Research paper: Influence of the implant surface over the actions of

Full Dent. Sci. 2014; 6(21):53-57.
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Influência da superfície do implante sobre ações dos macrófagos e
maturação celular
Influence of the implant surface over the actions of macrophages and cell maturation
Halim Nagem Filho1
Nasser Hussein Fares2
Ricardo Fun Furuyama3
Júlio Celso Nogueira3
Reinaldo Missaka4
Resumo
O escopo deste artigo foi avaliar o efeito da superfície do implante de titânio a respeito
do estado de maturação das células osteogênicas e o papel desempenhado nas respostas da
ativação dos macrófagos. As superfícies dos implantes têm uma importância extrema, uma
vez que é nessa zona onde ocorrem as reações biológicas que induzem a osseointegração.
As células interagem com a superfície de um material por meio de uma camada adsorvida
de proteínas, açúcares e lipídeos presentes no sangue e fluido de tecidos. Os macrófagos são
fagócitos específicos que migram para locais das feridas, como componente de uma tarefa
de remoção de tecido necrosado, restos de células, bactérias e outras partículas. A secreção
de uma glicoproteína pelos macrófagos parece ser um tanto generalizada como característica
da resposta inflamatória.
Descritores: Implante dental, osseointegração, macrófagos, citocinas.
Abstract
In this study we assessed whether osteogenic cells respond in a differential manner to
changes in surface roughness depending on their maturation state and its role in the activation of macrophage responses. The surfaces of the implants are of extreme importance, since
that is the area where biological reactions that induce osseointegration occur. Cells interact
with the surface of a material by a layer of adsorbed proteins, sugars and lipids in the blood
and tissue fluid. Macrophages are specific phagocytes that migrate to wound sites, with the
task of removing necrosis tissue, cell debris, bacteria and other particles component. The secretion of a glycoprotein, macrophages seems to be somewhat generalized as a characteristic
of the response to inflammatory response.
Descriptors: : Dental implant, osseointegration, macrophages, cytokines.
Titular em Materiais Dentários – FOB/USP.
Dr. em Dentística – FOB/USP.
3
Dr. em Ciências Odontológicas – FOUSP.
4
Esp. em Disfunção ATM – CFO.
1
2
E-mail do autor: [email protected]
Recebido para publicação: 02/10/2014
Aprovado para publicação: 06/10/2014
Como citar este artigo:
Nagem Fo H, Fares NH, Furuyama RF, Nogueira JC, Missaka R. Influência da superfície do implante sobre ações dos macrófagos e maturação celular. Full Dent. Sci. 2014; 6(21):53-57.
Artigo de revisão / Review article
Full Dent. Sci. 2014; 6(21):53-57.
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Artigo de revisão / Review article
Introdução
No campo odontológico implantes dentais, dispositivos de titânio, têm uma longa e bem-sucedida aplicação histórica de excelente desempenho em termos
de segurança, usabilidade e estabilidade em longo prazo. O titânio possui uma camada de óxidos de titânio
(TiO2) com elevada energia de superfície extremamente
reativa, que através desta camada se estabelecem as
ligações com os componentes do sistema biológico21.
O comportamento passivo da camada de óxido de titânio é uma característica relevante para a aplicação
biomédica. As interações com o meio biológico após a
inserção de um implante estão diretamente interligadas com as propriedades físico-químicas da superfície
do material implantado.
O conceito de osseointegração desenvolvido por
Brånemark et al.3 (1969) foi definido como a conexão
estrutural e funcional entre osso vivo e a superfície
de um implante sob a ação de carga funcional7. Outro conceito que pode então ser introduzido é o de
osseocondução. Basicamente refere-se a este termo
para designar a função de carregadores dos fatores
de crescimento e diferenciação óssea (FCDO), assim,
podem funcionar como veículo que induz a neoformação óssea. A osseoindução, segundo Nakamura et al.17
(2010), tem sido utilizada para descrever o processo de
diferenciação de células osteoprogenitoras em condroblastos e osteoblastos, resultando na regeneração do
tecido danificado. Por fim, pode-se também dizer que
o termo osseointegração ou osseopromoção compreende o mecanismo de osseoindução, e a osseocondução ou o mecanismo de formação óssea por exibição
de competitividade celular através de introdução de
barreira8.
As características da superfície dos implantes revestem-se de uma importância extrema, uma vez que
é nessa zona onde ocorrem as reações biológicas que
induzem a osseointegração quando as condições são
favoráveis. A osseointegração é um processo influenciado por vários fatores, entre eles o material do implante, seu desenho e a topografia superficial do mesmo20. A microtopografia, denominada também como
rugosidade superficial, é importante condicionadora da
osteogênese, desde as fases moleculares até às fases
celulares, devendo ser analisadas sempre que se procuram interpretar resultados referentes ao fenômeno da
osseointegração e ao desempenho de implantes.
A reação do tecido ósseo, provocada pela instalação do implante, tem como características iniciais fenômenos congestivo-exsudativo, infiltrado inflamatório,
zona necrótica, proliferação celular de macrófagos,
linfócitos, monócitos e células de reparação óssea, osteoblastos e de remodelação dos osteoclastos15.
O escopo deste artigo foi avaliar o conhecimento
adquirido com o levantamento da revisão da literatura
do efeito da superfície do implante de titânio cp a respeito do estado de maturação das células osteogênicas
e o papel desempenhado nas respostas da ativação dos
macrófagos.
Revisão de literatura
Osseointegração caracterizada pela neoformação
óssea quando em íntimo contato com a superfície do
implante indubitavelmente é um resultado desejado
para o suporte de implante dentário.
Salthouse19 (1984) encontrou macrófagos em contato íntimo em implantes após 24hs e observou essas
células em abundância em substratos rugosos. Refai
et al.18 (2004) investigaram quatro topografias da superfície do titânio produzidas por meio de polimento
mecânico, com jateamento de areia, condicionamento
ácido e jateamento e ataque ácido (SLA). Este estudo
demonstrou que in vitro, a superfície de SLA em particular, modula a produção de citocinas e quimiocinas,
incluindo fator de necrose tumoral (TNF-α), interleucinas IL-1β, IL-6 provenientes da linha celular dos macrófagos. Nagem Filho et al.15 (2009) fizeram saber que a
instalação do implante dental desencadeia um processo inflamatório como resposta do tecido ósseo provocado pelo trauma cirúrgico, no qual uma cascata de
mediadores promove alterações circulatórias. O entendimento desses processos é fundamental para melhor
escolha de materiais e procedimentos na instalação do
implante dental.
Os estudos in vitro11 apoiam esta hipótese, porque
osteoblastos apresentam uma maior fixação inicial de
titânio com superfície rugosa. Após perfuração óssea
e inserção do implante inicia o envolvimento de uma
resposta inflamatória com infiltração celular rica em
células fagocitárias como função precípua. São os neutrófilos e macrófagos responsáveis em limpar o local da
ferida de bactérias diversas (se houver), de partículas e
componentes insolúveis decorrentes do quadro agressivo. De acordo com Nagem-Aragão et al.13 (2011), as
células inflamatórias do tecido conjuntivo são estimuladas por produtos de degradação da matriz a repovoar a área do implante. As citocinas formam um grupo
diversificado de proteínas de sinalização intercelular,
que regulam não apenas as respostas inflamatórias,
imunológicas locais e sistêmicas, como também a formação de osso novo. A instalação do implante dental
desencadeia um processo inflamatório como resposta
do tecido ósseo provocado pelo trauma cirúrgico. O
procedimento cirúrgico induz vários graus de inflamação, danos tissulares resultantes da ativação de células
vasculares e circulatórias efetuadas por estímulos físicos ou por sinalização química nas estruturas das células rompidas16. Mais recentemente, estudos funcionais
ou mecanicistas feitos por Thalji;Cooper21 (2014) for-
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Discussão
Um dos proeminentes princípios do sistema inflamatório é a defesa do hospedeiro quando da ocorrência de lesões acometidas após perfurações com brocas
de diâmetros progressivos no tecido ósseo. Um dos
componentes primaciais para o sucesso da osseointegração está associado à estrutura da superfície do implante dentário. À medida que alguns pesquisadores
descreveram fracassos significativos dos implantes com
superfícies lisas, quando instalados em maxilares com
pouca altura de rebordo alveolar e com baixa densidade
óssea, incrementou-se a pesquisa e o desenvolvimento
da superfície texturizada14. A propriedade de superfície
dos materiais e a qualidade do osso contribuem para
acolher resposta celular e, em última análise, determinar o êxito ou a falha de um biomaterial implantado.
O grau de integração correlaciona-se positivamente com a deposição daquilo que nomearam de “filme
condicionador glicoproteico” que, por sua vez, depende de dois fatores: da textura, com sua propriedade
de adsorção molecular (“wettability”) e da energia de
superfície, com sua propriedade de embricamento celular14. A adsorção proteica ocorre rapidamente com a
formação de uma camada de 2nm a 5 nm no primeiro
minuto após o contato com sangue. Como regra geral,
as células não se aderem diretamente às superfícies dos
materiais, e sim à camada glicoproteica extracelular
que está adsorvida na superfície do implante4.
Embora exista um contínuo debate sobre a natureza de uma adequada adesão ao implante, não existe
dúvida de que em um determinado estágio as células
são atraídas e se adequam para formar o tecido de integração.
A instalação do implante dental desencadeia um
processo inflamatório como resposta do tecido ósseo
provocado pelo trauma cirúrgico, no qual uma cascata de mediadores promove alterações circulatórias. As
células interagem com a superfície de um material por
meio de uma camada adsorvida de proteínas, açúcares
e lipídeos presentes no sangue e fluido de tecidos. Os
primeiros elementos citados por Nagem Filho et al.14
(2007) a entrar em contato com o implante no estágio
inicial são células atraídas que aderem ao implante para
formar o tecido de integração. A aderência de células
à superfície do implante é um assunto complexo porque existem três distintos tipos de células envolvidas:
tecido epitelial, tecido conjuntivo e tecido ósseo. Carter5 (1967) sugeriu o termo haptotaxis para descrever
uma hipótese para o movimento direcional das células
envolvendo a mobilidade que ocorre como resultado
da variação do grau de certas características adesivas
no substrato.
Após a cirurgia, umas séries de eventos celulares
ocorrem na circunjacência do implante que normalmente envolve a formação sequencial de um coágulo
de sangue fibroso, deposição de colágeno, angiogênese, formação de osteoide e mineralização2. O implante inserido no osso torna-se rapidamente coberto
por uma camada de exsudato de fluídos plasmáticos
incorporado com proteínas do sangue, que irão aderir
em contato íntimo à superfície, controlando através de
processos enzimáticos a adesão inicial de células, imputando o tipo de interface do implante. Na transcorrência do processo inflamatório agudo evidencia-se o
sistema ativação, a secreção de citocinas, moléculas de
adesão, contato célula/célula e movimento (migração).
Os neutrófilos oriundos da circulação são as primeiras células a alcançarem a região inflamada, sendo
os tipos celulares predominantes entre o primeiro e segundo dias. Sua função principal neste processo é de
eliminação de possíveis microrganismos pela fagocitose. A saturação de mediadores quimiotáticos dirigidos
para um mesmo receptor torna a célula em migração
irresponsiva a este e leva à regulação negativa de sua
expressão na membrana12 e os neutrófilos oriundos da
circulação, após a diapedese, cessam a migração passando a residir difusamente no coágulo. Com a evolução do processo, a matriz extracelular que inicialmente
era composta principalmente por proteínas derivadas
de plaquetas e do plasma, passa por modificações em
sua composição. A migração e ativação de macrófagos
para a região, somada à presença de vasos neoformados, permitem que os componentes da nova matriz
extracelular passem a ser localmente produzidos principalmente por essas células1.
Os macrófagos são fagócitos específicos que, juntos aos neutrófilos, migram para locais das feridas,
como parte de uma operação de remoção de tecido
necrosado, restos de células, bactérias e outras partículas. A secreção de uma glicoproteína, denominada de
osteopontina (OPN) pelos macrófagos, parece ser um
tanto generalizada como característica da resposta inflamatória após necrotizante lesão tecidual. Contudo,
Nagem Fo H, Fares NH, Furuyama RF, Nogueira JC, Missaka R.
neceram evidências de que determinados sinais topográficos podem ser especificamente integrados entre
os muitos sinais extracelulares recebidos pela célula
na sua rede de transdução de sinal. Tais investigações
começam a definir as ligações entre o caráter da superfície do implante e respostas celulares aderentes, incluindo as células do sangue extravasado e do sistema
imunitário como os monócitos. Antes da migração das
células, a matriz extracelular (ECM) dos fluídos plasmáticos é depositada sobre o substrato e, em seguida,
há a migração de monócitos. A matriz extracelular é o
agrupamento de elementos intercelulares dos organismos multicelulares. Assim, corresponde ao complexo
de macromoléculas, dentre elas componentes fibrosos,
proteínas e polissacarídeos. As células formam adesões
focais e polarizaram, em seguida, a migrar ou proliferar
formando colônia.
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a expressão OPN fornece um gradiente quimiotáctico
que induz o recrutamento de macrófagos adicionais no
local da ferida que, por sua vez, produz OPN adicional11.
Uma vez visto principalmente como uma força
motriz da inflamação crônica, os macrófagos também
podem funcionar na regulação imune e cicatrização de
feridas. Os macrófagos contribuem para a reparação
de tecidos e atuam como células compostas de antigênicos, que são necessários para a indução de respostas imunitárias específicas. Esses fenótipos funcionais
de acordo com Barth et al.2 (2013) são realizados por
dois subgrupos de macrófagos: (a) a clássica ativada ou
macrófagos não especializados M1 e (b) a alternativa
ativada ou macrófagos especializados M2. O fenótipo
M1 é ativado pelo reconhecimento de receptores de
interferon-y (IFN-y), o TNF-α, ou receptores de células T, envolvidos em padrões moleculares associados
aos receptores antígenos-específicos essenciais para a
resposta imune. Estão presentes na superfície externa
dos linfócitos T (TCR). Os macrófagos clássicos ativados
(M1) produzem citocinas inflamatórias envolvidas na
inflamação crônica, na limpeza de ferida de bactérias e
de tecidos danificados. Os fenótipos M2 são provocados por uma variedade de estímulos endógenos. Macrófagos de alternativa ativada (M2) são ativados por
IL-10, complexo- imune, bem como células apoptóticas. Sua principal função é de regular negativamente a
inflamação pela secreção do imunossupressor citocina
IL-10.
Propriedades de superfície, incluindo topografia,
energia de superfície, a química e a carga de superfície
são, em grande parte, responsáveis por
​​ esta interação.
Uma apreciação geral para os fenômenos de adesão
celular em superfícies de implantes endósseos inclui
específicos papéis para proteínas aderentes (ECM) da
matriz extracelular como fibronectina, osteopontina
e transmembrana e a receptores (por exemplo, integrinas) presentes na célula aderente21. A instalação do
implante dental desencadeia um processo inflamatório
como resposta do tecido ósseo provocado pelo trauma
cirúrgico, no qual uma cascata de mediadores promove
alterações circulatórias16.
As citocinas formam um grupo diversificado de
proteínas de sinalização intercelular, que regulam não
apenas as respostas inflamatórias, imunológicas locais
e sistêmicas, como também a formação de osso novo.
Para regular a atividade celular, as citocinas utilizam
seus atributos de pleiotropismo e equilibram o funcionamento tanto na iniciação quanto na manutenção
das respostas inflamatórias, além de determinarem o
tipo de mecanismo do efeito que medeia a resistência.
A resposta é controlada por uma cascata de citocinas
iniciada pela síntese de interleucinas15.
A hipótese de que a superfície rugosa pode ativar
fenótipos em macrófagos é suportado pelos recentes
estudos in vivo de Chehroudi et al.6 (2010) que observaram uma superior densidade de macrófagos e mais
rápida mineralização em superfícies rugosas quando comparados com implantes lisos. Madden et al.10
(2010) também constataram uma osseointegração, a
angiogênese, ou reduzida encapsulação fibrosa em
substratos rugosos ou porosos em tempos mais curtos.
Embora haja evidências abundantes de que a topografia da superfície pode influenciar o comportamento de
muitos tipos de células, incluindo osteoblastos, células
epiteliais, fibroblastos e macrófagos, os mecanismos
moleculares específicos através do qual os efeitos topográficos são produzidos não são bem compreendidos.
A superfície rugosa promove diferenciação osteogênica de células imaturas, aumentando sua capacidade de resposta. Com a maturação das células elas
exibem uma sensibilidade reduzida ao substrato, mas
até mesmo o osteócito terminal sua diferenciação é
afetada por mudanças na rugosidade da superfície9.
Conclusão
Em face das inferências observadas na exposição
teórica deste trabalho, pode-se concluir que:
• A rugosidade superficial é um fator importante
para a escolha do implante porque aumenta a
área de osseointegração no contato osso e implante.
• As características topográficas das superfícies influenciam diretamente nas respostas celulares,
potencializando estas respostas e, consequentemente, influenciando todo o processo de osseointegração.
• Os macrófagos são fagócitos específicos que migram para locais das feridas, como componente
de uma tarefa de remoção de tecido necrosado,
restos de células, bactérias e outras partículas.
• Os macrófagos contribuem para a reparação de
tecidos e atuam como células compostas de antigênicos.
• Os macrófagos também podem funcionar na regulação imune e cicatrização de feridas.
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