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Abstract(s)
The temporomandibular joint (TMJ) disc is a fibrocartilaginous tissue that supports and
lubricates the joint. Due to this important feature and the fact that presents low intrinsic
regeneration capacity, is highly predisposed to suffering traumatic injuries or degeneration,
including all structures of the joint. In more advanced cases of disc dysfunction, its total
removal is essential to decrease pain and increase oral function. However, a substitute is
needed for joint stabilization, correct dental occlusion and to prevent degeneration in the
remaining bone structures.
Some attempts in the field of tissue engineering to find a suitable substitute have been done,
but the research persists. Interest in decellularized xenogeneic tissues has been increasing,
so the present study has focused on developing a potential TMJ disc based on the
decellularization of lamb discs. To this end, different decellularization protocols were evaluated
by testing different agents/concentrations, such as solvents (ethanol/acetone), detergents
(sodium dodecyl sulfate and Triton X-100) and enzymes (accutase). A physical method (one
cycle of freeze and thaw) was also combined with the two detergents. A complete analysis of
the morphology (weight, thickness and mediolateral and anteroposterior dimensions) and
compression tests of the native and acellular discs were performed to evaluate if there were
changes in the properties of the disc. Univariate and multivariate analyses by Fourier transform
infrared spectroscopy were applied to assess the impact of the decellularization agents on the
extracellular matrix (ECM) components, such as collagen and glycosaminoglycans (GAGs).
Moreover, scanning electron microscope and micro-computed tomography allowed the
visualization of the morphology of the disc, enabling the evaluation of the ECM and the removal
of complete cell content.
Through this thesis it was possible to carry out a preliminary study in which different methods
of decellularization were evaluated, where experiments showed that the combination of
freezing and thawing followed by 0.1% Triton X-100 leads to the complete cell removal,
preservation of morphology and mechanical behaviour, while collagen and GAGs are
minimally affected. Future studies are proposed for the optimization of this protocol such as
the implementation of more freeze and thaw cycles and the combination with accutase
enzyme.
O disco da articulação temporomandibular (ATM) é um tecido fibrocartilaginoso que suporta e lubrifica a articulação. Devido a esta importante característica e ao facto de apresentar uma baixa capacidade de regeneração intrínseca, está altamente predisposta a sofrer lesões traumáticas ou degeneração, incluindo nas estruturas ósseas da articulação. Em casos mais avançados de disfunção discal, a sua remoção total é essencial para diminuir a dor e aumentar a função oral. No entanto, é necessário um substituto para a estabilização da articulação, para a correção da oclusão dentária e para prevenir a degeneração nas estruturas ósseas. Existem algumas tentativas no campo da engenharia de tecidos para encontrar um substituto adequado, mas a investigação persiste. O interesse em tecidos xenogénicos descelularizados tem vindo a aumentar, pelo que o presente estudo se centrou no desenvolvimento de um potencial disco de ATM baseado na descelularização de discos de borrego. Para este fim, diferentes protocolos de descelularização foram avaliados testando diferentes agentes/concentrações, tais como solventes (etanol/acetona), detergentes (sulfato de sódio dodecilo e Triton X-100) e enzimas (accutase). Um método físico (um ciclo de congelamento e descongelamento) foi também combinado com os dois detergentes. Uma análise completa da morfologia (peso, espessura e dimensões mediolateral e anteroposterior) e testes de compressão dos discos nativos e acelulares foram realizados para avaliar se havia alterações nas propriedades do disco. Foram aplicadas análises univariadas e multivariadas por espectroscopia de infravermelhos da transformada de Fourier para avaliar o impacto dos agentes de descelularização nos componentes da matriz extracelular (MEC), tais como colagénio e glicosaminoglicanos (GAGs). Além disso, o microscópio electrónico de varrimento e a microtomografia computorizada permitiram a visualização da morfologia do disco, permitindo a avaliação do MEC e a remoção do conteúdo celular. Através desta tese foi possível realizar um estudo preliminar no qual foram avaliados diferentes métodos de descelularização, onde as experiências mostraram que a combinação de congelamento e descongelamento seguida de 0,1% de Triton X-100 leva à remoção completa das células, preservação da morfologia e do comportamento mecânico, enquanto que o colagénio e os GAGs são minimamente afetados. São propostos estudos futuros para a otimização deste protocolo, tais como a implementação de mais ciclos de congelamento e descongelamento e a combinação com a enzima accutase.
O disco da articulação temporomandibular (ATM) é um tecido fibrocartilaginoso que suporta e lubrifica a articulação. Devido a esta importante característica e ao facto de apresentar uma baixa capacidade de regeneração intrínseca, está altamente predisposta a sofrer lesões traumáticas ou degeneração, incluindo nas estruturas ósseas da articulação. Em casos mais avançados de disfunção discal, a sua remoção total é essencial para diminuir a dor e aumentar a função oral. No entanto, é necessário um substituto para a estabilização da articulação, para a correção da oclusão dentária e para prevenir a degeneração nas estruturas ósseas. Existem algumas tentativas no campo da engenharia de tecidos para encontrar um substituto adequado, mas a investigação persiste. O interesse em tecidos xenogénicos descelularizados tem vindo a aumentar, pelo que o presente estudo se centrou no desenvolvimento de um potencial disco de ATM baseado na descelularização de discos de borrego. Para este fim, diferentes protocolos de descelularização foram avaliados testando diferentes agentes/concentrações, tais como solventes (etanol/acetona), detergentes (sulfato de sódio dodecilo e Triton X-100) e enzimas (accutase). Um método físico (um ciclo de congelamento e descongelamento) foi também combinado com os dois detergentes. Uma análise completa da morfologia (peso, espessura e dimensões mediolateral e anteroposterior) e testes de compressão dos discos nativos e acelulares foram realizados para avaliar se havia alterações nas propriedades do disco. Foram aplicadas análises univariadas e multivariadas por espectroscopia de infravermelhos da transformada de Fourier para avaliar o impacto dos agentes de descelularização nos componentes da matriz extracelular (MEC), tais como colagénio e glicosaminoglicanos (GAGs). Além disso, o microscópio electrónico de varrimento e a microtomografia computorizada permitiram a visualização da morfologia do disco, permitindo a avaliação do MEC e a remoção do conteúdo celular. Através desta tese foi possível realizar um estudo preliminar no qual foram avaliados diferentes métodos de descelularização, onde as experiências mostraram que a combinação de congelamento e descongelamento seguida de 0,1% de Triton X-100 leva à remoção completa das células, preservação da morfologia e do comportamento mecânico, enquanto que o colagénio e os GAGs são minimamente afetados. São propostos estudos futuros para a otimização deste protocolo, tais como a implementação de mais ciclos de congelamento e descongelamento e a combinação com a enzima accutase.
Description
Trabalho final de mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica
Keywords
Temporomandibular joint disc Disco da articulação temporomandibular Disc disorders Distúrbios discais Tissue engineering Engenharia de tecidos Decellularization Descelularização Extracellular matrix Matriz extracelular
Citation
TRINDADE, Daniela Alexandra Pinheiro - Development of tissue-engineered temporomandibular discs based on xenogeneic extracellular matrices. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa - Escola Superior de Tecnologia da Saúde de Lisboa, 2021. Dissertação de mestrado.
Publisher
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa - Escola Superior de Tecnologia da Saúde de Lisboa