Hợp chất Trioxit Khoáng (MTA) ức chế hình thành tế bào hủy xương và hoạt động của tế bào hủy xương thông qua hoạt động của canxi và nhôm

Taia Maria Berto Rezende1,2,3, Antônio Paulino Ribeiro Sobrinho4, Leda Quercia Vieira5, Maurício Gonçalves da Costa Sousa3, Toshihisa Kawai6,7
1Curso de Odontologia, Universidade Católica de Brasília, Brasília, Brazil
2Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade de Brasília, Brasília, Brazil
3Programa de Pós-graduação em Ciências Genômicas e Biotecnologia, Universidade Católica de Brasília, Brasília, Brazil
4Departamento de Odontologia Restauradora, Faculdade de Odontologia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil
5Departamento de Bioquímica e Imunologia, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil
6Cell Therapy Institute, Center for Collaborative Research, Nova Southeastern University, Fort Lauderdale, USA
7Department of Oral Science and Translational Research, College of Dental Medicine, NOVA Southeastern University, Fort Lauderdale, USA

Tóm tắt

Để đánh giá tác động của hợp chất trioxit khoáng (MTA) đến các sự kiện tiêu xương phụ thuộc vào tế bào hủy xương và sự ảnh hưởng của ion Ca2+ và Al3+ đối với sự ức chế hình thành tế bào hủy xương bởi MTA. Hai loại tiền thân tế bào hủy xương, dòng tế bào RAW 264.7 (RAW) hoặc tế bào tủy xương (thu được từ chuột BALB/c và được kích thích bằng yếu tố kích thích thuộc địa đại thực bào tái tổ hợp (rM-CSF)), được kích thích có hoặc không có yếu tố kích thích hạt nhân kappa B (RANKL), trong sự hiện diện hoặc vắng mặt của MTA trong vòng 6 đến 8 ngày. MTA trắng Angelus và MTA Bios (Angelus, Londrina, Paraná, Brazil) được chuẩn bị và đưa vào các ống mao dẫn (bề mặt tiếp xúc trực tiếp = 0,50 mm² và 0,01 mm²). Tác động của MTA đến các loại tiền thân tế bào hủy xương này được đo bằng số lượng các tế bào đa nhân dương tính với phosphatase axit kháng tartrate (TRAP) đã phân hóa (tế bào RAW và tế bào tủy xương), hoạt động enzyme TRAP (tế bào RAW), biểu hiện gen cathepsin K (tế bào RAW) và hình thành hố tiêu (tế bào RAW) do các tế bào hủy xương trưởng thành tạo ra. Ngoài ra, tế bào RAW cũng được kích thích với Ca2+ và Al3+ để đánh giá ảnh hưởng của các ion này đến khả năng chống hình thành tế bào hủy xương của MTA. Trong các tế bào tủy xương và tế bào RAW, số lượng tế bào hủy xương trưởng thành dương tính với TRAP được kích thích bởi rRANKL bị ức chế đáng kể bởi sự hiện diện của MTA so với kích thích rRANKL điều khiển mà không có MTA (p < 0,05), cùng với sự giảm hoạt động enzyme TRAP (p < 0,05) và biểu hiện thấp của gen cathepsin K (p < 0,05). Ngược lại, so với các tế bào hủy xương trưởng thành điều khiển, diện tích tiêu trên dentin giảm đáng kể cho các tế bào hủy xương trưởng thành được ủ với MTA (p < 0,05). Các tế bào RAW được kích thích bởi rRANKL và điều trị bằng Ca2+ và Al3+ đã giảm số lượng tế bào hủy xương. Hơn nữa, oxit nhôm là chất ức chế chủ yếu trong quá trình hình thành tế bào hủy xương. MTA ức chế đáng kể quá trình hình thành tế bào hủy xương và hoạt động của tế bào hủy xương do RANKL điều khiển và do đó, có khả năng ức chế các sự kiện tiêu xương ở các tổn thương quanh chóp chân răng. Quá trình này có thể liên quan đến hoạt động của Ca2+ và Al3+. MTA là một vật liệu sinh học được công nhận rộng rãi trên toàn cầu. Kiến thức về các hoạt động phân tử của nó trên các tế bào hủy xương có thể đóng góp vào việc cải thiện hiểu biết về hiệu quả lâm sàng của nó.

Từ khóa

#MTA #tế bào hủy xương #RANKL #ion canxi #ion nhôm

Tài liệu tham khảo

Stashenko P, Teles R, D’Souza R (1998) Periapical inflammatory responses and their modulation. Crit Rev Oral Biol Med 9:498–521. https://doi.org/10.1177/10454411980090040701

Kawashima N, Stashenko P (1999) Expression of bone-resorptive and regulatory cytokines in murine periapical inflammation. Arch Oral Biol 44:55–66. https://doi.org/10.1016/S0003-9969(98)00094-6

Silva MJB, Kajiya M, Alshwaimi E et al (2012) Bacteria-reactive immune response may induce RANKL-expressing T cells in the mouse periapical bone loss lesion. J Endod 38:346–350. https://doi.org/10.1016/j.joen.2011.12.029

Lacey DL, Timms E, Tan HL, Kelley MJ, Dunstan CR, Burgess T, Elliott R, Colombero A, Elliott G, Scully S, Hsu H, Sullivan J, Hawkins N, Davy E, Capparelli C, Eli A, Qian YX, Kaufman S, Sarosi I, Shalhoub V, Senaldi G, Guo J, Delaney J, Boyle WJ (1998) Osteoprotegerin ligand is a cytokine that regulates osteoclast differentiation and activation. Cell 93:165–176. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(00)81569-X

Vernal R, Dezerega A, Dutzan N, Chaparro A, Leon R, Chandia S, Silva A, Gamonal J (2006) RANKL in human periapical granuloma: possible involvement in periapical bone destruction. Oral Dis 12:283–289. https://doi.org/10.1111/j.1601-0825.2005.01191.x

Takahashi N, Udagawa N, Suda T (1999) A new member of tumor necrosis factor ligand family, ODF/OPGL/TRANCE/RANKL, regulates osteoclast differentiation and function. Biochem Biophys Res Commun 256:449–455. https://doi.org/10.1006/bbrc.1999.0252

Zhang YH, Heulsmann A, Tondravi MM, Mukherjee A, Abu-Amer Y (2001) Tumor necrosis factor-α (TNF) stimulates RANKL-induced osteoclastogenesis via coupling of TNF type 1 receptor and RANK signaling pathways. J Biol Chem 276:563–568. https://doi.org/10.1074/jbc.M008198200

Torabinejad M, Watson TF, Pitt Ford TR (1993) Sealing ability of a mineral trioxide aggregate when used as a root end filling material. J Endod 19:591–595. https://doi.org/10.1016/S0099-2399(06)80271-2

Lara V d PL, Cardoso FP, Brito LCN et al (2015) Experimental furcal perforation treated with MTA: analysis of the cytokine expression. Braz Dent J 26:337–341. https://doi.org/10.1590/0103-6440201300006

Camilleri J, Pitt Ford TR (2006) Mineral trioxide aggregate: a review of the constituents and biological properties of the material. Int Endod J 39:747–754. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2006.01135.x

Kim M, Kim S, Ko H, Song M (2019) Effect of ProRoot MTA® and biodentine® on osteoclastic differentiation and activity of mouse bone marrow macrophages. J Appl Oral Sci 27. https://doi.org/10.1590/1678-7757-2018-0150

Tomson PL, Grover LM, Lumley PJ, Sloan AJ, Smith AJ, Cooper PR (2007) Dissolution of bio-active dentine matrix components by mineral trioxide aggregate. J Dent 35:636–642. https://doi.org/10.1016/j.jdent.2007.04.008

Rezende TMB, Vargas DL, Cardoso FP, Sobrinho APR, Vieira LQ (2005) Effect of mineral trioxide aggregate on cytokine production by peritoneal macrophages. Int Endod J 38:896–903. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2005.01036.x

Rezende TM, Vieira LQ, Sobrinho AP et al (2008) The influence of mineral trioxide aggregate on adaptive immune responses to endodontic pathogens in mice. J Endod 34:1066–1071. https://doi.org/10.1016/j.joen.2008.06.006

Yamaguchi T, Movila A, Kataoka S, Wisitrasameewong W, Ruiz Torruella M, Murakoshi M, Murakami S, Kawai T (2016) Proinflammatory M1 macrophages inhibit RANKL-induced osteoclastogenesis. Infect Immun 84:2802–2812. https://doi.org/10.1128/IAI.00461-16

Kawai T, Eisen-Lev R, Seki M, Eastcott JW, Wilson ME, Taubman MA (2000) Requirement of B7 costimulation for Th1-mediated inflammatory bone resorption in experimental periodontal disease. J Immunol 164:2102–2109. https://doi.org/10.4049/jimmunol.164.4.2102

Özdemir HÖ, Özçelik B, Karabucak B, Cehreli ZC (2008) Calcium ion diffusion from mineral trioxide aggregate through simulated root resorption defects. Dent Traumatol 24:70–73. https://doi.org/10.1111/j.1600-9657.2006.00512.x

Taubman MA, Kawai T (2001) Involvement of T-lymphocytes in periodontal disease and in direct and indirect induction of bone resorption. Crit Rev Oral Biol Med 12:125–135. https://doi.org/10.1177/10454411010120020301

Dougall WC, Glaccum M, Charrier K, Rohrbach K, Brasel K, de Smedt T, Daro E, Smith J, Tometsko ME, Maliszewski CR, Armstrong A, Shen V, Bain S, Cosman D, Anderson D, Morrissey PJ, Peschon JJ, Schuh J (1999) RANK is essential for osteoclast and lymph node development. Genes Dev 13:2412–2424. https://doi.org/10.1101/gad.13.18.2412

Boyle WJ, Simonet WS, Lacey DL (2003) Osteoclast differentiation and activation. Nature 423:337–342. https://doi.org/10.1038/nature01658

Estrela C, Holland R (2003) Calcium hydroxide: study based on scientific evidences. J Appl Oral Sci 11:269–282. https://doi.org/10.1590/S1678-77572003000400002

Bonson S, Jeansonne BG, Lallier TE (2004) Root-end filling materials alter fibroblast differentiation. J Dent Res 83:408–413. https://doi.org/10.1177/154405910408300511

De Deus G, Ximenes R, Gurgel-Filho ED et al (2005) Cytotoxicity of MTA and Portland cement on human ECV 304 endothelial cells. Int Endod J 38:604–609. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2005.00987.x

Braz MG, Camargo EA, Salvadori DMF et al (2006) Evaluation of genetic damage in human peripheral lymphocytes exposed to mineral trioxide aggregate and Portland cements. J Oral Rehabil 33:234–239. https://doi.org/10.1111/j.1365-2842.2005.01559.x

Rezende TMB, Vieira LQ, Cardoso FP, Oliveira RR, de Oliveira Mendes ST, Jorge MLR, Ribeiro Sobrinho AP (2007) The effect of mineral trioxide aggregate on phagocytic activity and production of reactive oxygen, nitrogen species and arginase activity by M1 and M2 macrophages. Int Endod J 40:603–611. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2007.01255.x

Zaidi M, Troen B, Moonga BS, Abe E (2001) Cathepsin K, osteoclastic resorption, and osteoporosis therapy. J Bone Miner Res 16:1747–1749. https://doi.org/10.1359/jbmr.2001.16.10.1747

Gelb BD, Shi G-P, Chapman HA, Desnick RJ (1996) Pycnodysostosis, a lysosomal disease caused by cathepsin K deficiency. Science 273:1236–1238. https://doi.org/10.1126/science.273.5279.1236

Kiviranta R, Morko J, Uusitalo H, Aro HT, Vuorio E, Rantakokko J (2001) Accelerated turnover of metaphyseal trabecular bone in mice overexpressing cathepsin K. J Bone Miner Res 16:1444–1452. https://doi.org/10.1359/jbmr.2001.16.8.1444

Zaidi M, Moonga B, Moss DW, MacIntyre I (1989) Inhibition of osteoclastic acid phosphatase abolishes bone resorption. Biochem Biophys Res Commun 159:68–71. https://doi.org/10.1016/0006-291X(89)92405-4

Moonga BS, Moss DW, Patchell A, Zaidi M (1990) Intracellular regulation of enzyme secretion from rat osteoclasts and evidence for a functional role in bone resorption. J Physiol 429:29–45. https://doi.org/10.1113/jphysiol.1990.sp018242

Perez-Amodio S, Jansen DC, Schoenmaker T, Vogels IMC, Reinheckel T, Hayman AR, Cox TM, Saftig P, Beertsen W, Everts V (2006) Calvarial osteoclasts express a higher level of tartrate-resistant acid phosphatase than long bone osteoclasts and activation does not depend on cathepsin K or L activity. Calcif Tissue Int 79:245–254. https://doi.org/10.1007/s00223-005-0289-z

Cheng X, Zhu L, Zhang J, Yu J, Liu S, Lv F, Lin Y, Liu G, Peng B (2017) Anti-osteoclastogenesis of mineral trioxide aggregate through inhibition of the autophagic pathway. J Endod 43:766–773. https://doi.org/10.1016/j.joen.2016.12.013

da Fonseca TS, Silva GF, Guerreiro-Tanomaru JM, Delfino MM, Sasso-Cerri E, Tanomaru-Filho M, Cerri PS (2019) Biodentine and MTA modulate immunoinflammatory response favoring bone formation in sealing of furcation perforations in rat molars. Clin Oral Investig 23:1237–1252. https://doi.org/10.1007/s00784-018-2550-7

Hashiguchi D, Fukushima H, Yasuda H, Masuda W, Tomikawa M, Morikawa K, Maki K, Jimi E (2011) Mineral trioxide aggregate inhibits osteoclastic bone resorption. J Dent Res 90:912–917. https://doi.org/10.1177/0022034511407335

Hungaro Duarte MA, De Oliveira Demarchi ACC, Yamashita JC et al (2003) pH and calcium ion release of 2 root-end filling materials. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 95:345–347. https://doi.org/10.1067/moe.2003.12

Zaidi M, Adebanjo OA, Moonga BS, Sun L, Huang CLH (1999) Emerging insights into the role of calcium ions in osteoclast regulation. J Bone Miner Res 14:669–674. https://doi.org/10.1359/jbmr.1999.14.5.669

Zaidi M, Alam ASMT, Shankar VS et al (1993) Cellular biology of bone resorption. Biol Rev Camb Philos Soc 68:197–264. https://doi.org/10.1111/j.1469-185X.1993.tb00996.x

Datta HK, MacIntyre I, Zaidi M (1989) The effect of extracellular calcium elevation on morphology and function of isolated rat osteoclasts. Biosci Rep 9:747–751. https://doi.org/10.1007/BF01114813

Bortoluzzi EA, Broon NJ, Bramante CM, Garcia RB, de Moraes IG, Bernardineli N (2006) Sealing ability of MTA and radiopaque Portland cement with or without calcium chloride for root-end filling. J Endod 32:897–900. https://doi.org/10.1016/j.joen.2006.04.006

Antunes Bortoluzzi E, Juárez Broon N, Antonio Hungaro Duarte M et al (2006) The use of a setting accelerator and its effect on pH and calcium ion release of mineral trioxide aggregate and white Portland cement. J Endod 32:1194–1197. https://doi.org/10.1016/j.joen.2006.07.018

Naim JO, Van Oss CJ, Wu W et al (1997) Mechanisms of adjuvancy: I - metal oxides as adjuvants. Vaccine 15:1183–1193. https://doi.org/10.1016/S0264-410X(97)00016-9

Granchi D, Ciapetti G, Amato I, Pagani S, Cenni E, Savarino L, Avnet S, Peris JL, Pellacani A, Baldini N, Giunti A (2004) The influence of alumina and ultra-high molecular weight polyethylene particles on osteoblast-osteoclast cooperation. Biomaterials 25:4037–4045. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2003.10.100

Granchi D, Amato I, Battistelli L, Ciapetti G, Pagani S, Avnet S, Baldini N, Giunti A (2005) Molecular basis of osteoclastogenesis induced by osteoblasts exposed to wear particles. Biomaterials 26:2371–2379. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.07.045