R. Periodontia - Junho 2008 - Volume 18 - Número 02
FUNDAMENTOS E PRINCÍPIOS BIOLÓGICOS DA
ENGENHARIA TECIDUAL EM PERIODONTIA – REVISÃO
DE LITERATURA
Concepts and biological principles of periodontal tissue engineering - literature review
Ana Carolina Faria Morandini1, Carlos Ferreira Santos2, Mário Taba Jr 3
RESUMO
O objetivo principal da terapia periodontal deve ser a
restauração completa da estrutura e função dos tecidos
perdidos com o processo de doença, resultando na cura
pela formação de novo aparelho de inserção (novo osso,
cemento e ligamento periodontal). Essa regeneração depende da proliferação, migração, diferenciação e síntese
de matriz protéica. A engenharia tecidual é um campo
multidisciplinar em emergência e é definida como a aplicação de princípios de engenharia, química e biologia
objetivando o reparo, restauração ou regeneração de tecidos vivos. O objetivo desta revisão é discutir os fundamentos para engenharia de tecidos direcionada à regeneração
periodontal dando ênfase à terapia celular, bem como
mostrar o atual estágio de evolução nessa área e suas futuras direções em Odontologia.
UNITERMOS: Engenharia de tecidos. Periodontia. Terapia celular. R Periodontia 2008; 18:14-18.
1
Mestranda em Reabilitação Oral – Periodontia, FOB/USP
2
Professor Associado (Livre-Docente), Departamento de Ciências Biológicas, Disciplina de
Farmacologia, FOB/USP
3
Professor Associado (Livre-Docente), Departamento de Cirurgia e Traumatologia
Bucomaxilofacial, Disciplina de Periodontia, FORP/USP
Recebimento:01/08/07 - Correção:04/12/07 - Aceite:20/03/08
INTRODUÇÃO
O objetivo principal da terapia periodontal deve
ser a restauração completa da estrutura e função dos
tecidos perdidos com o processo de doença, resultando na cura pela formação de novo aparelho de
inserção (novo osso, cemento e ligamento
periodontal). Essa regeneração periodontal depende da proliferação, migração, diferenciação e síntese
de matriz protéica. Os métodos terapêuticos propostos para que esta efetivamente aconteça apresentam ainda resultados limitados. Estes incluem regeneração tecidual guiada (RTG), condicionamento
ácido da superfície radicular, enxertos ósseos ou de
biomateriais, que funcionam como arcabouço temporário para facilitar a osteogênese. Embora estudos dos últimos 15 anos demonstrem que regeneração é biologicamente possível e clinicamente
reprodutível 1 (BARTOLD & NARAYANAN, 1997),
a severa destruição do osso alveolar periodontal
pode representar um defeito de tamanho crítico que
não pode ser regenerado com boa previsibilidade
pelas abordagens terapêuticas convencionais.
Apesar dos avanços nessa área, as limitações
relacionadas ao fato de que esses materiais sintéticos não reproduzem exatamente a composição
química e estrutural do osso mineral natural ainda
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persistem8 ( LYNCH et al, 1999).
O termo Engenharia Tecidual foi definido por LAURENCIN
et al6 , em 1999, como a “aplicação de princípios de engenharia, química e biologia objetivando o reparo, restauração
ou regeneração de tecidos vivos, por meio da utilização de
biomateriais, células e fatores de crescimento, sozinhos ou
em combinação”. Engenharia Tecidual é um campo
multidisciplinar em emergência que vem para provocar uma
revolução na maneira como devolvemos a saúde e qualidade de vida a milhões de pessoas no mundo, seja restabelecendo, mantendo ou otimizando a função de um tecido ou
órgão19 (SIPE et al, 2002). É um termo originalmente empregado para descrever a produção de um tecido em meio de
cultura, utilizando-se células semeadas e desenvolvidas em
matrizes (arcabouços) porosas absorvíveis. Vários tipos celulares, como células ósseas, podem proliferar-se mantendo
seu fenótipo. Dessa forma, na Engenharia Tecidual
Periodontal busca-se especificamente o reparo de osso
alveolar, cemento associado ao dente e ligamento
periodontal20 (SLAVKIN & BARTOLD, 2006). A regeneração
depende de quatro componentes básicos: moléculas
sinalizadoras apropriadas (fatores de crescimento), células,
suprimento sanguíneo (nutrição) e um arcabouço (scaffold)
para guiar e criar estrutura tridimensional21 (TABA Jr et al,
2005). Para se atingir esse objetivo, é necessário a construção de biomateriais que sejam capazes de interagir com
moléculas bioativas (fatores de crescimento) e células.
Diante disso, diferentes polímeros, cerâmicas, proteínas e
células têm sido testados. Técnicas utilizando terapia gênica
podem contribuir muito nesse processo, funcionando como
uma alternativa terapêutica através da modulação da
resposta do hospedeiro. Células-tronco também têm sido
alvo de pesquisas, focando sua aplicação terapêutica impulsionadas pelo alto potencial de auto-renovação e capacidade de originar linhagens celulares com diferentes funções9
(MA, 2006)
REVISÃO DA LITERATURA:
Embora muito progresso tenha sido alcançado no campo da medicina regenerativa óssea durante os últimos anos,
as terapias atuais, como enxertos, ainda têm muitas limitações 18 (SALGADO et al, 2004). A não ser pelo fato da
tecnologia no desenvolvimento de materiais ter resultado em
evidentes melhorias na área da substituição óssea, não houve
ainda o desenvolvimento de um substituto ósseo ideal. É
neste contexto que o campo emergente da Engenharia
Tecidual tem ganho notoriedade nos últimos dez anos. É
uma área baseada no profundo conhecimento de
embriologia, formação e regeneração tecidual e que objetiva o crescimento de novos tecidos funcionais, não só a mera
“reposição de peças”. Combinam-se conhecimento integral
de Medicina, Química, Engenharia e Biologia em uma aproximação interdisciplinar detalhada. Engenharia de tecidos
está intimamente relacionada ao campo de medicina
regenerativa5 (KNESER et al, 2006).
Vários autores afirmam que o século XXI parece representar um tempo na história onde existe uma convergência
entre a Odontologia Clínica e a Medicina, bem como a
Genética Humana, Biologia Molecular e do desenvolvimento da Biotecnologia, Bioengenharia e Bioinformática.
Nessa convergência, surge a oportunidade para a
Bioengenharia desenvolver e fabricar esmalte dental,
dentina, cemento, ligamento periodontal e osso alveolar.
Para que ocorra a regeneração periodontal, a disponibilidade de tipos celulares apropriados em conjunto com um ambiente local favorável, promovendo migração, adesão, proliferação e diferenciação celular, devem estar coordenados precisamente em tempo e espaço 20 (SL AVKIN & BARTOLD,
2006).
O QUE É TERAPIA CELULAR?
O princípio da terapia celular é restaurar a função de um
órgão ou tecido, transplantando novas células para substituir as células perdidas pela doença, ou substituir células que
não funcionam adequadamente devido a um defeito genético. A forma mais simples para sua utilização, em Medicina,
é pela transfusão de células do sangue (hemácias,
granulócitos, plaquetas), sendo uma das abordagens terapêuticas mais amplamente utilizadas no mundo. Pesquisas
recentes mostraram que uma alternativa para a terapia celular seria a utilização de células-tronco. Essas células são
indiferenciadas e têm a capacidade não só de gerar novas
células-tronco, mas também grande variedade de células de
diferentes funções. Um aspecto peculiar à regeneração
periodontal é o envolvimento de vários tipos celulares: células epiteliais derivadas do epitélio juncional e gengival,
osteoblastos, cementoblastos e fibroblastos originários do
tecido gengival e do ligamento periodontal10,11 (MCCAULEY
& SOMERMAN, 1998; MCCULLOCH, 1993). Vários
autores3,4,12,13,15,16(GOTTLOW ET AL, 1984; KARRING, 1980;
.MCCULLOCH ,1995; MELCHER AH. 1976; NYMAN ET AL.
1980; NYMAN ET AL. 1982) demonstraram que a regeneração ocorre quando as células presentes na área afetada após
a cura da ferida forem do mesmo tipo e apresentarem as
mesmas características funcionais daquelas originalmente
existentes. Assim a terapia celular visa promover a proliferação, migração e diferenciação de células capazes de formar
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novo aparelho de inserção periodontal. É justamente essa
capacidade de proliferação, migração e formação de tecido
conjuntivo pelas células-tronco nos estágios iniciais do reparo que parece exercer papel importante na formação de
ligamento periodontal e cemento e, conseqüentemente,
na regeneração periodontal, sem desenvolvimento
de reabsorção radicular e anquilose. Uma vez estimuladas,
essas células-tronco seriam capazes de se proliferar, migrar
e se diferenciar em fibroblastos, cementoblastos e
osteoblastos.
CÉLULAS-TRONCO:
A fonte das células é a primeira preocupação quando se
trata de tecido produzido pela Bioengenharia, no sentido de
que as características ótimas incluem: não imunorejeição,
não reação enxerto versus hospedeiro, não tumorigenicidade,
disponibilidade imediata e em quantidades pertinentes, controle da taxa de proliferação celular, potencial osteogênico
consistente e previsível, bem como uma controlada
integração com os tecidos ao redor. A eficiência de isolamento e expansão, estabilidade do fenótipo osteoblástico,
capacidade de formação óssea in vivo, e segurança a longo
prazo são requisitos essenciais que deveriam ser alcançados
por qualquer tipo de célula osteogênica para o sucesso da
aplicação clínica5 ( KNESER ET AL, 2006). Células-tronco são
as responsáveis pelo desenvolvimento e regeneração de tecidos e órgãos. Sinais bioquímicos e biomecânicos guiam sua
proliferação e diferenciação tanto nos estágios precoces de
desenvolvimento quanto na regeneração após a doença.
Podem ser de origem embrionária, chamadas células-tronco
embrionárias (CTE), encontradas no blastocisto ou nos estágios mais precoces da diferenciação celular, ou células-tronco adultas (CTA), que podemos encontrar em diversos tecidos do corpo como epitélio, músculo, matriz óssea, cérebro,
polpa dental, fígado, vasos sanguíneos, e coração7(LEMOLI,
2005). A plasticidade celular refere-se à habilidade de células-tronco adultas em adquirir fenótipos maduros diferentes
do seu tecido de origem. Dentre as células-tronco adultas
do osso medular, por exemplo, temos as células-tronco
hematopoéticas (CTH), que dão origem a linhagens
maduras de células do sangue e as células mesenquimais
indiferenciadas, ou seja, células-tronco mesenquimais
(CTM), que podem diferenciar-se em osso, cartilagem e
gordura.
O PRINCÍPIO DA TERAPIA:
As células-tronco mesenquimais da medula óssea têm
um potencial inerente de diferenciação em linhagens celulares osteogênicas, condrogênicas, adipogênicas e
miocárdicas22 (TABATA, 2001). Essa população celular pode
ser facilmente isolada da medula óssea e expandida in vitro,
a partir de amostras relativamente pequenas, o que faz destas as candidatas ideais para estratégias de terapia celular a
fim de regenerar o tecido afetado2,17(DAGA et al, 2002; QUARTO et al, 2001) . As células de interesse também podem passar por processo de expansão em número, em cultura, antes de serem implantadas in vivo, uma vez que células-tronco representam uma porcentagem muito pequena de células nos tecidos adultos. Recentemente, um estudo mostrou
a primeira evidência de reconstrução de órgão dentário inteiro com sucesso via transplante de material desenvolvido
pela bioengenharia através da compartimentalização celular
in vitro14 (NAKAO, 2007). Essa experiência, sem dúvida, aumenta o potencial para uso dessa tecnologia em futuras terapias regenerativas. A adesão celular, migração, proliferação e diferenciação são exemplos de processos biológicos
influenciados pela composição e organização estrutural das
matrizes extracelulares ao redor. A capacidade das moléculas sinalizadoras em estimular a formação de um tecido é
dependente da presença, no tecido residual, de células competentes para responder ao sinal e produzir o tecido desejado. A concentração celular é um parâmetro crítico para a
expansão da cultura8 (LYNCH, 1999). O grande problema seria
controlar sua diferenciação. Ainda não foi demonstrado um
protocolo para as condições de diferenciação dessas células
e que o estágio de diferenciação celular desejado pode ser
devidamente mantido. Existe a preocupação de que as células se multipliquem descontroladamente e dêem origem a
tumores.
DISCUSSÃO:
O ponto crítico para o futuro é aprender como controlar
as células-tronco e fazê-las diferenciarem-se permanentemente no tipo celular desejado. Obter, purificar e expandir
culturas de células-tronco, bem como controlar os processos de diferenciação permanente são pendências que ainda
precisam de solução. Apesar do grande avanço no conhecimento de biologia celular alcançado até agora, passos ainda devem ser dados em direção a melhor compreensão do
que é preciso para se desenvolver um material feito pela
Engenharia de tecidos, comercialmente disponível. A primeira
necessidade é tentar compreender melhor como os fatores
de crescimento interagem entre si e com as células, qual é
seu efeito, qual mecanismo intracelular é desencadeado por
eles e, principalmente, como eles podem ser ativados ou
inativados. Seria igualmente interessante se aprofundar no
fenômeno de migração que leva células ao ambiente de ci-
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catrização. Quanto à viabilidade clínica, deve-se ressaltar que
não podemos deixar de pensar no custo/benefício desses
materiais, equilibrando o nosso cotidiano com a realidade
econômica e social em que estamos inseridos como profissionais.
CONCLUSÃO:
Não há dúvida de que a Engenharia Tecidual tem o enorme potencial de contribuir significativamente com a sociedade na próxima década. Numerosas técnicas já foram testadas na tentativa de se regenerar tecidos perdidos pela doença periodontal. O sucesso, na maioria das vezes, depende muito do conhecimento acerca da biologia do processo
regenerativo. O próximo passo em tecnologias regenerativas
será envolver conhecimento mais profundo de sinalização
molecular (intra e extracelular) e mecanismos de diferenciação celular nos processos regenerativos.
ABSTRACT
The main goal of periodontal therapy must be the
structural and functional rehabilitation of the lost tissues due
to the periodontal disease, resulting in repair and formation
of new periodontal attachment (new bone, cementum and
periodontal ligament). Regeneration depends on the
proliferation, migration, differentiation and production of
extracellular protein matrix. Tissue engineering is an emerging
multidisciplinary field defined as the application of the
concepts of engineering, chemistry and biology aiming repair,
restoration or regeneration of tissues. The aim of this literature
review is to discuss principles and methods of engineering
tissues for periodontal regeneration emphasizing on cell
therapy, as well as to show the state of the art in this field
and to present the future directions in Dentistry.
UNITERMS: Tissue engineering. Cell therapy. Stem cells.
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Endereço para correspondência:
Dr. Carlos F. Santos
Universidade de São Paulo
Faculdade de Odontologia de Bauru
Disciplina de Farmacologia
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