• Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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• 제37권1호
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• pp.30-35
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• 2011

Introduction: Dental implants are used routinely with high success rates in generally healthy individuals. By contrast, their use in patients with diabetes mellitus is controversial because altered bone healing around implants has been reported. This study examined the bone healing response around titanium implants placed immediately in rats with controlled and uncontrolled diabetes. Materials and Methods: Twenty rats were divided into the control, insulin-treated and diabetic groups. The rats received streptozotocin (60 mg/kg) to induce diabetes; animals in the insulin-treated group also received three units of subcutaneous slow-release insulin. A titanium implant ($1.2{\times}3\;mm$) was placed in the extraction socket of the maxillary first molar and bone block was harvested at 1, 2 and 4 weeks. Results: Bone formation around the implants was consistently (from 1 to 4 week post-implantation) slower for the diabetic group than the control and insulin-treated group. Bone morphogenesis in the diabetic rats was characterized by fragmented bone tissues and extensive soft tissue intervention. Conclusion: The immediate placement of titanium implants in the maxilla of diabetic rats led to an unwanted bone healing response. These results suggest that immediate implant insertion in patients with poorly controlled diabetes might be contraindicated.

• Journal of Periodontal and Implant Science
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• 제41권4호
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• pp.192-200
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• 2011

Purpose: The aim of this study is to compare the gene expression profile in mesenchymal stem cells derived from dental tissues and bone marrow for characterization of dental stem cells. Methods: We employed GeneChip analysis to the expression levels of approximately 32,321 kinds of transcripts in 5 samples of bone-marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) (n=1), periodontal ligament stem cells (PDLSCs) (n=2), and dental pulp stem cells (DPSCs) (n=2). Each cell was sorted by a FACS Vantage Sorter using immunocytochemical staining of the early mesenchymal stem cell surface marker STRO-1 before the microarray analysis. Results: We identified 379 up-regulated and 133 down-regulated transcripts in BMSCs, 68 up-regulated and 64 down-regulated transcripts in PDLSCs, and 218 up-regulated and 231 down-regulated transcripts in DPSCs. In addition, anatomical structure development and anatomical structure morphogenesis gene ontology (GO) terms were over-represented in all three different mesenchymal stem cells and GO terms related to blood vessels, and neurons were over-represented only in DPSCs. Conclusions: This study demonstrated the genome-wide gene expression patterns of STRO-$1^+$ mesenchymal stem cells derived from dental tissues and bone marrow. The differences among the expression profiles of BMSCs, PDLSCs, and DPSCs were shown, and 999 candidate genes were found to be definitely up- or down-regulated. In addition, GOstat analyses of regulated gene products provided over-represented GO classes. These data provide a first step for discovering molecules key to the characteristics of dental stem cells.

• International Journal of Oral Biology
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• 제30권3호
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• pp.99-103
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• 2005

Bone morphogenetic proteins (BMPs), members of a large group of TGF-beta family, are important molecular regulators of morphogenesis of numerous tissues and organs, including bones and teeth. Most BMPs are capable of inducing bone formation in vivo and therefore are of considerable clinical interest for regenerating mineralized tissues. Recently, we have developed a method to culture cells from human cementum (human cementum-derived cells, HCDCs). HCDCs, when attached to synthetic hydroxyapatite/tricalcium phosphate (HA/TCP) ceramic and transplanted into immunodeficient mice, formed histologically identifiable cementum-like tissue. Since it is unclear to what extent BMPs are involved in cementogenesis, the aim of this study was to establish which BMPs are expressed by cementogenic HCDCs and whether the expression of BMPs is related to the degree of cellular differentiation in vitro. HCDCs were maintained in growth medium (DMEM/F12 supplemented with 10% FBS) until confluent (proliferation stage). Upon reaching confluence, cells were incubated in the differentiation medium (DMEM/F12 medium containing 10% FBS and 50 mg/ml ascorbic acid) for 14 days (differentiation stage). Next, HCDCs were incubated in mineralization medium (DMEM/F12, 50 mg/ml ascorbic acid, 2.5 mg/ml of ITS (insulin-transferrinselenium), 5 mM beta-glycerophosphate and $10^{-8}M$ dexamethasone) for another 14 days (mineralization stage). At the end of each differentiation stage, total RNA was isolated and evaluated for BMPs (2 through 8) expression by employing real time RT-PCR. HCDCs expressed most of BMPs examined except BMP-7 and BMP-8. Furthermore, on average, the highest levels of BMPs were expressed at the earlier differentiation stage, prior to the initiation of mineralization in vitro. These results indicate that several BMPs are expressed during cementoblastic differentiation and suggest that BMPs may be involved in the homeostasis of human cementum.

• 대한소아치과학회지
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• 제26권4호
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• pp.652-663
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• 1999

두개봉합부의 조기융합으로 알려진 Craniosynostosis는 두개봉합부 주위 조직들 사이의 조화로운 상호작용이 파괴되었을 때 야기될 수 있다. 흥미롭게도 FGF receptor들, 특히 FGFR2의 point mutation은 여러 가지 형태의 craniosynostosis 증후군과 연관되어 있어, FGFR가 두개봉합부를 포함한 두개골 성장발달과정에 중요한 유전자임을 시사하고 있다. Mouse 두개봉합부의 초기형태발생시 FGFR 유전자들의 기능을 알아보기위해, in situ hybridization 방법을 이용하여 FGFR2(BEK) 및 골아세포분화의 초기표지자인 osteopontin이, 태생기(E15-18)에서 출생후(P1-P3)까지, 두개골의 시상봉합부에서의 발현양상을 조사하였다. FGFR2(BEK)은 osteogenic fronts에 강하게 발현되었으며, osteopontin은 parietal bone의 exo-, endocranial부위에서 발현되었으나, parietal bone의 성장가장자리인 osteogenic front에서는 관찰되지 않았다. 두개봉합부에서의 FGF-mediated FGFR signaling의 역할을 좀더 심도깊게 조사하기위해 E15.5 mouse의 두개골을 이용하여 in vitro 실험을 시행하였다. 흥미롭게도 osteogenic fronts 및 시상봉합부의 간엽조직 중앙에 FGF2-soaked beads를 점적하여 36시간 기관배양한 결과, bead주위 조직들의 두께 및 세포수가 증가되었으며, osteogenic fronts 상에 FGF4 beads를 올려놓은 경우, 시상두개봉합부 중앙에 점적된 FGF4 beads나 BSA control beads에 비해, 골성장이 촉진되어 시상두개봉합부의 부분적인 소멸을 관찰할 수 있었다. 이와 더불어 FGF2 beads는 osteopontin 및 Msx1 유전자의 발현을 유도하였다. 이 결과들을 종합해 볼 때, FGF-mediated FGFR signaling이 발육중인 두개골과 두개봉합부에서 세포의 증식과 분화의 균형을 조절하는데 중요한 역할을 담당하고 있음을 시사해주고 있으며, 이 과정중 FGF signaling이 osteopontin 및 Msx1 유전자의 발현을 조절하므로써 막내골성장 및 두개봉합부의 유지기전에 기여할 것으로 사료된다.

• 대한치과교정학회지
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• 제26권2호
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• pp.187-196
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• 1996

치아 위치에 영향을 미치는 악안면의 성장 발육에서 Meckel 연골발생전 후의 하악골 형성과정과 교원 단백질 분포 및 발현 정도를 알아보고자 좌고를 측정하여 태령을 결정한 후 4주부터 38 주까지 50 례의 배자와 태아를 대상으로 통법에 따른 조직절편을 제작하였으며 Hematoxylin과 Eosin, Alcian blue-PAS와 Goldner의 Masson Trichrome 염색, 그리고 제 1 형과 제 2 형 교원 단백질에 대한 면역조직화학 염색을 시행하였다. 좌고 20.5 mm 배자에서 Meckel 연골이 출현하였으며, 좌고 22 mm에서 38 mm까지 하악골 외방에 신생골을 형성하고, 좌고 60 mm태아에서 Meckel 연골이 점유하던 공간이 신생골로 채워져 연골내골화가 뚜렸하게 관찰되었으나, 좌고 240 mm에서 Meckel 연골이 거의 소실되었다. 교원질에 대한 면역 염색결과에서 Meckel 연골 출현전 제 1 형 교원질 발현은 주로 상, 하악돌기의 구강상피에 국한되어 관찰되었고 제 2 형 교원질 발현은 상대적으로 약간 적었다. Meckel 연골 출현 및 신생골 형성시기는 제 1 형 교원질이 주로 치제상피와 신생골에서 약양성의 발현을 보였으며 Meckel 연골 및 신생골에서는 제 1 형보다 제 2 형의 교원질이 많이 발현되었다. 막내골화시기에는 제 1 형 교원질이 골아세포 및 골기질에서 중등도로 발현되었으나, 제 2 형에서는 경미하게 나타나 Meckel 연골형성전 후 제 2형에서 제 1 형으로 발현 전환이 있었다.

• 대한소아치과학회지
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• 제30권3호
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• pp.391-405
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• 2003

두개봉합부의 조기융합으로 일컬어지는 craniosynostosis는 두개봉합부에서의 골아세포의 조기분화 및 석회화의 결과로 나타나는 선천성 발육이상이다. 최근 유전학적 연구에 의하면 homeobox gene인 Msx2의 변이에 의해 Boston-type craniosynostosis가 야기되며, 또한 Dlx5 homozygote mutant mouse의 표현형에서 두개골의 골화지연을 포함한 다양한 두개안면부위의 이상을 발견하였다는 보고가 있었다. 게다가 Msx2와 Dlx5 homeodomain protein의 상호작용에 의해 성숙골아세포의 표지자인 osteocalcin의 전사를 조절할 수 있다는 사실이 알려져 있다. 이러한 일련의 결과들은 Msx2 Dlx5 및 osteocalcin 유전자들이 두개골의 골화과정과 두개봉합부의 형태발생에 중요한 역할을 담당하고 있음을 제시해주고 있다. 두개골의 성장과 두개봉합부의 형태발생시 이러한 유전자들의 기능을 알아보기위해 mouse의 태생기 (E15-E18) 동안 osteocalcin, Msx2, 및 Dlx5 유전자들의 발현양상을 조사하였다. Osteocalcin은 E15부터 두정골의 골막에서 관찰되었으며, 발생시기가 후기일수록 강한 발현양상을 나타내었다. Msx2는 시상봉합부의 미분화간엽조직과 osteogenic front에서 강하게 발현되었으며 경막과 hair follicle에서도 관찰되었다. Dlx5는 osteogenic front를 포함한 두정골의 골막에서 강하게 발현되었으나 시상봉합부의 미분화간엽조직 에서는 발현되지 않아, Msx2와는 발현양상의 차이를 나타내었다. 두개골과 두개봉합부의 발육과정에서의 Msx2와 Dlx5의 기능을 좀더 심도깊게 분석하기위해, 여러 가지 signaling molecule들의 protein을 사용하여 in vitro 실험을 시행하였다. BMP-2, -4 protein의 overexpression은 bead 주위로 Msx2 유전자의 발현을 유도하였으나, 다른 $TGF{\beta}$ superfamily인 $TGF{\beta}1$, GDF-6, -7 bead들 주위로는 Msx2를 관찰할 수 없었다. 또한 FGF, Shh protein 역시 bead주위로 Msx2의 발현을 유도하지않았다. 흥미롭게도 BMP-2, -4 protein의 overexpression은 bead 주위로 Dlx5 유전자의 발현을 유도하였으나, 다른 $TGF{\beta}$ superfamily, FGF, Shh bead주위로는 Dlx5를 관찰할 수 없어, Msx2와 동일한 결과를 나타내었다 이 결과들을 종합해볼 때, Msx2와 Dlx5 유전자는 두개골과 두개봉합부의 성장발육과정에 중요한 역할을 담당하고 있으며, BMP signaling은 이 두 전사조절인자들을 조절하므로써 두개골의 골화과정과 두개봉합부의 형태발생 및 유지에 관여하고 있음을 제시해주고 있다. 특히 BMP signaling에 specific downstream gene인 Msx2 및 Dlx5의 발현양상의 차이는 골아세포의 분화시 이들 유전자가 각각의 독특한 기능을 가지고 있음을 시사해주고 있다.

• Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery
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• 제35권2호
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• pp.73-81
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• 2013

Purpose: Smad4 is a central mediator for transforming growth factor-${\beta}$/bone morphogenetic protein ($TGF-{\beta}/BMP$) signals, which are involved in regulating cranial neural crest cell formation, migration, proliferation, and fate determination. Accumulated evidences indicate that $TGF-{\beta}/BMP$ signaling plays key roles in the early tooth morphogenesis. However, their roles in the late tooth formation, such as cellular differentiation and matrix formation are not clearly understood. The objective of this study is to understand the roles of Smad4 in vivo during enamel and dentin formation through tissue-specific inactivation of Smad4. Methods: We generated and analyzed mice with dental epithelium-specific inactivation of the Smad4 gene (K14-Cre:$Smad4^{fl/fl}$) and dental mesenchyme-specific inactivation of Smad4 gene (Osr2Ires-Cre:$Smad4^{fl/fl}$). Results: In the tooth germs of K14-Cre:$Smad4^{fl/fl}$, ameloblast differentiation was not detectable in inner enamel epithelial cells, however, dentin-like structure was formed in dental mesenchymal cells. In the tooth germs of Osr2Ires-Cre:$Smad4^{fl/fl}$ mice, ameloblasts were normally differentiated from inner enamel epithelial cells. Interestingly, we found that bone-like structures, with cellular inclusion, were formed in the dentin region of Osr2Ires-Cre:$Smad4^{fl/fl}$ mice. Conclusion: Taken together, our study demonstrates that Smad4 plays a crucial role in regulating ameloblast and odontoblast differentiation, as well as in regulating epithelial-mesenchymal interactions during tooth development.

• 대한수의학회지
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• 제58권4호
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• pp.211-217
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• 2018

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.

• Journal of Korean Neurosurgical Society
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• 제49권1호
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• pp.8-12
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• 2011

Objective: Ossification of the posterior longitudinal ligament (OPLL) has a strong genetic component. Specific gene polymorphisms may be associated with OPLL in several genes which regulate calcification in chondrocytes, change of extracellular collagen matrix and secretions of many growth factors and cytokines controlling bone morphogenesis. Toll-like receptor 5 (TLR5) may playa role in the pathogenesis of OPLL by intermediate nuclear factor-kappa B (NF-${\kappa}B$). The current study focused on coding single nucleotide polymorphisms (SNPs) of TLR5 for a case-control study investigating the relationship between TLR5 and OPLL in a Korean population. Methods: A total of 166 patients with OPLL and 231 controls were recruited for a case-control association study investigating the relationship between SNPs of TLR5 gene and OPLL. Four SNPs were genotyped by direct sequencing (rs5744168, rs5744169, rs2072493, and rs5744174). SNP data were analyzed using the SNPStats, SNPAnalyzer, Haploview, and Helixtree programs. Multiple logistic regression analysis with adjustment for age and gender was performed to calculate an odds ratio (OR). Results: None of SNPs were associated with OPLL in three alternative models (codominant, dominant, and recessive models; p> 0.05). A strong linkage disequilibrium block, including all 4 SNPs, was constructed using the Gabriel method. No haplotype was significantly associated with OPLL in three alternative models. Conclusion: These results suggest that Toll-like receptor 5 gene may not be associated with ossification of the posterior longitudinal ligament risk in Korean population.

• 한국해양생명과학회지
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• 제4권1호
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• pp.38-43
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• 2019

붉바리(Epinephelus akaara) 종자생산 시 기형 발생에 의한 손실이 크지만 기형어에 대한 생물학적 정보는 많지 않다. 본 연구에서는 부화 후 96일 붉바리 치어를 정상 그룹과 두 유형의 기형 그룹(머리, 턱)으로 나누어 형태형성과 연관된 4개의 주요 유전자(insulin like growth factor 1: IGF-1, bone morphogenic protein 4: BMP4, peroxisome proliferator-activated receptors γ: PPARγ, matrix Gla protein: MGP) 발현을 조사하였다. 각 그룹에서 뇌, 간 및 근육을 잘라낸 다음 total RNA를 추출한 후 real-time PCR을 사용하여 유전자 발현 차이를 비교하였다(n=20). 부화 후 96일 붉바리 치어에서 IGF-1과 BMP4 유전자는 기형 그룹의 뇌와 간에서 정상 그룹과 비교하여 유의한 발현 차이를 나타냈다(p<0.05). 반면에 PPARγ와 MGP 유전자는 어떤 조직에서도 정상 그룹과 기형 그룹 사이에 유의한 발현 차이를 보이지 않았다. IGF-1과 BMP4 유전자는 치어 단계의 붉바리 기형 상태와 관련되어 있는 것으로 보인다.