Isabel Benjumeda Wijnhoven, Raúl Vallejos, Carola Millán, Juan F. Santibáñez, Juan F. Vivanco.

The combination of biomaterials and stem cells for clinical applications constitute a great challenge in bone tissue engineering. Hence, cellular networks derived from cells-biomaterials crosstalk have a profound influence on cell behaviour and communication, preceding proliferation and differentiation. The purpose of this study was to investigate in vitro cellular networks derived from human gingival mesenchymal stem cells (hGMSCs) and calcium phosphate (CaP) bioceramic interaction. Biological performance of CaP bioceramic and hGMSCs interaction was evaluated through cell adhesion and distribution, cellular proliferation, and potential osteogenic differentiation, at three different times: 5 h, 1 week and 4 weeks. Results confirmed that hGMSCs met the required MSCs criteria while displaying osteogenic differentiaton capacities. We found a significant increase of cellular numbers and proliferation levels. Also, protein and mRNA OPN expression were upregulated in cells cultured with CaP bioceramic by day 21, suggesting an osteoinductible effect of the CaP bioceramic on hGMSCs. Remarkably, CaP bioceramic aggregations were obtained through hGMSCs bridges, suggesting the in vitro potential of macrostructures formation. We conclude that hGMSCs and CaP bioceramics with micro and macropores support hGMSC adhesion, proliferation and osteogenic differentiation. Our results suggest that investigations focused on the interface cells-biomaterials are essential for bone tissue regenerative therapies.

La combinación de biomateriales y células madre para aplicaciones clínicas constituye un gran desafío en la ingeniería de tejidos óseos. Por tanto, las redes celulares derivadas de la diafonía entre células y biomateriales tienen una profunda influencia en el comportamiento y la comunicación celular, que precede a la proliferación y diferenciación. El propósito de este estudio fue investigar las redes celulares in vitro derivadas de las células madre mesenquimales gingivales humanas (hGMSC) y la interacción biocerámica de fosfato de calcio (CaP). Se evaluó el desempeño biológico de la interacción de la biocerámica CaP y las hGMSCs mediante la adhesión y distribución celular, la proliferación celular y la diferenciación osteogénica potencial, en tres momentos diferentes: 5 h, 1 semana y 4 semanas. Los resultados confirmaron que las hGMSC cumplían los criterios de las MSC requeridas al tiempo que mostraban capacidades de diferenciación osteogénica. Encontramos un aumento significativo del número de células y los niveles de proliferación. Además, la expresión de OPN de proteína y ARNm se incrementó en células cultivadas con biocerámica de CaP el día 21, lo que sugiere un efecto osteoinductible de la biocerámica de CaP sobre las hGMSC. Sorprendentemente, se obtuvieron agregaciones de biocerámica de CaP a través de puentes de hGMSC, lo que sugiere el potencial in vitro de formación de macroestructuras. Concluimos que las hGMSC y las biocerámicas de CaP con micro y macroporos apoyan la adhesión, la proliferación y la diferenciación osteogénica de las hGMSC. Nuestros resultados sugieren que las investigaciones centradas en la interfaz células-biomateriales son esenciales para las terapias regenerativas de tejido óseo.