho teve como objetivo estudar a expressão imunoistoquímica de importantes proteínas da matriz extracelular em fragmentos de palato e mandíbula obtidos de 7 fetos humanos com idades variando de 16 a 24 semanas de vida intra-uterina. Foram utilizados anticorpos contra os seguintes antígenos: colágenos tipo I (COL I) e tipo III (COL III), fibronectina (FBN), tenascina (TNC), osteonectina (ONC), osteopontina (OPN), sialoproteína óssea (BSP) e osteocalcina (OCC). Os resultados mostraram que o COL I foi expresso na matriz mineralizada, no osteóide, na matriz fibrosa e nos osteoblastos; osteócitos foram fracamente positivos e osteoclastos foram negativos para esta proteína. O COL III foi expresso na matriz fibrosa e fracamente positivo no osteóide, nos osteoblastos e nos osteócitos. Imunomarcação para FBN foi identificada no osteóide, na matriz fibrosa e nos osteoblastos, sendo fraca nos osteoclastos. A TNC foi identificada no osteóide e na matriz fibrosa próxima à área de ossificação, estando fracamente marcada nos osteoblastos. A ONC foi marcada no osteóide, na matriz fibrosa e nos osteoclastos e foi fracamente observada nos osteoblastos e nos osteócitos. A expressão da OPN foi positiva na matriz mineralizada e fracamente identificada no osteóide e nos osteoblastos. A marcação para BSP foi positiva no osteóide, nos osteoblastos e nos osteócitos, e considerada fracamente positiva na matriz mineralizada, na matriz fibrosa e nos osteoclastos. A OCC foi fortemente expressa nos osteoblastos e nos osteoclastos e fracamente marcada no osteóide, na matriz fibrosa e nos osteócitos. A grande variação no padrão de marcação das proteínas estudadas reflete a multiplicidade de funções que elas desempenham e a dinâmica estrutural do tecido ósseo em desenvolvimento.