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Liso Vascular (VSMCs).
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Percebem a Tensão Tangencial como um sinal mecânico
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• Progressão da placa aterosclerótica em culturas sob estimulação
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em cultura bidimensional de VSMCs
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• Alta Tensão Tangencial protege as ECs, evitando lesões
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3.2 Comportamento Biológico das VSMCs regulado por
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Figure 3. Shear stress regula...
Enxertos vasculares experimentais...
3.3 Proliferação das VSMCs regulada por estiramento
mecânico via Células Endoteliais
...
Estudos futuros devem focar nos mecanismos de cooperação
sistemica e integrar os conhecimentos da Biomecânica, Reologia
do...
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Apresentação do artigo Biomechanical regulation of vascular smooth muscle cell functions (Qiu et al., 2013).

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Biomechanical regulation of vascular smooth muscle cell functions

  1. 1. Biomechanical regulation of vascular smooth muscle cell functions: from in vitro to in vivo understanding Salvador – BA 2014 Universidade Federal da Bahia Instituto de Ciências da Saúde ICSA52 - Bioquímica e Fisiologia dos Órgãos e Sistemas Alexandre Berno¹ George Gonçalves¹ Luisa Queiroz¹ Suelen Silva¹ Taís de Moraes¹ 1 ¹Mestrandos do Programa de Pós-Graduação em Processos Interativos dos Órgãos e Sistemas (ICS-UFBA). Qiu et al. (2013) J. R. Soc. Interface 11: 20130852.
  2. 2. Anormalidades na migração e proliferação de Células de Músculo Liso Vascular (VSMCs). Doenças vasculares Hipertensão Estenose Vascular Aterosclerose APOPTOSE
  3. 3. Fatores Hemodinâmicos Fluxo de Sangue Tensão Tangencial da parede dos vasos sanguíneos Tensão Cíclica Pressão Hidrostática FenótipoFunções
  4. 4. APOPTOSEPROLIFERAÇÃO Fatores Hemodinâmicos NORMAIS ANORMAIS BALANCEAMENTO PATOFISIOLOGIA
  5. 5. Células Endoteliais (ECs) in vivo Percebem a Tensão Tangencial como um sinal mecânico Regula a função das VSMCs SINALIZAÇÃO Expressão Gênica Base para estudos in vitro de co-culturas ECs–VSMCs
  6. 6. Revisar... • Funções das VSMCs; • Progressão da placa aterosclerótica em culturas sob estimulação biomecânica. Elucidar... • Como as funções da VSMCs, sob estímulos mecânicos, ajudará no entendimento da fisiologia e patologia vascular; • Formação de placa aterosclerótica.
  7. 7. 2. Fatores Hemodinâmicos e Função das VSMCs 2.1 Efeitos da Tensão Tangencial e Fluxo Padrão em cultura bidimensional de VSMCs Fenótipo contrátil das VSMCs α – actina de músculo liso (α –SMA); Cadeia pesada de Miosina de Músculo Liso (SH-MHC); Calponina 1; Vimentina (sintético).
  8. 8. 2.1 Efeitos da Tensão Tangencial e Fluxo Padrão em cultura bidimensional de VSMCs in vitro VSMCs afetadas Fenótipo Sintético ATEROSCLEROSE Tensão Tangencial regula funções das VSMCs Proliferação Diferenciação
  9. 9. Controlado pelo Glicocálix em particular Proteoglicanos de Sulfato de Heparina (HSPGs) 2.1 Efeitos da Tensão Tangencial e Fluxo Padrão em cultura bidimensional de VSMCs Alinhamento das VSMCs in vivo TENSÃO TANGENCIAL in vitro
  10. 10. ALTA TENSÃO TANGENCIAL BAIXA TENSÃO TANGENCIAL PROLIFERAÇÃO CELULAR 2.1 Efeitos da Tensão Tangencial e Fluxo Padrão em cultura bidimensional de VSMCs Hiperplasia da Camada Íntima • Fator de Crescimento Derivado de Plaquetas (PDGF); • Matriz Metaloproteinase 2 (MMP-2) por meio de Óxido Nítrico (NO). Controle da Proliferação e Migração: in vitro
  11. 11. Figure 1. Haemodynamic flow regulates the functions of SMCs. The balance between the function of SMCs governs vascular physiology/pathology and atherosclerotic progression under different shear stress stimulation. To be specific, LSS attenuates the bioavailability of NO by decreasing eNOS mRNA and protein expression, ultimately impairs the NO-dependent apoptosis signalling pathway, and destroys the balance of apoptosis and proliferation. In addition, LSS induces PDGF and TGF mRNA and protein expression, leading to SMC proliferation. Furthermore, atherogenic shear stress also causes ECM degradation by increasing enzymatic degradation, such as MMP2 and MMP9. Increased MMP-2 secretion in SMC in response to shear stress may promote SMC migration. PDGF signalling also directs SMC migration and invasion. SMC, possibly through direct or indirect contact with the blood flow, may affect ECM volume and composition in the neointima. HSS, high shear stress; LSS, low shear stress; NO, nitric oxide; ERK1/2, extracellular signal- regulated kinase1/2; AKT, protein kinase B; PDGFR, platelet-derived growth factor receptor; TGF, transforming growth factor; MMP, matrix metalloproteinase. 2.1 Efeitos da Tensão Tangencial e Fluxo Padrão em cultura bidimensional de VSMCs
  12. 12. 2.1 Efeitos da Tensão Tangencial e Fluxo Padrão em cultura bidimensional de VSMCs Implantes vasculares... Fluxo em “Vortex” Migração celular e Hiperplasia Neointima Evita hiperplasia da íntima Fosforilação da ERK1/2 Cinase de Cadeia Leve de Miosina Redução
  13. 13. Table 1. Shear stress regulates the cell function of VSMCs by affecting gene expression. SS, shear stress; ASMC, aortic smooth muscle cell; TFPI-2, tissue factor pathway inhibitor-2; Dyn, dyn/cm2; PDGF, platelet-derived growth factor; MMP, matrix metalloprotease; HO, haem oxygenase; CO, carbon monoxide; NO, nitric oxide; ERK1/2, extracellular signal-regulated kinase1/2; AKT, protein kinase B; min, minute (or minutes); h, hour (or hours); d, day (or days). 2.1 Efeitos da Tensão Tangencial e Fluxo Padrão em cultura bidimensional de VSMCs
  14. 14. 2.2. Efeitos do fluido da Tensão Tangencial nas VSMCs em nível tridimensional Taxa de Fluxo Intersticial Lâmina elástica interna Tensão Tangencial de 1 dyn cm-2 nas VSMCs Tensão Tangencial de 8 dyn cm-2 nas VSMCs (bidimensional) Redução significativa de α-SMA, SM22, SM-MHC, lisina e calponina Células suspensas em Géis de Colágeno Expressão de SM-MHC, lisina e calponina Expressão de α-SMA e SM22
  15. 15. “Na matriz bidimensional as VSMCs apresentam, principalmente, fenótipo sintetizado; por outro lado, as VSMCs sustentam um fenótipo contrátil tanto na matriz tridimensional como sob estimulação da tensão tangencial fluxo intersticial”. 2.2. Efeitos do fluido da Tensão Tangencial nas VSMCs em nível tridimensional
  16. 16. 2.3. Efeitos da Força Mecânica da parede vascular nas funções das VSMCs em ambiente bidimensional “Estiramento cíclico mantém um fenótipo diferenciado e completamente funcional...” Estímulos Mecânicos Alongamento Pulsátil Sinais Intracelulares Modulação na expressão de genes Apoptose Remodelação Migração Proliferação
  17. 17. Alinhamento das VSMCs 2.3. Efeitos da Força Mecânica da parede vascular nas funções das VSMCs em ambiente bidimensional Perpendicularmente à direção de estiramento por meio de sinalização NO e ativação Notch3 dependente de redox Fator de crescimento semelhante à insulina 1 (IGF-1); Proteína Cinase Ativada por Mitógeno (MAPK). Fosfatidilinositol 3-Cinases (PI3K); Tirosina-Cinase e Fator Nuclear-kappaβ (NF-kβ); A indução da Proliferação A indução da Hipertrofia Canais de cálcio Sinalização de PI3K/Akt
  18. 18. 3. Fatores Hemodinâmicos Regulam o comportamento das VSMCs em condições co- cultura 3.1 Modelo de co-cultura sob um ambiente hemodinâmico Interação entre VSMCs e ECs
  19. 19. 3.1 Modelo de co-cultura sob um ambiente hemodinâmico Chiu et al. (2001; 2003) Sistema de co-cultura EC-VSMC onde as ECs não estavam apenas nas proximidades de VSMCs, mas constantemente submetidos ao tensão tangencial. Condições de fluxo ECsVSMCs Uma importante ferramenta de investigação das interações célula-célula e célula-biologia vascular Membrana Porosa
  20. 20. A Tensão Tangencial regula a liberação de substâncias ativas, pelas ECs, que, em seguida, regulam as funções VSMC. 3.2 Comportamento Biológico das VSMCs regulado por tensão tangencial via Células Endoteliais Na presença de Tensão Tangencial Fisiológica: ECs se alinham de acordo com a direção do fluxo. VSMCs se alinham mais perpendicularmente; , Endotelina-1 (ET-1) TGF-β PDGF-A PDGF-BBNO Angiotensina II
  21. 21. • As interações EC–VSMC aumentam a diferenciação das VSMCs. • Alta Tensão Tangencial protege as ECs, evitando lesões graves ou desnudamento da parede vascular. • A Tensão Tangencial induz a liberação de NO derivado do endotélio, que inibe a migração VSMCs e induz a apoptose destas células. • A Tensão Tangencial oscilatória induz a migração das VSMCs através do aumento da expressão de MMP-2 e MMP-9, diminuindo a expressão do inibidor ativador do plasminogênio -1 (PAI-1). 3.2 Comportamento Biológico das VSMCs regulado por tensão tangencial via Células Endoteliais
  22. 22. 3.2 Comportamento Biológico das VSMCs regulado por tensão tangencial via Células Endoteliais Figure 3. Shear stress regulates cellular activities of VSMCs in EC–VSMC co-culture system. High (lamilar) shear stress prevails in the upstream region when atherosclerotic plaques intrude into the vascular lumen, and low (oscillatory) shear stress exists in the downstream region. Under the co-culture condition, high shear stress induces VSMC apoptosis through nitric oxide (NO) released by ECs, and this maybe the cause of ruptured plaques in the upstream of the stenosis. However, low shear stress upregulates the VSMC proliferation and migration through PDGF and TGF released by endothelial cells. In addition, TGF induces the VSMC transdifferentiation into myofibroblasts, and the myofibroblast is the critical cell for proliferation and migration, along with extracellular matrix synthesis, so myofibroblast contributes to atherosclerotic lesion formation. NSS, normal shear stress; HSS, high shear stress; LSS, low shear stress; NO, nitric oxide; SMCs, smooth muscle cells; ECs, endothelial cells; PDGF, platelet-derived growth factor; TGF, transforming growth factor.
  23. 23. Enxertos vasculares experimentais... 3.3 Proliferação das VSMCs regulada por estiramento mecânico via Células Endoteliais DANOS ECsVSMCs Crescimento Trombospondina (TSP) -1 Estiramento Mecânico Estiramento Cíclico ECs
  24. 24. Estudos futuros devem focar nos mecanismos de cooperação sistemica e integrar os conhecimentos da Biomecânica, Reologia do Sangue, Biologia Celular e Biologia Molecular a fim de entender as funções das VSMCs durante a progressão de aterosclerose. Mais pesquisas devem ser direcionadas ao fortalecimento da compreensão da interação entre VSMCs e ECs em modelos de co-cultura em resposta à Tensão Tangencial. 4. Considerações Finais
  25. 25. OBRIGADO!!!

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