Pro-inflammatory Analysis of Macrophages in Contact with Titanium Particles and Porphyromonas gingivalis

Dodo, Cindy Goes; Meirelles, Luiz; Aviles-Reyes, Alejandro; Ruiz, Karina Gonzalez Silvério; Abranches, Jacqueline; Cury, Altair Antoninha Del Bel

Abstract During insertion of titanium dental implants, particles may shear from the implant to the periimplant region causing osteolysis, and their association with bacteria can exacerbate the inflammatory reaction. However, the association of a high invasive bacterium from the oral cavity, Porphyromonas gingivalis (Pg), and titanium particles remains unknown. This study evaluated pro-inflammatory reaction of human macrophages in contact with micro and nanoparticles of titanium associated with Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide (PgLPS). THP-1 cell were used and treated for 12, 24 and 48 h following 6 groups: Control(C), PgLPS (L); Microparticles (M); Nanoparticles (N); PgLPS and microparticles (LM); PgLPS and nanoparticles (LN).

The following assays were carried out:

i) cell viability using MTS, ii) cell morphology by SEM and iii) expression of tumor necrosis factor alpha (TNF-α), interleukin-1 beta (IL-1β) and interleukin-6 (IL-6) by qRT-PCR and ELISA. For statistics two-way ANOVA followed by Tukey's test was used (p<0.05). After treatment, cells presented similar viability and morphology demonstrating that the treatments were not able to induce cell death. Gene expression was significantly higher for TNF-α and IL1-β after 12 h, and for IL-6 after 24 h in the N and LN groups. Cytokine production over time was an ascending curve for TNF-α with the peak at 48 h and IL1-β and IL-6 had a straight line among the time points, although cells from N group presented a significant production of IL-6 at 48 h. In conclusion, these results suggest that titanium nanoparticles stimulate stronger pro-inflammatory response in macrophages, independent of their association with LPS from P.gingivalis.

Resumo Durante a inserção de implantes dentários partículas de titânio podem ser liberadas na região peri-implantar levando ao processo de osteólise e a associação com a bactéria pode exacerbar ainda mais a reação inflamatória. Entretanto, a associação de uma bactéria altamente invasiva da cavidade oral, Porphyromonas gingivalis (Pg) e partículas de titânio ainda não foi investigada. Este estudo avaliou a reação pró-inflamatória de macrófagos humanos em contato com micro e nanopartículas de titânio associada a lipopolissacarídeo P. gingivalis (PgLPS). As células THP-1 foram utilizadas e tratadas durante 12, 24 e 48 h nos 6 seguintes grupos: Controle (C), PgLPS (L); micropartículas (M); nanopartículas (N); PgLPS e micropartículas (LM); PgLPS e nanopartículas (LN).

Em seguida foram realizados os seguintes ensaios:

i) a viabilidade celular utilizando MTS, ii) a morfologia celular por MEV e iii) expressão do fator de necrose tumoral alfa (TNF-α), interleucina-1 beta (IL-1β) e interleucina 6 (IL-6) por qRT-PCR e ELISA. Como estatística foi realizado o teste ANOVA two-way seguido pelo teste de Tukey (p<0,05). Após o tratamento, as células apresentaram viabilidade e morfologia semelhantes, demonstrando que os tratamentos não foram capazes de induzir a morte celular. A expressão de genes foi significativamente mais elevada para o TNF-α e IL1-β após 12h, e para a IL-6 após 24 horas em N e grupos de LN. A produção de citocinas em relação ao tempo representou uma curva ascendente para o TNF-α com o pico em 48 h, enquanto que para IL1-β e IL-6 se apresentou como uma linha reta com relação ao tempo, exceto pelo grupo N que foi significativo para IL-6 em 48 h . Conclui-se, a partir destes resultados, que as nanopartículas de titânio produziram o maior estímulo na resposta pró-inflamatória nos macrófagos, independente da sua associação com LPS de P. gingivalis.