Effect of ultrasound, extracorporeal shockwaves and radial pressure waves on Akt, BMP-2, ERK-2, FAK and TGF-b1 during bone healing in rat tibial defects

Orientador: William Dias Belangero Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas Resumo: Ondas acústicas, como ultrassom pulsado de baixa intensidade, ondas de choque e ondas de pressão radial interferem na osteogênese por meio da modulação da expressão e do perfil de atividade de Akt, BMP-2 (bone morphogenetic protein-2), ERK-2 (extracellular signal-regulated kinase-2), FAK (focal adhesion kinase) e TGF-?1 (transforming growth factor-?1). Apesar do uso habitual na prática médica, não está claro se as terapias acústicas aceleram o reparo de fraturas agudas. Ademais, nenhum estudo comparou o efeito do ultrassom, ondas de choque e de pressão radial na modulação da expressão e do perfil de atividade de Akt, BMP-2, ERK-2, FAK e TGF-?1 durante o reparo ósseo. A presente tese foi desenvolvida para determinar se o ultrassom, as ondas de choque e as de pressão radial modulam a expressão e o perfil de atividade de Akt, BMP-2, ERK-2, FAK e TGF-?1 durante o reparo de defeitos ósseos produzidos em tíbias de ratos; e, caso afirmativo, se a modulação proteica difere entre as terapias acústicas. Para tanto, defeitos ósseos nas tíbias de ratos foram expostos a uma sessão de 500 pulsos e 0.12mJ/mm2 de ondas de choque, uma sessão de 500 pulsos e 2.0 bar de ondas de pressão radial, ou sessões diárias de 20 minutos de ultrassom pulsado a 30mW/cm2. Após seguimento de 1, 3 e 6 semanas, o tecido ósseo foi coletado para análise da expressão e perfil de atividade de Akt, BMP-2, ERK-2, FAK e TGF-?1. Os animais expostos ao ultrassom foram acompanhados por até 3 semanas. Identificou-se que o ultrassom pulsado de baixa intensidade modulou a expressão de BMP-2 na terceira semana; as ondas de choque modularam, na primeira semana, a expressão de BMP-2 e TGF-?1, e o perfil de atividade de Akt e FAK; e as ondas de pressão radial modularam o perfil de atividade de FAK na terceira semana. Com base nesses achados, conclui-se que, durante o reparo de defeitos ósseos produzidos em tíbias de ratos, o ultrassom pulsado de baixa intensidade, as ondas de choque e as de pressão radial modularam, de maneira distinta, a expressão e o perfil de atividade de Akt, BMP-2, FAK e TGF-?1, mas não de ERK-2. Além disso, entre as terapias avaliadas, as ondas de choque exibiram o efeito mais expressivo na modulação proteica Abstract: Low-intensity pulsed ultrasound (LIPUS), extracorporeal shockwaves (ESWT) and radial pressure waves (RPWT) influence osteogenesis via Akt, BMP-2 (bone morphogenetic protein-2), ERK-2 (extracellular signal-regulated kinase-2), FAK (focal adhesion kinase) and TGF-?1 (transforming growth factor-?1) modulation. In spite of that, it is not clear whether those acoustic waves are effective to accelerate fracture healing. Additionally, to our knowledge no study compared the effect of different acoustic therapies on Akt, BMP-2, ERK-2, FAK and TGF-?1 during bone healing. An experimental study was conducted to determine whether LIPUS, ESWT and RPWT modulate Akt, BMP-2, ERK-2, FAK and TGF-?1 during bone healing in rat tibial defects; and, if so, to compare the results between the different modalities of acoustic therapies. Rat tibial defects were exposed to 500 shots of ESWT delivered at 0.12mJ/mm2, 500 impulses of RPWT operated at 2.0 bar, or daily 20-minute 30mW/cm2 sonication. Following 1, 3 and 6 weeks, bones were harvested to determine the expression and activity of Akt, BMP-2, ERK-2, FAK and TGF-?1. Animals exposed to ultrasound were followed up to 3 weeks. It was demonstrated that LIPUS modulates BMP-2 expression at three weeks; ESWT modulate Akt and FAK activity profiles, and the expression of BMP-2 and TGF-?1 at one week; and RPWT modulate FAK activity profile at 3 weeks. In conclusion, LIPUS, ESWT and RPWT exhibit distinct mechanisms to modulate Akt, BMP-2, FAK and TGF-?1, but not ERK-2 ¿ which is not modulated ¿, during bone healing in rat tibial defects Doutorado Fisiopatologia Cirúrgica Doutor em Ciências CAPES 02-P-3369/2017 FAPESP 2014/26729-0