Le risposte delle cellule mesenchimali esposte alla topografia di superfici di titanio: il ruolo di β-catenina

Abstract

La topografia delle superfici in titanio è considerata uno dei fattori più importanti per il successo degli impianti ossei. E’ noto, infatti, che il grado di rugosità delle superfici influenza il comportamento dei precursori mesenchimali delle cellule ossee, modulandone la proliferazione, il differenziamento e la commissione verso il fenotipo osteoblastico. Tuttavia i meccanismi molecolari alla base delle risposte cellulari nei confronti della topografia di superficie sono ancora poco chiari. L’obiettivo del lavoro è stato quello di studiare il comportamento delle cellule mesenchimali murine cresciute a contatto con differenti superfici in titanio. Si è inoltre analizzato l’effetto di tali superfici sulla crescita cellulare in presenza di stress ossidativo. A tale scopo, cellule C2C12 sono state transfettate con il plasmide per il Wnt3a o per la β-catenina e con un costrutto reporter per TCF basato sull’attività dell’enzima Luciferasi. La stimolazione della via di segnalazione di Wnt, analizzata mediante lettura al luminometro, risulta aumentata in cellule cresciute su superfici rugose (SLA) rispetto a quelle lisce (polished). Inoltre quando le cellule vengono trasfettate con la forma costitutivamente attiva di β-catenina (SS33Y), le differenze tra le due superfici non sono più apprezzabili. Si è poi proceduto ad analizzare mediante RealTime-PCR i livelli di espressione di geni target della via di segnalazione del Wnt in cellule transfettate con Wnt3a. Cellule a contatto con titanio SLA, in seguito a stimolazione con Wnt3a, mostrano livelli di mRNA dei geni ALP, OPG e Wisp-2 significativamente più elevati rispetto alle cellule cresciute su titanio liscio, mentre i livelli dei geni CX43 e COX-2 sono più elevati su superfici rugose già allo stato basale. Inoltre l’espressione del gene Axin-2, coinvolto nel processo di degradazione di β-catenina, appare ridotta sulle superfici rugose. Allo scopo di analizzare l’influenza della rugosità di superficie sul comportamento cellulare in presenza di uno stato di stress ossidativo, le cellule sono state transfettate con un costrutto reporter per il fattore FoxO. La via molecolare dipendente dall’attivazione del complesso di trascrizione FoxO/β-catenina risulta significativamente più attiva in C2C12 cresciute su superfici SLA sia in assenza di stress ossidativo che dopo stimolazione con 0.1 mM di H2O2, e l’espressione dei geni target di FoxO, quali Catalasi e Superossido Dismutasi, enzimi con funzione di difesa nei confronti dell’azione lesiva delle specie reattive all’ossigeno, risulta aumentata sulle superfici rugose. Questi risultati sono coerenti con l’osservazione che il danno da stress ossidativo è minore in cellule cresciute su titanio SLA rispetto a quelle cresciute sul titanio pulished. In conclusione, si può affermare che la topografia delle superfici in titanio influenza in maniera importante il comportamento e la sopravvivenza delle cellule, controllando il bilancio tra i meccanismi molecolari che regolano da un lato la crescita e dall’altro le difese cellulari nei confronti dei radicali liberi dell’ossigeno. Questi risultati mostrano inoltre come la rugosità di superficie influenzi sia il pathway di Wnt sia la via di segnalazione di FoxO attraverso il controllo della degradazione di β-catenina, fornendo così la spiegazione per il comportamento delle cellule cresciute a contatto con superfici ruvide.