Involvement of integrins in the adhesion of osteoblastic cells to a type-I collagen matrix

Abstract

Se han desarrollado varios biomateriales con potencial aplicación en la reconstrucción de tejidos. En este sentido, existe un creciente interés en el diseño de materiales de implante óseo con máxima biocompatibilidad y adecuada adhesividad celular. El objetivo de este trabajo fue estudiar cuáles receptores integrinas participan en la adhesión de osteoblastos a una matriz de colágeno tipo-I. Se analizaron dos líneas celulares osteoblásticas: UMR106, derivada de osteosarcoma de rata; y MC3T3E1, derivada de calvaria de rata. Las células se cultivaron durante una hora sobre plástico, o sobre un gel de colágeno tipo-I, solas o co-incubadas con diferentes péptidos: (a) péptido-b, un oligopéptido de 13 aminoácidos que corresponde a la secuencia conservada 113-125 de la subunidad b de los receptores integrinas; (b) RGD (Arg-Gly-Asp), que corresponde a la secuencia de reconocimiento de la subunidad a de las integrinas a1,5b1; o (c) DGEA (Asp-Gly-Glu-Ala), la secuencia de reconocimiento de la subunidad a de las integrinas a2b1. La adhesión y la inducción de extensiones celulares se evaluaron microscópicamente luego de lavar, fijar y colorear las células con Giemsa. Los resultados demostraron que las células osteoblásticas se adhieren más fácilmente a un sustrato de colágeno tipo-I que al plástico (86 ± 5 células/campo vs. 69 ± 4 células/campo para colágeno tipo-I vs. plástico, respectivamente, p < 0,02). El péptido-b inhibió la adhesión de ambas líneas celulares a una matriz de colágeno y el efecto inhibidor mostró dependencia dosis-respuesta. Por otro lado, este péptido indujo en las células tipo osteoblastos UMR106 un aumento del agrupamiento intercelular, y una reducción en la inducción de extensiones celulares. Estos cambios morfol ógicos podrían estar indicando un incremento en las interacciones célulac élula y una disminución en las interacciones célula-matriz, posiblemente inducidos por el péptido-b. De forma similar, los péptidos RGD y DGEA disminuyeron significativamente, entre un 20 y 30 %, la adhesión de las células UMR106 y MC3T3E1 a la matriz de colágeno. Las células UMR106 cultivadas sobre colágeno en presencia de DGEA mostraron un mayor estiramiento citoplasmático, con inducción de extensiones celulares en múltiples direcciones. En suma, estos resultados sugieren que las subunidades a y b de varios receptores integrinas están involucradas en la adhesión de las células tipo osteoblastos a una matriz de colágeno tipo-I. Así, el recubrimiento de ciertos biomateriales con péptidos de reconocimiento o con moléculas de colágeno intacto, podría mejorar la osteointegración de implantes para la reparación del tejido óseo.

Several biomaterials have been developed with applications in bone tissue engineering. In this context, there is a growing interest in developing bone implant materials with improved biocompatibility and cell adhesion properties. The aim of this study was to research which integrin receptors participate in the attachment of osteoblastic-like cells to a type- I collagen matrix. Two osteoblast-like cells, the UMR106 rat osteosarcoma cell line and the MC3T3E1 mouse calvaria- derived cells, were analyzed. Cells were plated for one hour either on plastic or a type-I collagen film, alone or co-incubated with different peptides: (a) b-Peptide, a 13-aminoacid oligopeptide corresponding to preserved sequence 113-125 of the b-subunit of integrin receptors; (b) RGD (Arg-Gly-Asp), which corresponds to the a-subunit recognition sequence of a1,5b1 integrins; or (c) DGEA (Asp-Gly- Glu-Ala), the a-subunit recognition sequence of a2b1 integrins. Cell adhesion and spreading were evaluated microscopically after fixing and staining the cells with Giemsa. The results showed that osteoblast-like cells adhere more easily to a type-I collagen substratum than to plastic (86 ± 5 cells/ field vs. 69 ± 4 cells/field for type-I collagen vs. plastic, respectively, p < 0.02). The b-peptide inhibited the adhesion of both cell lines to the collagen matrix in dose-dependent way. Addition-ally, this peptide induced an increase in UMR106 cells clumping and a decrease in cells spreading. These morphological features would suggest an increase in cell-cell interactions and a decrease in cell-matrix interactions, possibly mediated by b-peptide. The RGD and DGEA peptides significantly decreased UMR106 and MC3T3E1 adhesion to the collagen matrix (ranging from 20 to 30 % inhibition). On the other hand, UMR106 cells grown on collagen in the presence of DGEA exhibited greater spreading with cellular extensions in multiple directions. Altogether, the obtained results suggest that both a and b subunits of several integrin receptors are involved in the attachment of osteoblast-like cells to a type-I collagen matrix. The coating of different biomaterials with specific recognition peptides as well as with whole collagen molecules, could improve the boneintegration of implants to be used in bone tissue repairing.