Testing of biomolecules and novel surfaces for periodontal and peri-implant regeneration

Abstract

[spa] Las enfermedades periodontales y periimplantarias son condiciones patológicas relacionadas con un proceso de infección e inflamación alrededor del diente o de un implante dental, respectivamente. La pérdida progresiva de los tejidos que los rodean y la pérdida final de las piezas son las características principales de estas patologías. Desafortunadamente, estos procesos son frecuentes en la población y las opciones terapéuticas disponibles actualmente no han alcanzado resultados suficientemente satisfactorios. Debido a que la inflamación y el estrés oxidativo se encuentran entre los principales causantes de estas enfermedades, en esta tesis se han evaluado cinco flavonoides (crisina, diosmetina, galangina, quercitrina y taxifolina) y dos metoxiindoles pineales (melatonina y 5-methoxytryptophol) con potencial actividad antioxidante y antiinflamatoria mediante estudios in vitro con el objetivo de encontrar nuevas biomoléculas para proteger y regenerar la integridad de los tejidos periodontales. Los resultados obtenidos apuntan a la quercitrina, entre las diferentes biomoléculas analizadas, como la biomolécula con más potencial para suscitar la regeneración de los tejidos periodontales. La quercitrina mostró efectos antiinflamatorios, incrementó la expresión de los marcadores relacionados con la matriz extracelular (ECM) y disminuyó la destrucción del tejido blando gingival en condiciones basales e inflamatorias, usando como modelo fibroblastos gingivales humanos (hGF). Además, la quercitrina incrementó la diferenciación de células madre humanas a células formadoras de hueso en condiciones basales, osteogénicas e inflamatorias. En paralelo, los mismos principios se pueden aplicar al proceso de cicatrización de los tejidos periodontales alrededor de un implante dental después de una cirugía implantaria. El proceso regenerativo que se pretende conseguir podría favorecer la integración de los tejidos periodontales alrededor del implante dental, lo que garantizaría su supervivencia. Las propiedades fisicoquímicas de la superficie de los implantes influencian la integración de los tejidos periodontales al implante. En esta tesis se evaluaron diferentes superficies seleccionadas para incrementar la integración del tejido periodontal blando. Primero, se comparó la respuesta de los hGF a superficies de titanio (Ti) y titanio-zirconio (TiZr) con diferentes topografías (pulida, microestriada y rugosa). Los dos materiales fueron biocompatibles ya que permitieron el crecimiento normal de los hGF. En cuanto a la topografía, las superficies microestriadas produjeron un alineamiento de los hGF con las micro-estrías y produjeron una respuesta menos inflamatoria y más regenerativa que las superficies pulidas y rugosas, según el perfil de expresión de los marcadores génicos estudiados. A continuación, la quercitrina se usó para biofuncionalizar superficies de Ti y se analizaron los efectos de estas superficies en Streptococcus mutans y en hGF. Las superficies funcionalizadas con quercitrina disminuyeron la adhesión bacteriana e incrementaron la adhesión de hGF. Asimismo, estas superficies produjeron los mismos efectos beneficiosos que la quercitrina en solución en los hGF, es decir, efectos antiinflamatorios, prevención de la destrucción de la ECM y promoción de la regeneración tisular. En conclusión, los resultados derivados de esta tesis sugieren a la quercitrina como tratamiento potencial para la enfermedad periodontal y periimplantitis. Además, la quercitrina podría usarse para funcionalizar implantes dentales y con ello mejorar su integración con los tejidos periodontales, mejorando la tasa de supervivencia de los implantes.

[eng] and 5-methoxytryptophol) with antioxidant and anti-inflammatory potential were screened in vitro with the aim to find new biomolecules to protect and regenerate the integrity of periodontal tissues. The results obtained point to quercitrin, among the different biomolecules studied, as the most promising biomolecule to promote soft and hard tissue regeneration. Quercitrin showed anti-inflammatory effects, increased the expression of extracellular matrix related-markers and decreased soft tissue destruction in basal and inflammatory conditions in human gingival fibroblasts. Moreover, quercitrin increased the differentiation of human mesenchymal stem cells to bone-forming cells in basal, osteogenic and inflammatory conditions. In parallel, the same principles apply to peri-implant healing, i.e. the intended regenerative process may favour soft and hard tissues integration, which guarantees dental implant success. It is known that physical and chemical properties of dental implant surfaces influence soft and hard tissue integration with the dental implant. In this thesis, different dental implant surfaces for soft tissue integration were tested. First, the response of human gingival fibroblasts to titanium (Ti) and titanium-zirconium (TiZr) surfaces with three different surface topographies (polished, microgrooved and rough) was compared. Ti and TiZr were biocompatible, i.e. allowed human gingival fibroblasts growth. Regarding the surface topography, microgrooved surfaces induced a less inflammatory and more regenerative cellular gene expression profile than polished and rough ones and guided cell alignment on the microgrooves of their surfaces. Then, quercitrin was used to biofunctionalise Ti surfaces and the effects on Streptococcus mutans and human gingival fibroblasts were analysed. Quercitrin-functionalised surfaces decreased bacterial adhesion while increased human gingival fibroblasts adhesion. Furthermore, these surfaces showed the same beneficial effects than quercitrin in solution on human gingival fibroblasts, i.e. anti-inflammatory effects, prevention of extracellular matrix destruction and promotion of tissue regeneration. All in all, the results derived from this thesis suggest quercitrin as a potential treatment for periodontal and peri-implant diseases. Moreover, this molecule can be used to functionalise dental implants to improve both hard and soft tissue integration, increasing dental implant success.