In vitro study of osteoclastogenesis under simulated bone augmentation: The effects of bone-conditioned medium and saliva on osteoclastogenesis

Author

Caballé Serrano, Jordi

Director

Gargallo Albiol, Jordi

Gruber, Reinhard

Rodríguez Ciurana, Xavier

Date of defense

2015-07-17

Legal Deposit

B 25129-2015

Pages

105 p.



Department/Institute

Universitat Internacional de Catalunya. Departament d'Odontologia

Abstract

The present PhD thesis is a compendium of four publications broadening the knowledge on osteoclastogenesis under simulated bone augmentation, more especially about the effects of saliva and bone-conditioned medium on osteoclastogenesis. Resorption of bone grafts and host bone, can be a challenge especially when a bonny defect has to be regenerated or there is a lack of host bone due to a trauma, pathology, aging or tooth extraction among others. In the oral cavity, saliva is present and can reach mineralized surfaces, however, the relationship between saliva and bone resorption is yet unknown. Herein, we examined whether saliva affects the process of osteoclastogenesis in vitro, possibly affecting bone healing and bone regeneration. Bone regeneration is a common procedure in traumatology, periodontology, oral and maxillofacial surgery that involves the use of bone fillers. Bone autograft is considered to be the gold standard bone substitute due to its trinity of properties: osteoinductivity, osteoconductivity and osteogenesis. Paracrine factors released from bone autografts might contribute to the overall process of graft consolidation, however the underlying mechanisms are unknown. Here, we determined the protein spectrum released from porcine bone chips into the conditioned medium (BCM) to mimic the paracrine environment of cortical bone grafts. Some of the factors released by bone autografts could maybe influence on the autograft resorption and therefore explain why osteoclasts rapidly form on the surface of bone chips at augmentation sites. The underlying molecular mechanism, however, is unclear. Soluble factors released from bone chips in vitro have a robust impact on mesenchymal cell differentiation. Here we determined whether these soluble factors change the differentiation of hematopoietic cells into osteoclasts, still unknown. Based on the in vitro results here presented, it can be observed that saliva suppresses osteoclastogenesis and leads to the development of a phagocytic cell phenotype, therefore affecting function of osteoclasts, the bone resorbing cells. Resorption of bone autografts could be attributed to some of the proteins detected on the secretions of bone autografts, termed bone conditioned medium (BCM). Proteomic analysis showed that BCM contains more than 150 proteins, among which, 43 were categorized into “secreted” and “extracellular matrix”. We discovered growth factors that are not only detectable in BCM, but potentially also target cellular processes involved in bone regeneration e.g. pleiotrophin, galectin-1, TGF-β-induced gene (TGFBI), latency-associated peptide forming a complex with TGF-β1, and TGF-β2. Results here presented on the influence of BCM on osteoclastogenesis demonstrated that activated BCM by heat is able to stimulate osteoclastogenesis in vitro. These in vitro results support the notion that the resorption of autografts may be supported by as yet less defined regulatory mechanisms. Moreover the presented protocols on the use of BCM should encourage to further reveal the paracrine effects of bone grafts during bone regeneration and open a path for translational research in the broad field of reconstructive surgery. Taking everything together, it can be concluded that saliva affects bone resorption towards the development of a phagocytic cell line, and that not only saliva affects bone resorption but also the secretions from autologous bone grafts. There is enough evidence to conclude that bone autografts not only have three properties, but one more: a regulation property, the fourth dimension of autologous bone grafts.


La present tesis doctoral és un compendi de quatre publicacions ampliant el coneixement de l’osteoclastogènesis en les regeneracions òssies, més especialment sobre els efectes de la saliva i el medi condicionat ossi en l’osteoclastogènesis. La reabsorció dels empelts ossis i de l’os de l’hoste, pot ser un repte especialment quan un defecte ossi ha de ser regenerat en condicions desfavorables o grans atròfies com per exemple després de traumatismes, diverses patologies, edat avançada o extraccions múlti¬ples. En la cavitat oral, la saliva pot entrar en contacte amb superfícies mineralitzades, tot i això la relació entre saliva i reabsorció òssia és encara desconeguda. En la present tesis hem examinat si la saliva afecta el procés de l’osteoclastogènesis in vitro, possiblement afectant a la regeneració i cicatrització òssia. La regeneració òssia és un procés comú en traumatolo¬gia, periodòncia, cirurgia oral i maxil•lofacial que involucra l’ús de substituts ossis. Els empelts d’os autòleg són considerats l’estàndard d’or dels sub¬stituts ossis degut a la seva trinitat de propietats: osteoconductivitat, oste¬oinducció i osteogènesis. Els factors paracrins alliberats pels empelts d’os autòleg podrien contribuir en el conjunt de processos que donen com a re-sultat la consolidació del empelts, tanmateix els mecanismes que regeixen aquest processos no són coneguts. En el present treball hem pogut carac¬teritzar un conjunt de proteïnes alliberades per partícules d’os cortical porcí en el medi condicionat ossi (BCM) per imitar l’ambient paracrí dels em¬pelts d’os cortical. Alguns dels factors alliberats pels empelts d’os autòleg podrien influenciar la reabsorció òssia explicant per què els osteoclasts es formen ràpidament a la superfície de les partícules d’os autòleg en els llocs regenerats. Tot i això els mecanismes moleculars que regeixen aquest pro¬cés, encara son desconeguts. Factors solubles alliberats pels empelts d’os autòleg in vitro tenen un impacte robust a la diferenciació de cèl•lules mes¬enquimals. En la present tesis doctoral, hem determinat si aquests factors solubles son capaços de canviar la diferenciació de cèl•lules mare hemat¬opoètiques a osteoclasts, desconegut abans de realitzar els estudis aquí presentats. Basant-nos en els resultats in vitro aquí presentats, es pot observar que la saliva suprimeix l’osteoclastogènesis i promociona el desenvolupament de cèl•lules amb un fenotip fagocític, afectant a la funció dels osteoclasts, les cèl•lules encarregades de reabsorbir l’os. La reabsorció dels empelts d’os autòleg es pot atribuir a l’efecte d’algunes de les proteïnes detecta¬des en les secrecions dels auto-empelts, anomenant aquestes secrecions Medi Condicionat d’Os (BCM). Un estudi proteòmic del BCM va mostrar que aquest medi condicionat conté més de 150 proteïnes, de les quals 43 es van caracteritzar com “secretades” i presents en la matriu extracel•lular. Vàrem descobrir que alguns dels factors continguts en el BCM com per exemple pleiotropina, galectina-1 o TGF-β1 poden afectar processos cel•lulars involucrats en la regeneració òssia. El resultats presentats en aquesta tesis sobre l’influencia del BCM en l’osteoclastogènesis demostra que el BCM termo-activat és capaç d’estimular l’osteoclastogènesis in vitro. Aquests resultats in vitro suporten la noció que la reabsorció dels auto-empelts ossis pot ser que estigui estimulada per mecanismes reguladors encara no definits. En aquesta línia, els protocols presentats sobre l’ús del BCM haurien d’animar a revelar els efectes paracrins dels empelts d’os autòleg durant el procés de regeneració òssia i obrir nous camins a investi¬gacions translacionals en l’ampli camp de la cirurgia reconstructora. Resumint-ho tot, podem concloure que la saliva afecta la reabsorció òssia promocionant el desenvolupament de cèl•lules amb un fenotip fagocític, i que no només la saliva pot afectar a la reabsorció òssia, sinó que també les se¬crecions dels injerts d’os autòleg. En aquest punt, hi ha suficient evidencia per concloure que els auto-empelts d’os no només tenen tres propietats, sinó una més: la propietat reguladora, la quarta dimensió dels empelts d’os autòleg.

Keywords

osteoclastogènesis; regeneracions òssies; saliva; empelts ossis

Subjects

616.3 - Pathology of the digestive system. Complaints of the alimentary canal

Knowledge Area

Odontologia

Documents

Tesi_Jordi_Caballe_Serrano.pdf

14.03Mb

 

Rights

L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/

This item appears in the following Collection(s)