Rui Chen;Mengting Wang;Qiaoling Qi;Yanli Tang;Zhenzhao Guo;Shuai Wu;Qiyan Li
Journal of Periodontal and Implant Science
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제53권1호
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pp.20-37
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2023
Purpose: Our pilot study showed that a 3-dimensional dual drug delivery scaffold (DDDS) loaded with Chinese herbs significantly increased the regenerated bone volume fraction. This study aimed to confirm the synergistic anti-inflammatory and osteogenic preclinical effects of this system. Methods: The targets and pathways of parthenolide and naringin were predicted. Three cell models were used to assess the anti-inflammatory effects of parthenolide and the osteogenic effects of naringin. First, the distance between the cementoenamel junction and alveolar bone crest (CEJ-ABC) and the bone mineral density (BMD) of surgical defects were measured in a rat model of periodontitis with periodontal fenestration defects. Additionally, the mRNA expression levels of matrix metallopeptidase 9 (MMP9) and alkaline phosphatase (ALP) were measured. Furthermore, the number of inflammatory cells and osteoclasts, as well as the protein expression levels of tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) and levels of ALP were determined. Results: Target prediction suggested prostaglandin peroxidase synthase (PTGS2) as a potential target of parthenolide, while cytochrome P450 family 19 subfamily A1 (CYP19A1) and taste 2 receptor member 31 (TAS2R31) were potential targets of naringin. Parthenolide mainly targeted inflammation-related pathways, while naringin participated in steroid hormone synthesis and taste transduction. In vitro experiments revealed significant antiinflammatory effects of parthenolide on RAW264.7 cells, and significant osteogenic effects of naringin on bone marrow mesenchymal stem cells and MC3T3-E1 cells. DDDS loaded with parthenolide and naringin decreased the CEJ-ABC distance and increased BMD and ALP levels in a time-dependent manner. Inflammation was significantly alleviated after 14 days of DDDS treatment. Additionally, after 56 days, the DDDS group exhibited the highest BMD and ALP levels. Conclusions: DDDS loaded with parthenolide and naringin in a rat model achieved significant synergistic anti-inflammatory and osteogenic effects, providing powerful preclinical evidence.
Mesenchymal stem cells (MSCs) are useful candidates for tissue engineering and cell therapy. Physiological cell environment not only connects cells to each other, but also connects cells to the extracellular matrix that provide mechanical support, thus exposing the entire cell surface and activating signaling pathways. Hydrogel is a polymeric material that swells in water and maintains a distinct 3-dimensional (3D) network structure by cross linking. In this study, we investigated the optimized cellular function for canine adipose tissue-derived MSCs (cAD-MSCs) using hydrogel. We observed that the expression levels of Ki67 and proliferating cell nuclear antigen, which are involved in cell proliferation and stemness, were increased in transwell-hydrogel (3D-TN) compared to the transwell-normal (TN). Also, transforming growth factor-${\beta}1$ and SOX9, which are typical bone morphogenesis-inducing factors, were increased in 3D-TN compared to the TN. Collagen type II alpha 1, which is a chondrocyte-specific marker, was increased in 3D-TN compared to the TN. Osteocalcin, which is a osteocyte-specific marker, was increased in 3D-TN compared to the TN. Collectively, preconditioning cAD-MSCs via 3D culture systems can enhance inherent secretory properties that may improve the potency and efficacy of MSCs-based therapies for bone regeneration process.
Lee, Ki-Young;Choi, Hye-Seung;Choi, Ho-Sung;Chung, Ka Young;Lee, Bong-Jin;Maeng, Han-Joo;Seo, Min-Duk
Biomolecules & Therapeutics
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제24권2호
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pp.191-198
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2016
The vitamin D receptor (VDR) is a member of the nuclear receptor (NR) superfamily. The VDR binds to active vitamin $D_3$ metabolites, which stimulates downstream transduction signaling involved in various physiological activities such as calcium homeostasis, bone mineralization, and cell differentiation. Quercetin is a widely distributed flavonoid in nature that is known to enhance transactivation of VDR target genes. However, the detailed molecular mechanism underlying VDR activation by quercetin is not well understood. We first demonstrated the interaction between quercetin and the VDR at the molecular level by using fluorescence quenching and saturation transfer difference (STD) NMR experiments. The dissociation constant ($K_d$) of quercetin and the VDR was $21.15{\pm}4.31{\mu}M$, and the mapping of quercetin subsites for VDR binding was performed using STD-NMR. The binding mode of quercetin was investigated by a docking study combined with molecular dynamics (MD) simulation. Quercetin might serve as a scaffold for the development of VDR modulators with selective biological activities.
This paper has focused on presenting vibration analysis of trapezoidal sandwich plates with 3D-graphene foam reinforced polymer matrix composites (GrF-PMC) core and FG wavy CNT-reinforced face sheets. The porous graphene foam possessing 3D scaffold structures has been introduced into polymers for enhancing the overall stiffness of the composite structure. Also, 3D graphene foams can distribute uniformly or non-uniformly in the plate thickness direction. The effective Young's modulus, mass density and Poisson's ratio are predicted by the rule of mixture. In this study, the classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The First-order shear deformation theory of plate is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions for trapezoidal plate. The governing equations together with related boundary conditions are discretized using a mapping-generalized differential quadrature (GDQ) method in spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained using GDQ method. Validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. It is explicated that 3D-GrF skeleton type and weight fraction, carbon nanotubes (CNTs) waviness and CNT aspect ratio can significantly affect the vibrational behavior of the sandwich structure. The plate's normalized natural frequency decreased and the straight carbon nanotube (w=0) reached the highest frequency by increasing the values of the waviness index (w).
본 연구에서는 용액 중 플라즈마 공정을 이용하여 젤라틴/Ag 나노입자(AgNP) 용액을 제조하고 동결 건조하여 3차원 비계 형태의 생체복합재료를 성공적으로 제조하였다. 본 공정에서는 환원제 사용 없이 플라즈마 방전 중 수소 라디칼과 Ag 이온의 환원을 통해, 젤라틴 기지재 내에 지름 12~20 nm 크기의 구형 AgNP가 효과적으로 형성되었다. 젤라틴 농도가 높을수록(3%) AgNP의 분산안정성이 좋았으며, 3차원 비계 형태의 젤라틴의 미세공 조직이 작아지고 밀도가 높아지는 것으로 나타났다. 또한 AgNP의 농도가 높을수록(5 mM) 항균효과가 좋았는데, Ag5G3 생체복합재료를 사용했을 때 황색포도상구균의 생장은 44% 감소되었고, 대장균의 생장은 100% 감소되어 그람 음성균에 대한 항균력이 더 좋은 것으로 나타났다.
The average life span is over 80 years of age, and various biomaterials have being studied. Many research institutes and companies around the world have been commercializing bioactive glass through R&D, however, there is not much research in Korea. Most bioactive glass is applied to bone regeneration in powder form due to its excellent bio-compatibility. Recently, new applications such as scaffolds for tissue engineering and nerve regeneration have been found in composite form. The global market size is not as large as US $ 556 million in 2019, but the growth rate is very high at a CAGR of 14.35 %. This field is waiting for the challenge of new researchers.
Tseng, Tzu-Liang Bill;Chilukuri, Aditya;Park, Sang C.;Kwon, Yongjin James
Journal of Computational Design and Engineering
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제1권3호
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pp.194-201
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2014
Optimization of design is an important step in obtaining tissue engineering scaffolds with appropriate shapes and inner micro-structures. Different shapes and sizes of scaffolds are modeled using UGS NX 6.0 software with variable pore sizes. The quality issue we are concerned is the scaffold porosity, which is mainly caused by the fabrication inaccuracies. Bone scaffolds are usually characterized using a scanning electron microscope, but this study presents a new automated inspection and classification technique. Due to many numbers and size variations for the pores, the manual inspection of the fabricated scaffolds tends to be error-prone and costly. Manual inspection also raises the chance of contamination. Thus, non-contact, precise inspection is preferred. In this study, the critical dimensions are automatically measured by the vision camera. The measured data are analyzed to classify the quality characteristics. The automated inspection and classification techniques developed in this study are expected to improve the quality of the fabricated scaffolds and reduce the overall cost of manufacturing.
Kim, Chan-Kyung;Cho, Soo-Gyeong;Li, Jun;Kim, Chang-Kon;Lee, Hai-Whang
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제32권12호
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pp.4341-4346
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2011
Impact sensitivity, one of the most important screening factors for novel high energy density materials (HEDMs), was predicted by use of quantitative structure-property relationship (QSPR) based on the electrostatic potential (ESP) values calculated on the van der Waals molecular surface (MSEP). Among various 3D descriptors derived from MSEP, we utilized total and positive variance of MSEP, and devised a new QSPR equation by combining three other parameters. We employed 37 HEDMs bearing a benzene scaffold and nitro substituents, which were also utilized by Rice and Hare. All the molecular structures were optimized at the B3LYP/6-31G(d) level of theory and confirmed as minima by the frequency calculations. Our new QSPR equation provided a good result to predict the impact sensitivities of the molecules in the training set including zwitterionic molecules.
Bacterial cellulose (BC) is generated from citrus gel by Gluconacetobacter hansenii TL-2C. BC has good properties such as high-burst pressure, high-water contact and the ultrafine highly nanofibrous structure of mimic natural extracellular matrix (ECM) for tissue engineering. In this study, acrylic acid (AAc) was grafted onto BC surfaces under aqueous conditions using gamma-ray irradiation, and then immobilized gelatin onto AAc-g-BC. The characterization of scaffolds was performed by scanning electron microscopy (SEM), attenuated total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), toluidine blue O (TBO) assay. Morphology of gelatin and AAc incorporation onto BC nanofibers did not changed. Our study suggests that gelatin-immobilized BC nanofibers scaffold has a potentiality to fabricate 3D nanofibrous scaffolds for tissue engineering.
Cho, Hye Jung;El-Gamal, Mohammed I.;Oh, Chang-Hyun;Lee, So Ha;Kim, Garam;Hong, Jun Hee;Choi, Hong Seok;Yoo, Kyung Ho
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제33권11호
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pp.3635-3639
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2012
A series of new diarylureas possessing aminoisoquinoline scaffold was synthesized, and their in vitro antiproliferative activity against A375P human melanoma cell line was tested. Compounds 1d, 1l, 1n, 1p, 1q, and 1t showed superior potency against A375P to Sorafenib. The highest potency was shown by compound 1p possessing 3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl terminal ring with $IC_{50}$ value of $0.41{\mu}M$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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