Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2022; 89(5):370-375 | DOI: 10.55095/achot2022/059

Expozice NiTi slitinám mění expresi miR-124 u fyziologických a osteoartrotických osteoblastůPůvodní práce

M. ŠTEFANČÍK1, L. VÁLKOVÁ1, J. VEVERKOVÁ1, A. WEISER2, A. DLOUHÝ2, L. RYBA3,*, M. PÁVKOVÁ GOLDBERGOVÁ1
1 Institute of Pathological Physiology, Faculty of Medicine, Masaryk University, Brno, Czech Republic
2 Academy of Sciences CR, Institute of Physics of Materials, Brno, Czech Republic
3 Department of Orthopaedics, Faculty of Medicine, Masaryk University, University Hospital, Brno, Czech Republic

PURPOSE OF THE STUDY:
Nitinol (NiTi) is a biomaterial widely used in medicine based on super-elastic and shape memory properties. miR-124 has a key role in inflammatory process, osteoblasts differentiation, and mineralization. The aim of study was evaluating the differences in gene expression of miR-124 of human physiological osteoblasts (HOB) and human osteoarthritic osteoblasts (OSBA) as a response to NiTi alloy in different heat treatments.

MATERIAL AND METHODS:
The cells were cultivated with NiTi discs with/without addition of bacterial lipopolysaccharide (LPS) for 72 hours. MicroRNAs were isolated, underwent reverse transcription and were analyzed by RT-PCR.

RESULTS:
As a response to LPS, HOB overexpressed miR-124, while in OSBA expression change did not occur. Overexpression was also observed in both cell lines as a response to hydrogen and helium treated NiTi discs. HOB expressed significantly higher amount of miR-124 than OSBA as a response to hydrogen treatment of NiTi discs. In addition, hydrogen treatment caused significantly higher expression in HOB than LPS. The combination of NiTi disc and LPS treatment in HOB didn't cause any expression changes. Comparing to LPS-only treatment, the expression in HOB with combination of LPS and alloy was significantly lower. In OSBA, the expression was increased by the combination of LPS and hydrogen disc, in case of helium disc, the expression was decreased.

CONCLUSIONS:
In conclusion, human physiological and osteoarthritic osteoblasts respond to NiTi alloy with both surface (hydrogen and helium atmosphere) treatment by overexpression of miR-124. The effect of LPS as inflammatory modulator suggests the presence of an "anti-inflammatory preconditioning" in osteoarthritic osteoblasts, as physiological osteoblasts overexpression was significantly higher.

Klíčová slova: nitinol, osteoblast, miR-124, lipopolysaccharide

Zveřejněno: 15. říjen 2022  Zobrazit citaci

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago Chicago Notes IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
ŠTEFANČÍK M, VÁLKOVÁ L, VEVERKOVÁ J, WEISER A, DLOUHÝ A, RYBA L, PÁVKOVÁ GOLDBERGOVÁ M. Expozice NiTi slitinám mění expresi miR-124 u fyziologických a osteoartrotických osteoblastů. Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2022;89(5):370-375. doi: 10.55095/achot2022/059. PubMed PMID: 36322038.
Stáhnout citaci

Reference

  1. Churov AV, Oleinik EK, Knip M. MicroRNAs in rheumatoid arthritis: altered expression and diagnostic potential. Autoimmun Rev. 2015;14:1029-1037. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  2. Chu-Tan JA, Rutar M, Saxena K, Aggio-Bruce R, Essex RW, Valter K, Jiao H, Fernando N, Wooff Y, Madigan MC, Provis J, Natoli R. MicroRNA-124 dysregulation is associated with retinal inflammation and photoreceptor death in the degenerating retina. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2018;59:4094-4105. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  3. Datta AK, Misra M, North SL, Kasprzak KS. Enhancement by nickel(II) and L-histidine of 2'-deoxyguanosine oxidation with hydrogen peroxide. Carcinogenesis. 1992;13:283-287. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  4. Hill TP, Später D, Taketo MM, Birchmeier W, Hartmann C. Canonical Wnt/beta-catenin signaling prevents osteoblasts from differentiating into chondrocytes. Dev Cell. 2005;8:727-738. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  5. Huang S, Ge X, Yu J, Han Z, Yin Z, Li Y, Chen F, Wang H, Zhang J, Lei P. Increased miR-124-3p in microglial exosomes following traumatic brain injury inhibits neuronal inflammation and contributes to neurite outgrowth via their transfer into neurons. FASEB J Off Publ Fed Am Soc Exp Biol. 2018;32:512-528. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  6. Iuchi K, Imoto A, Kamimura N, Nishimaki K, Ichimiya H, Yokota T, Ohta S. Molecular hydrogen regulates gene expression by modifying the free radical chain reaction-dependent generation of oxidized phospholipid mediators. Sci Rep. 2016;6:18971. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  7. Laine SK, Alm JJ, Virtanen SP, Aro HT, Laitala-Leinonen TK. MicroRNAs miR-96, miR-124, and miR-199a regulate gene expression in human bone marrow-derived mesenchymal stem cells. J Cell Biochem. 2012;113:2687-2695. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  8. Londin E, Loher P, Telonis AG, Quann K, Clark P, Jing Y, Hatzimichael E, Kirino Y, Honda S, Lally M, Ramratnam B, Comstock CES, Knudsen KE, Gomella L, Spaeth GL, Hark L, Katz LJ, Witkiewicz A, Rostami A, Jimenez SA, Hollingsworth MA, Yeh JJ, Shaw CA, McKenzie SE, Bray P, Nelson PT, Zupo S, Van Roosbroeck K, Keating MJ, Calin GA, Yeo C, Jimbo M, Cozzitorto J, Brody JR, Delgrosso K, Mattick JS, Fortina P, Rigoutsos I. Analysis of 13 cell types reveals evidence for the expression of numerous novel primate- and tissue-specific microRNAs. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015;112:E1106-1115. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  9. Ma J, Weng L, Wang Z, Jia Y, Liu B, Wu S, Cao Y, Sun X, Yin X, Shang M, Mao A. MiR-124 induces autophagy-related cell death in cholangiocarcinoma cells through direct targeting of the EZH2-STAT3 signaling axis. Exp Cell Res. 2018;366:103-113. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  10. Møller P, Jensen DM, Wils RS, Andersen MHG, Danielsen PH, Roursgaard M. Assessment of evidence for nanosized titanium dioxide-generated DNA strand breaks and oxidatively damaged DNA in cells and animal models. Nanotoxicology. 2017;11:1237-1256. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  11. Plant SD, Grant DM, Leach L. Behaviour of human endothelial cells on surface modified NiTi alloy. Biomaterials. 2005;26:5359-5367. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  12. Prasad KN, Bondy SC. MicroRNAs in hearing disorders: their regulation by oxidative stress, inflammation and antioxidants. Front Cell Neurosci. 2017;11:276. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  13. Qadir AS, Um S, Lee H, Baek K, Seo BM, Lee G, Kim G-S, Woo KM, Ryoo H-M, Baek J-H. miR-124 negatively regulates osteogenic differentiation and in vivo bone formation of mesenchymal stem cells. J Cell Biochem. 2015;116:730-742. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  14. Qin Z, Wang P-Y, Su D-F, Liu X. miRNA-124 in immune system and immune disorders. Front Immunol. 2016;7:406. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  15. Ryhänen J. Biocompatibility evaluation of nickel-titanium shape memory metal alloy. undefined. 1999
  16. Santiago-Medina P, Sundaram PA, Diffoot-Carlo N. Titanium oxide: a bioactive factor in osteoblast differentiation. Int J Dent. 2015;2015:357653. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  17. Ševčíková J, Bártková D, Goldbergová M, Kuběnová M, Čermák J, Frenzel J, Weiser A, Dlouhý A. On the Ni-Ion release rate from surfaces of binary NiTi shape memory alloys. Appl Surf Sci. 2018;427:434-443. Přejít k původnímu zdroji...
  18. Shen HM, Zhang QF. Risk assessment of nickel carcinogenicity and occupational lung cancer. Environ Health Perspect. 1994;102:275-282. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  19. Song B, Zhou T, Yang W, Liu J, Shao L. Contribution of oxidative stress to TiO2 nanoparticle-induced toxicity. Environ Toxicol Pharmacol. 2016;48:130-140. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  20. Sun Y, Li Q, Gui H, Xu D-P, Yang Y-L, Su D-F, Liu X. MicroRNA-124 mediates the cholinergic anti-inflammatory action through inhibiting the production of pro-inflammatory cytokines. Cell Res. 2013;23:1270-1283. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  21. Sun Y, Qin Z, Li Q, Wan J, Cheng M, Wang P, Su D, Yu J, Liu X. MicroRNA-124 negatively regulates LPS-induced TNF-α production in mouse macrophages by decreasing protein stability. Acta Pharmacol Sin. 2016;37:889-897. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  22. Válková L, Ševčíková J, Pávková Goldbergová M, Weiser A, Dlouhý A. Osteoarthritic process modifies expression response to NiTi alloy presence. J Mater Sci Mater Med. 2018;29:146. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  23. Wang J, Li N, Zheng L, Wang S, Wang Y, Zhao X, Duan Y, Cui Y, Zhou M, Cai J, Gong S, Wang H, Hong F. P38-Nrf-2 signaling pathway of oxidative stress in mice caused by nanoparticulate TiO2. Biol Trace Elem Res. 2011;140:186-197. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  24. Yao L, Ye Y, Mao H, Lu F, He X, Lu G, Zhang S. MicroRNA-124 regulates the expression of MEKK3 in the inflammatory pathogenesis of Parkinson's disease. J Neuroinflammation. 2018;15:13. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  25. Ying H, Da L, Yu-xiu S, Yu X, Li-xia L, Li-mei X, Wei-dong R. TLR4 mediates MAPK-STAT3 axis activation in bladder epithelial cells. Inflammation. 2013;36:1064-1074. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  26. Zhang R, Niu Y, Li Y, Zhao C, Song B, Li Y, Zhou Y. Acute toxicity study of the interaction between titanium dioxide nanoparticles and lead acetate in mice. Environ Toxicol Pharmacol. 2010;30:52-60. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...