Implicaciones biológicas del factor de crecimiento transformante beta 1 en la osteointegración: estudio in vitro e in vivo

Introducción En los últimos años se han publicado diversos estudios con resultados contradictorios en cuanto a la fisiopatología y el papel exacto de los factores de crecimiento en la osteointegración de los implantes dentales. La ruta de señalización de estos factores es compleja y el desarrollo de agentes estimuladores o inhibidores influye en la respuesta celular de los componentes de la remodelación ósea. El factor de crecimiento transformante beta 1 (TGF-β1) juega un papel relevante en la reacción del huésped hacia el implante, pero se ha relacionado con una formación excesiva de tejido fibrótico y fracaso de implantes. El tratamiento o funcionalización de las superficies de titanio más atractivas para las poblaciones celulares encargadas de la remodelación ósea puede dar lugar a una respuesta biológica más específica y predecible. La biofuncionalización de la superficie de los implantes dentales mediante péptidos inhibidores de TGF-β1 podría ser una estrategia para mejorar la osteointegración de los implantes e incluso acelerar el período de cicatrización. Objetivos El objetivo principal de este trabajo es evaluar las implicaciones biológicas de la acción de dos péptidos inhibidores de TGF-β1 en la osteointegración mediante estudios in vitro e in vivo. Para ello, se realizaron dos estudios in vitro con el objetivo conocer si la inhibición de TGF-β1 promueve la diferenciación osteoblástica y determinar la acción de los péptidos en superficies de CP-Ti biofuncionalizadas. Seguidamente, se desarrolló un estudio in vivo con doble objetivo. En primer lugar, evaluar la osteointegración de implantes dentales biofuncionalizados con los péptidos y comparar los cambios histomorfométricos e histológicos; en segundo lugar, valorar la osteointegración de biomateriales sintéticos biofuncionalizados con el péptido 144 en alvéolos post-extracción. Materiales y métodos Estudio 1: Se cultivaron células MC3T3-E1 pre-osteoblásticas para la realización de Western Blot y cuantificación de la proteína SMAD2-fosforilada; se llevó a cabo la técnica de reacción en cadena de la polimerasa a tiempo real (qPCR) para la determinación de osteocalcina, colágeno tipo I, RUNX2 y BMP2; y el análisis de la actividad de fosfatasa alcalina (ALP). Estudio 2: Se cultivaron células MC3T3-E1 pre-osteoblásticas, NIH/3T3 fibroblásticas y células mesenquimales humanas para realización de Western Blot, ensayo de qPCR de expresión de genes de osteoblastos (colágeno tipo I, RUNX2, ALP y osteocalcina) y fibroblastos (fibronectina, colágeno tipo I alfa I, actina de músculo liso alfa, metaloproteasas de matriz tipo 2, 3 y 9) y determinación de la actividad de ALP y osteocalcina, respectivamente, en superficies de CP-Ti biofuncionalizadas con el péptido P144. Estudio 3: Se realizó la hemisección de los premolares inferiores de cada hemimandíbula de seis perros Beagles y se extrajeron cada una de las raíces mesiales de dichos premolares, a la vez que se endodonciaban las raíces distales remanentes. Ocho semanas después, se colocaron un total de 36 implantes (1: control; 2: implante biofuncionalizado con P17; 3: implante biofuncionalizado con P144) en los lechos quirúrgicos cicatrizados. Los animales fueron sacrificados 2, 4 y 8 semanas después de la cirugía de colocación de implantes. Se obtuvieron cortes vestíbulo-linguales de las secciones óseas con los implantes insertados y se procesaron las muestras para análisis histomorfométrico mediante BS-SEM e histología. Estudio 4: Ocho semanas después de las extracciones de las raíces mesiales, y previamente a la colocación de los implantes que serían objeto del estudio 3, se extrajeron las raíces distales de premolares endodonciadas y se colocaron injertos óseos sintéticos en los alvéolos post-extracción (1: control [Fosfato tricálcico bifásico] ; 2: Fosfato tricálcico bifásico biofuncionalizado con P144). En concordancia al estudio 3, los animales fueron sacrificados 2, 4 y 8 semanas después de la cirugía. Se obtuvieron cortes vestíbulo-linguales de los alveolos injertados y se procesaron las muestras para análisis histomorfométrico mediante histología y BS-SEM. Resultados Estudio 1: Las células tratadas con TGF-β1 y los péptidos inhibidores P17 y P144 no mostraron fosforilación de la SMAD2, lo cual quiere decir que esta inhibida la ruta de señalización de esta proteína. Las células tratadas con P17 y P144 mostraron mayor expresión de los marcadores osteoblásticos respecto a los grupos control. Estudio 2: Las superficies de CP-Ti biofuncionalizadas con P144 inhibieron la fosforilación de la SMAD2, en concordancia con los resultados obtenidos en la experimentación anterior. Las superficies biofuncionalizadas con P144 muestran una expresión reducida de marcadores de diferenciación fibroblástica y un incremento de los marcadores de expresión osteoblástica y de la producción de ALP y OC. Estudio 3: Los implantes biofuncionalizados con los péptidos P17 y P144 mostraron mayor BIC, BF e IB en tiempos menores de cicatrización que los implantes control. Entre estos dos péptidos, P17 tuvo un comportamiento de respuesta biológica más precoz e intensa que el péptido P144. Estudio 4: La biofuncionalización con péptido P144 de fosfatos tricálcico bifásico demostró, en modelo animal, una mayor formación de hueso en tiempos tempranos de cicatrización, mostrando un mayor poder osteoinductor, mayor formación de líneas osteoides y mayor densidad trabecular y neovascular. Conclusiones Los resultados de los estudios in vitro e in vivo sugieren que los péptidos P17 y P144 inhiben a TGF-β1 y generan una respuesta acelerada de los procesos de maduración celular y de osteointegración alrededor de superficies colocadas en entornos óseos.Tesis Univ. Granada