ADESIONE CELLULARE SU MATERIALI BIOCOMPATIBILI

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1 Capitolo 11 - studi sperimentali e di ricerca ADESIONE CELLULARE SU MATERIALI BIOCOMPATIBILI a cura di Maristella Di Carmine Marco Marchisio Sebastiano Miscia 237

2 Implantologia Pratica Caratterizzazione morfologica dell adesione cellulare, su materiali biocompatibili ad uso odontoiatrico: valutazione dell organizzazione citoscheletrica con particolare attenzione alla componente proteica β-tubulina. L indagine è stata condotta utilizzando metodiche di immunofluorescenza in situ, che permettono la valutazione morfologica e i cambiamenti dell architettura tridimensionale data dalla polimerizzazione della β-tubulina, una delle proteine fondamentali del citoscheletro. I materiali utilizzati sono stati: dischi di titanio a superficie machined o rugosa (Oralplant, Cordenons, PN) mentre, come superficie di controllo è stato usato il vetro. Sono stati studiati tre modelli cellulari: cellule A-431, linea di carcinoma epiteliale umano, cellule RAW 264.7, linea tumorale monocito-macrofagica murina e infine fibroblasti di origine umana in coltura primaria (fig.1). Di questi tre modelli, è stata valutata la propensione all adesione sulle superfici prese in considerazione. Inoltre l utilizzo delle cellule RAW 264.7, che sono un modello utile per lo studio del differenziamento osteoclastico, ha reso possibile monitorare l influenza delle superfici sulla capacità di differenziamento cellulare. L assetto citoscheletrico è stato definito mediante l uso di anticorpi specifici per la β-tubulina, la cui presenza è stata evidenziata utilizzando anticorpi secondari coniugati con isotiocianato di fluoresceina (FITC), una molecola fluorocromica che se eccitata con luce blu ( nm) emette luce verde ( nm). Questa proprietà fisica, associata all utilizzo di un microscopio ad epifluorescenza, permette di ottenere delle immagini morfologiche di qualità, pur essendo il materiale biologico adeso a supporti opachi quali il titanio machined ed il titanio rugoso. Utilizzando un colorante specifico del DNA (DAPI) con caratteristiche anch esso di emissione, ma con lunghezza d onda diversa (blu), è stato possibile anche rilevare la morfologia nucleare, la localizzazione dei nucleoli e lo stato di condensazione e distribuzione del DNA. Dopo 24 ore dalla semina di un uguale numero di cellule, il primo parametro preso in considerazione è stato il numero di cellule aderenti ai diversi supporti. Tale valutazione è stata possibile grazie alla colorazione dei nuclei con DAPI e alla conta degli stessi in epifluorescenza, tenendo presente che, essendo tutte e tre i tipi cellulari mononucleati, il numero dei nuclei corrisponde al numero delle cellule adese. Come si può ben notare dai grafici riportati (fig. 2), l adesione dei tipi cellulari è diversa. Per quanto riguarda le A431, non sono state registrate variazioni significative del numero di cellule adese sui vari materiali e per questo motivo sono state omesse le conte. Per gli altri due tipi cellulari le variazioni sono significative e dimostrano come le RAW apparentemente aderiscano meglio al titanio machined mentre i fibroblasti primari preferiscano il titanio rugoso. Per tutte e due i tipi cellulari si evidenzia una maggior adesione sulle superfici Oralplant machined e rugosa rispetto al controllo utilizzato (superficie di vetro). L organizzazione citoscheletrica delle cellule A431 è sostanzialmente simile nelle cellule adese sulle varie superfici correlando pertanto con il dato dell adesione cellulare. Apparenti differenze rilevabili nelle cellule adese al titanio rugoso, dipendono in realtà dall impossibilità di osservare sullo stesso piano focale l intero citoscheletro, cosa che è possibile sulle superfici di vetro e di titanio liscio (fig. 3). Nelle cellule RAW è possibile rilevare come l organizzazione citoscheletrica sia complessa quando le cellule sono fatte aderire sulla superficie di titanio machined. L analisi morfologica delle cellule adese sul titanio rugo- Fig. 1 Esempio di morfologia del citoscheletro dei tre tipi cellulari presi in consederazione: A-431, linea di carcinoma epiteliale umano; RAW 264.7, monociti-macrofagi murini; fibroblasti in coltura primaria di origine umana. Il verde brillante rappresenta la localizzazione della β-tubulina e il blu la localizzazione del comparto nucleare. Le immagini sono state catturate mediante l utilizzo di una telecamera digitale. Queste immagini sono state ottenute utilizzando un obiettivo 100X. 238

3 Capitolo 11 - studi sperimentali e di ricerca Fig. 2 Conta delle cellule adese sui materiali presi in considerazione. Il dato proviene dalla conta di un campo rivelato dalla telecamera digitale utilizzando un obbiettivo 20X previa colorazione dei nuclei con dati e utilizzo di un microscopio ad epifluorescenza. Il dato della linea A431 non è stato riportato perché non sono state rivelate significative variazioni tra le varie superfici. 239

4 Implantologia Pratica so denota una diminuita organizzazione rispetto a quelle adese sul titanio machined, indicando una difficoltà all adesione che viene suggerita dalla forma più rotondeggiante che queste cellule acquisiscono (fig. 4). Nei fibroblasti primari umani, è possibile osservare un comportamento diverso sia rispetto alle cellule A431 che alle cellule RAW Queste cellule, infatti, modificano la loro organizzazione citoscheletrica in funzione della superficie su cui aderiscono (fig. 5). Quando vengono fatte aderire sul titanio rugoso, il citoscheletro tende ad organizzarsi in modo da ancorare le cellule a questa superficie complessa dando origine a zone di intensa concentrazione di β-tubulina localizzate nel fondo delle depressioni della superficie. Inoltre si può notare come i fibroblasti vengano orientati dalla presenza di solchi riscontrabili sulla superficie del titanio machined (fig. 6). Nelle altre due superfici si può notare come l orientamento delle cellule sia, invece, assente. È interessante notare meglio come le cellule adese al titanio rugoso abbiano delle zone di intensa marcatura per la β-tubulina nella parte più profonda della rugosità della superficie. La capacità delle cellule RAW di differenziare in osteoclasti dopo stimolazione con citochine, ha reso possibile la valutazione dell effetto delle diverse superfici sul differenziamento osteoclastico. Le differenze registrate sono statisticamente significative e dimostrano come il titanio rugoso tenda a stimolare maggiormente il differenziamento osteoclastico (fig. 7). Fig. 3 Morfologia del citoscheletro delle cellule A431 fatte aderire sulle diverse superfici prese in considerazione. Osservazione eseguita con microscopio ad epifluorescenza con obbiettivo 100X immagini catturate mediante telecamera digitale. La marcatura verde rappresenta la proteina β-tubulina, la marcatura blu rappresenta il DNA che costituisce il nucleo cellulare. Fig. 4 Morfologia del citoscheletro delle cellule Raw fatte aderire sulle diverse superfici prese in considerazione. Osservazione eseguita con microscopio ad epifluorescenza con obbiettivo 100X immagini catturate mediante telecamera digitale. La marcatura verde rappresenta la proteina β-tubulina, la marcatura blu rappresenta il DNA che costituisce il nucleo cellulare. 240

5 Capitolo 11 - studi sperimentali e di ricerca Fig. 5 Morfologia del citoscheletro dei Fibroblasti primari umani fatti aderire sulle diverse superfici prese in considerazione. Osservazione eseguita con microscopio ad epifluorescenza con obbiettivo 100X immagini catturate mediante telecamera digitale. La marcatura verde rappresenta la proteina β-tubulina, la marcatura blu rappresenta il DNA che costituisce il nucleo cellulare. Fig. 6 Morfologia del citoscheletro ed orientamento cellulare dei Fibroblasti primari umani fatti aderire sulle diverse superfici prese in considerazione. Osservazione eseguita con microscopio ad epifluorescenza con obbiettivo 40X immagini catturate mediante telecamera digitale. La marcatura verde rappresenta la proteina β-tubulina, la marcatura blu rappresenta il DNA che costituisce il nucleo cellulare. Fig. 7 Morfologia del citoscheletro nelle cellule RAW differenziate in osteoclasti e conte della loro presenza sulle varie superfici prese in considerazione Osservazione eseguita con microscopio ad epifluorescenza con obbiettivo 40X immagini catturate mediante telecamera digitale. La marcatura verde rappresenta la proteina β-tubulina, la marcatura blu rappresenta il DNA che costituisce il nucleo cellulare. 241

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