Glucosamine hydrochloride and N-acetylglucosamine influence the response of bovine chondrocytes to TGF-B/IGF and compressive loading in a three-dimensional tissue culture

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pizzolatti, André Luiz Almeida
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/211706
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2019.
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spelling Glucosamine hydrochloride and N-acetylglucosamine influence the response of bovine chondrocytes to TGF-B/IGF and compressive loading in a three-dimensional tissue cultureCiência dos materiaisEngenharia de materiaisGlucosaminaCartilagemTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2019.A cartilagem articular é um tecido com baixo potencial de regeneração e as lesões desse tecido apresentam alta prevalência. Em estágios iniciais, a suplementação dietética com glucosamina, um monossacarídeo presente na própria matriz cartilaginosa, é frequentemente prescrita. A Glucosamina, metabolizada nas vias de biossíntese de hexosamina, pode ser usada para a síntese de proteoglicanos da matriz extracelular. Em estágios avançados da lesão, as técnicas de engenharia de cartilagem tem sido aplicadas. Destas técnicas, a mais recente, chamada de implante autólogo de condrócitos assistido por matriz, consiste em semear os condrócitos em uma matriz tridimensional (3D) com o objetivo de estimular a proliferação celular e a síntese de matriz extracelular em uma fase in vitro antes do implante no local da lesão. Para estimular o desenvolvimento cartilaginoso, fatores de crescimento (GF) e estimulos mecânicos têm sido utilizados. No entanto, a influência da suplementação de glucosamina acoplada a GF e estímulos mecânicos ainda é incerta. A hipótese é que a glucosamina, assim como a hiperglicemia, pode inibir a ação da GF. Por outro lado, a aplicação de estímulos mecânicos pode aumentar o metabolismo e a necessidade de nutrientes como a glucosamina para sobrevivência e síntese da matriz extracelular. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a influência do cloridrato de glucosamina (GlcN.HCl) e N-acetilglucosamina (GlcNAc) na resposta de condrócitos bovinos cultivados em uma estrutura de quitosana submetida à estimulação do fator transformador de crescimento beta 3 (TGF-ß3 ) e fator de crescimento semelhante à insulina um (IGF-I) e compressão mecânica dinâmica. Primeiro, realizou-se um experimento em monocamada para avaliar a influência de GlcN.HCl e GlcNAc no TGF-3 / IGF-I em cultura de curta duração. Os resultados mostraram que a adição de 1 mM de GlcN.HCl inibiu a proliferação de condrócitos em cultura em monocamada, enquanto que a GlcNAc estimulou o metabolismo de condrócitos. Em 30 dias de cultura 3D sem carga compressiva dinâmica e GF, GlcN.HCl e GlcNAc não melhoraram a proliferação celular e a síntese de proteoglicanos. Quando o GF foi adicionado, ambas as glucosaminas melhoram a proliferação celular e a síntese de matriz em comparação com o GF sozinho. Este efeito, no entanto, foi mais pronunciado com a suplementação de GlcNAc. A adição de carga inibiu significativamente o efeito estimulatório do GF. A suplementação com GlcN.HCl e GlcNAc mais GF reverteu o efeito deletério da carga de compressão. Portanto, GlcN.HCl e GlcNAc são um aliado crítico para estimular a condrogênese e devem ser adicionados à fase in vitro da engenharia de tecidos. Dentre as moléculas, o GlcNAc é uma opção melhor.<br>Abstract : The articular cartilage is a tissue with low regeneration potential and the lesions of this tissue have a high prevalence. In initial stages, dietary supplementation with glucosamine, a monosacarid present in the cartilaginous matrix itself, is often prescribed. Glucosamine when metabolized in the biosynthesis pathways of hexosamine can be used for the synthesis of proteoglycan of the extracellular matrix. In advanced stages of the lesion, cartilage engineering techniques have been applied. The most recent technique, called matrix-assisted autologous chondrocyte implant, consist in seed chondrocytes in a three-dimentional (3D) scaffold to stimulate cell proliferation and matrix synthesis in an in vitro phase before implantation in the lesion site. To stimulate cartilaginous development, growth factors (GF) and mechanical stimulants have been used in these phase. However, the influence of glucosamine supplementation coupled with GF and mechanic stimuls is still uncertain. The hypothesis is that glucosamine, as well as hyperglycemia, can inhibit the action of GF. On the other hand, the application of mechanical stimulates can increase metabolism and the need for nutrients such as glucosamine for survival and synthesis of extracellular matrix. The main objective of this work was to evaluate the influence of glucosamine Hydrochlorate (GlcN.HCl) and N-acetylglucosamine (GlcNAc) in the response of bovine chondrocytes cultivated in a chitosan scaffold submitted to stimulation of transforming growth factor beta 3 (TGF-ß3) and insulin-like growth factor one (IGF-I) and dynamic mechanical compression. First, a monolayer experiment was performed to assess the influence of GlcN.HCl and GlcNAc on TGF-ß3/IGF-I in short-time culture. The results showed that the addition of 1 mM GlcN.HCl inhibited the proliferation of chondrocytres in monolayer culture, while GlcNAc stimulated the metabolism of chondrocytes. In 30 days of 3D culture without dynamic compressive loading and GF, GlcN.HCl and GlcNAc did not improve the cell proliferation and proteoglycan synthesis. When GF were added, both glucosamines improve the cell proliferation and matrix synthesis compared to GF alone. This effect, however, was more pronounced with GlcNAc supplementation. The addition of loading significantly inhibited the stimulatory effect of GF. The supplementation with GlcN.HCl and GlcNAc plus GF reverted the deleterious effect of compression loading. Therefore, GlcN.HCl and GlcNAc are a critical ally to stimulate chondrogenesis and should be added to in vitro phase of tissue engineering. Between them, GlcNAc is a better option.Salmoria, Gean VitorRoesler, Carlos Rodrigo de MelloUniversidade Federal de Santa CatarinaPizzolatti, André Luiz Almeida2020-08-20T06:01:55Z2020-08-20T06:01:55Z2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis188 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf361677https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/211706engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-08-20T06:01:55Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/211706Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-08-20T06:01:55Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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