Bioengineering and inflammatory processes in oral regenerative medicine

Abstract

O objetivo geral deste projeto de doutorado foi propor, por meio de estudos preliminares in vitro, terapias práticas para distúrbios orais emergentes, como doença periodontal e perda de tecido ósseo. Primeiramente, foi proposto um arcabouço para regeneração do tecido ósseo por meio de incorporação de sinvastatina em uma estrutura porosa tridimensional construída com uma mistura de ácido poli(lático-co-glicólico) (PLGA) e biocerâmica (hidroxiapatita/fosfato ß-tricálcico), utilizando células de dentes decíduos esfoliados humanos (SHED) para testar o potencial osteogênico do arcabouço desenvolvido. O arcabouço proposto incorporou com sucesso a sinvastatina, o que levou à manutenção da viabilidade celular e mineralização da matriz extracelular, juntamente com a expressão de marcadores de proteínas ósseas. Em segundo lugar, foi desenvolvido um arcabouço para regeneração do tecido ósseo, incorporando o hormônio da paratireoide (PTH) na estrutura do vidro bioativo mesoporoso que foi misturado em uma estrutura de hidrogel e testou-se a capacidade de osteoindução dos arcabouços em SHED. O arcabouço demonstrou morfologia e propriedades físico-químicas, bioatividade, biocompatibilidade e capacidade de osteoindução para ser utilizado na engenharia de tecido ósseo. Portanto, os arcabouços aqui apresentados são recomendados para futuros estudos sobre bioimpressão para regeneração do tecido ósseo. Em terceiro lugar, foi proposta a aplicação do derivado da matriz do esmalte (EMD) como um produto anti- inflamatório capaz de diminuir a piroptose mediada por LPS, uma reação inflamatória exacerbada que ocorre em resposta a fatores de virulência e leva à destruição tecidual. O derivado da matriz do esmalte reduziu os fatores de piroptose em macrófagos, sugerindo uma possível aplicação clínica deste produto para reduzir a piroptose em desordens periodontais. No geral, o objetivo principal deste projeto de doutorado foi alcançado ao avaliar diferentes abordagens e terapias in vitro para distúrbios periodontais e peri-implantares, bem como propor arcabouços bioativos para engenharia de tecidos ósseos.

Abstract: The overall objective of this doctoral project was to propose, through in vitro preliminary studies, practical therapies for emergent oral disorders, such as periodontal disease and bone tissue loss. First, it was proposed a scaffold for bone tissue regeneration by embedding simvastatin into a three-dimensional porous structure built with a blend of poly(lactic-co- glycolic) acid (PLGA) and bioceramics (hydroxyapatite / ß-tricalcium phosphate), using cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) to test the osteogenic potential of the designed scaffold. The proposed scaffold successfully incorporated simvastatin, which led to cell viability maintenance and mineralization of the extracellular matrix, together with the expression of bone protein markers. Second, it was projected a scaffold for bone tissue regeneration by incorporating parathyroid hormone into the structure of mesoporous bioactive glass that was blended into a hydrogel construct and tested the scaffolds' osteoinduction capacity in SHED. The scaffold demonstrated morphology and physicochemical properties, bioactivity, biocompatibility, and osteoinduction capacity to be used in bone tissue engineering. Therefore, the herein presented scaffolds are recommended for future studies on bioprinting for bone tissue regeneration. Third, it was proposed the application of enamel matrix derivative as an anti-inflammatory product capable of lowering the LPS-mediated pyroptosis, an exacerbated inflammatory reaction that occurs in response to virulence factors and leads to tissue destruction. The enamel matrix derivative dampened pyroptosis factors in macrophages, suggesting a possible clinical application of this product to reduce pyroptosis in periodontal disorders. Overall, the main objective of this doctoral project was achieved by evaluating different approaches and therapies in vitro for periodontal and peri-implantar disorders as well as proposing bioactive scaffolds for bone tissue engineering.