Reparación ósea: rol de las isoflavonas en los procesos celulares involucrados

Abstract

Phytoestrogens (PE) as isoflavone Genistein (Gen) are dietary supplements proposed to reduce the risk of osteoporotic fractures in postmenopausal women. After healing, bone repair depends on angiogenesis that supplies preosteoblasts and factors required for osteoblasts (OB) differentiation, bone formation and mineralization. New capillaries formation involves EC proliferation; migration as well as synthesis of VEGF. Bone remodeling can also be induced by biocompatible silica nanoparticles (NPMsi) capable to generate neo extracellular bone matrix. We previously demonstrated that Gen stimulates bone cells differentiation through its direct action on vascular tissue. In this work we evaluated the role of Gen on the cellular events involved in bone repair. Experimental model: aortic rings (AR); primary cell cultures of aortic endothelial cells (EC) or calvaria OB isolated from female Wistar rats aged 1 to 3 weeks. In vitro treatments with Gen (1 nM-5 ìM) during 24-72 h were performed. PE stimulated EC proliferation in all range of concentrations employed (22-39% above control, p <0.01). Indeed, Gen increased the expression of the proangiogenic factor VEGF measured by immunoassay (1 fold, p <0.001). Whether the angiogenic action of Gen depends on bone vascular (B-V) interactions was also evaluated. To that end, assays were performed using conditioned medium (CM) obtained from OB cell cultures treated with Gen (24h). The presence of CM induced a 3 fold (p <0.05) increase in EC migration respect to Gen treatment in the absence of CM. Angiogenesis was measured as new capillaries formation using AR seeded in a protein matrix for 5 days in the presence or absence of CM. Tubes formation was quantified by optic microscopy. In the presence of CM, the AR exhibited a greater number of three-dimensional tubular structures around the rings. Finally, the role of Gen on OB differentiation in the presence of NMPs of silica was evaluated. Alkaline phosphatase activity and extracellular calcium deposition (Alizarin staining) were measured as OB differentiation markers. NMPsi + Gen co-treatment enhanced both markers (p <0.002) with an additive action respect to NMPs alone. In conclusion, Gen elicited a positive regulation of the cellular processes involved in the bone repair through B-V interaction, and also favors the action of tissue regeneration biomaterials.

Los fitoestrógenos (FE), como la isoflavona genisteína (Gen), son suplementos dietarios propuestos como alternativa natural para reducir el riesgo de fracturas asociado a osteoporosis menopáusica. La reparación ósea depende de la revascularización (angiogénesis) que aporta factores y precursores OB que, al diferenciarse, adquieren capacidad de formación y mineralización ósea. La proliferación y migración de CE y síntesis de VEGF son eventos cruciales que conducen a la formación de los neocapilares. La regeneración ósea también puede promoverse con el aporte de la bioingeniería a través del uso de nanopartículas de sílice (NPMsi) biocompatibles capaces de generar una neomatriz ósea. Previamente demostramos que Gen modula la interacción entre los sistemas óseo y vascular (O-V) favoreciendo la diferenciación de células óseas indirectamente a través de su acción vascular. El objetivo del trabajo fue evaluar el papel de Gen sobre los procesos vinculados a la reparación ósea descriptos anteriormente. Modelo experimental: se emplearon de ratas Wistar hembras de 1-3 semanas de edad, a partir de las cuales se obtuvieron: anillos de aorta (AA) y cultivos primarios de células endoteliales aórticas (CE) y de osteoblastos de calvaria (OB). Se trataron in vitro con Gen (1 nM-5 µM) por 24-72 horas. Primeramente estudiamos el efecto de Gen sobre la proliferación (ensayo MTT) de CE. El FE estimuló el crecimiento celular en todo el rango de concentraciones estudiadas (22-39% s/c, p< 0,01, Gen 1nM- 1 µM). Al evaluar la acción del FE sobre la producción de VEGF (inmunoensayo) observamos un aumento significativo de la expresión del proangiogénico (64,19±3,68 vs. 38,01±4,24 pg VEGF/mg prot; Gen vs. C, p <0,001). Se usó CoCl2 (inductor de VEGF) 150 µM como control positivo de la expresión. Corroboramos el papel del VEGF (2,05 pg/mL) como estimulador del crecimiento endotelial (33% estímulo proliferación s/c, p<0,001). Nos preguntamos si la acción de Gen sobre la angiogénesis depende de su acción regulatoria O-V. Para ello, se realizaron ensayos con medios condicionados (MC) provenientes de OB en cultivo tratados con Gen (24 h). Se midió su efecto sobre la migración de CE (ensayo de reparación de herida). La presencia del MC potenció el estímulo en la migración inducido el tratamiento directo con Gen (72 h) (187% vs. 30% s/c en presencia o ausencia de MC, p<0,05). La formación de neocapilares se abordó sembrando AA en un soporte proteico por 5 días en presencia o en ausencia de MC proveniente de OB pretratados con Gen 10 nM (12 días). Se cuantificaron los tubos.