Metabolómica da osteogénese de células estaminais por GC-MS

Abstract

A perda massiva ou fraturas extensas de osso estão associadas a graves consequências socioeconómicas e na qualidade de vida destes pacientes, representando ainda hoje grandes desafios clínicos, agravados pelo en-velhecimento da população. Em engenharia de tecidos, o recurso a célu-las estaminais (SCs) mesenquimais é uma alternativa menos invasiva do que as atuais abordagens de tratamento de lesões ósseas, frequente-mente associadas a complicações pós-operatórias. A metabolómica mos-tra-se particularmente útil na supervisão do comportamento celular du-rante a diferenciação de SCs em células do tecido ósseo, tendo grande potencialidade na monitorização e encaminhamento da osteogénese de forma a desenvolver terapias mais eficientes. Os lípidos mostram-se in-tervenientes essenciais na regulação do comportamento de SCs, sendo precisamente estes o foco da presente dissertação de mestrado. Recor-rendo-se a células mesenquimais estaminais provenientes de tecido adi-poso humano (hAMSCs), estudou-se a evolução da osteoindução ao longo de 21 dias, a par da cultura de hAMSCs em meio basal (envelheci-mento celular). Para isso analisaram-se os extratos intracelulares apola-res destas células por cromatografia gasosa acoplada a espetrometria de massa (GC-MS) aos dias 1, 4, 7, 14 e 21. Alguns metabolitos em destaque na condição osteoindutiva foram o ácido esteárico, ácido palmitoleico, ácido oleico, 1-monomiristina, 1,3-dipalmitina, colesterol, pirofosfato e fos-foetanolamina, visto que estes variaram significativamente apenas em os-teoindução e não na condição controlo. Em osteoindução verificou-se o catabolismo geral de glicerolípidos na terceira semana, o aumento mais acentuado (comparativamente à condição controlo) do ácido docosahe-xaenóico (com propriedades inibidoras da osteoclastogénese e estimula-doras da osteogénese), destacou-se o papel de compostos que contêm fosfato para a mineralização óssea (pirofosfato e fosfoetanolamina) e tam-bém o possível papel do ácido oleico como inibidor da apoptose induzida por ácido palmítico, que por sua vez é possível que se esterifique em tri-acilgliceróis.

Massive bone loss or extensive fractures are associated with serious so-cioeconomic and quality of life consequences for these patients, repre-senting, even today, major clinical challenges, aggravated by the aging population. In tissue engineering, the use of mesenchymal stem cells (SCs) is a less invasive alternative to current approaches to the treatment of bone lesions, often associated with postoperative complications. Metab-olomics is particularly useful in supervising cellular behavior during the dif-ferentiation of SCs into bone tissue cells, having great potential in moni-toring and guiding osteogenesis in order to develop more efficient thera-pies. Lipids are essential players in regulating the behavior of SCs, and these are precisely the focus of this master's thesis. Using mesenchymal stem cells from human adipose tissue (hAMSCs), the evolution of osteoin-duction was studied over 21 days, along with the culture of hAMSCs in basal medium (cellular aging). Thus, the nonpolar intracellular extracts of these cells were analyzed by gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS) on days 1, 4, 7, 14 and 21. Some metabolites highlighted in the osteoinductive condition were stearic acid, palmitoleic acid, oleic acid, 1-monomiristin, 1,3-dipalmitin, cholesterol, pyrophosphate and phosphoeth-anolamine, as these varied significantly only in osteoinduction and not in the control group. In osteoinduction there was a general catabolism of glycerolipids in the third week, a greater increase (compared to the control condition) of docosahexaenoic acid (with osteoclastogenesis inhibiting and osteogenesis stimulating properties), the role of phosphate-containing compounds (pyrophosphate and phosphoethanolamine) was highlighted in the context of bone mineralization and also the possible role of oleic acid was suggested as an inhibitor of apoptosis induced by palmitic acid, which in turn could be esterified in triacylglycerols.