The present study was conduct to examine the $H_2O_2$ expression level and apoptosis-related gene expression levels inporcineskin-derived stem cell-like cells (pSSCs) after adipogenic, chondrogenic, and osteogenic differentiation induction. The pSSCs were obtained by digestion of porcine ear skin biopsy and cultured in each induction medium for 21 to 26 days to induce adipogenic, chondrogenic, and osteogenic differentiation, respectively. The $H_2O_2$ levels of pSSCs after induction culture were evaluated by staining with 2'7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate ($H_2DCFDA$). The apoptotic gene expression of pSSCs after induction culture was also estimated by RT-PCR. The pSSCs have a potential to differentiate into three mesodermal cell types (adipocytes, chondrocytes, and osteoblasts). Non-induced control and chondrogenic-induced cells were showed higher $H_2DCFDA$ intensity (P<0.05) than adipogenic- and osteogenic-induced cells. The relative expression of Bax/Bcl-2 level was significantly low (P<0.05) in adipogenic- and osteogenic-induced cells compared to non-induced control. However, there was no difference in the relative expression of Bax/Bcl-2 level among differentiation induction groups. The result of the present study shows that the apoptosis of pSSCs is not detrimentally increased by differentiation induction culture, although chondrogenic-induced pSSCs showed high ROS generation level and apoptotic index similarly to those of non-induced cells.
Berberine has been used clinically for more than a decade to treat various diseases, has been shown to be effective in osteoblast differentiation, and is a potential treatment option for osteoporosis. However, compared with existing osteoporosis drugs, berberine is somewhat less effective. This study aimed to identify a new compound with efficacy superior to that of berberine. The osteogenic activities of various berberine derivatives were evaluated via cell differentiation in C2C12 preosteoblast cell lines. Alkaline phosphatase (ALP) staining assay and structure-activity relationship demonstrated that compound 2b had a potent osteogenic effect. Furthermore, compound 2b dose dependently increased ALP activity and showed no toxicity at the effective concentration, indicating its efficacy. Additionally, compound 2b upregulated BMP2-induced transcriptional activity in a promoter activity assay using ALP, BSP, and OC promoters.
Autogenous bone grafts have been considered the gold standard for maxillofacial bony defects. However, this procedure could entail a complicated surgical procedure as well as potential donor site morbidity. Possibly the best solution for bone-defect regeneration is a tissue engineering approach, i.e. the use of a combination of a suitable scaffold with osteogenic cells. A major source of osteogenic cells is the bone marrow. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells are multipotent and have the ability to differentiate into osteoblastic, chondrocytic, and adipocytic lineage cells. However, the isolation of cells from bone marrow has someproblems when used in clinical setting. Bone marrow aspiration is sometimes potentially more invasive and painful procedure and carries of a risk of morbidity and infection. A minimally invasive, easily accessible alternative would be cells derived from periosteum. The periosteum also contains multipotent cells that have the potential to differentiate into osteoblasts and chondrocytes. In the present study, we evaluated the osteogenic activity and mineralization of cultured human periosteal-derived cells. Periosteal explants were harvested from mandibule during surgical extraction of lower impacted third molar. The periosteal cells were cultured in the osteogenic inductive medium consisting of DMEM supplemented with 10% fetal calf serum, 50g/ml L-ascorbic acid 2-phosphate, 10 nmol dexamethasone and 10 mM -glycerophosphate for 42 days. Periosteal-derived cells showed positive alkaline phosphatase (ALP) staining during 42 days of culture period. The formation of ALP stain showed its maximal manifestation at day 14 of culture period, then decreased in intensity during the culture period. ALP mRNA expression increased up to day 14 with a decrease thereafter. Osteocalcin mRNA expression appeared at day 7 in culture, after that its expression continuously increased in a time-dependent manner up to the entire duration of culture. Von Kossa-positive mineralization nodules were first present at day 14 in culture followed by an increased number of positive nodules during the entire duration of the culture period. In conclusion, our study showed that cultured human periosteal-derived cells differentiated into active osteoblastic cells that were involved in synthesis of bone matrix and the subsequent mineralization of the matrix. As the periosteal-derived cells, easily harvested from intraoral procedure such as surgical extraction of impacted third molar, has the excellent potential of osteogenic capacity, tissue-engineered bone using periosteal-derived cells could be the best choice in reconstruction of maxillofacial bony defects.
Purpose: The aim of this study was to evaluate the improvement of osteogenic potential of biphasic calcium phosphate (BCP) bone substitute coated with synthetic cell-binding peptide sequences in a standardized rabbit sinus model. Methods: Standardized 6-mm diameter defects were created bilaterally on the maxillary sinus of ten male New Zealand white rabbits, receiving BCP bone substitute coated with synthetic cell binding peptide sequences on one side (experimental group) and BCP bone substitute without coating (control group) on the other side. Histologic and histomorphometric analysis of bone formation was carried out after a healing period of 4 or 8 weeks. Results: Histological analysis revealed signs of new bone formation in both experimental groups (4- and 8-week healing groups) with a statistically significant increase in bone formation in the 4-week healing group compared to the control group. However, no statistically significant difference in bone formation was found between the 8-week healing group and the control group. Conclusions: This study found that BCP bone substitute coated with synthetic cell-binding peptide sequences enhanced osteoinductive potential in a standardized rabbit sinus model and its effectiveness was greater in the 4-week healing group than in the 8-week healing group.
인체 중간엽 줄기세포는 다양한 세포로의 분화 및 자가증식 할 수 있는 능력뿐만 아니라 질병치료에 대한 치료적 잠재력을 가지고 있다. 줄기세포 분화의 분자 기작에 대한 이해는 줄기세포 이식의 치료 효능을 향상시킨다. 본 연구에는 인체 중간엽 줄기세포의 골분화에서 NFAT5의 역할을 밝혔다. 특이적 siRNA의 transfection으로 인한 NFAT5의 억제는 인체 중간엽 줄기세포의 골분화를 현저히 감소시켰으며, NF-${\kappa}B$ promoter 활성화 또한 세포의 증식이나 지방 세포로의 분화에 영향 없이 감소 시켰다. NFAT5의 발현 억제는 기본적으로 유도되는 NF-${\kappa}B$의 활성화와 TNF-${\alpha}$에 의해서 유도되는 NF-${\kappa}B$의 활성화를 감소시켰으나, TNF-${\alpha}$에 의해서 유도되는 NF-${\kappa}B$의 분해에는 아무런 영향을 주지 않았다. 이번 연구를 통해 NFAT5가 NF-${\kappa}B$ 경로를 조절함으로써 인체 중간엽 줄기 세포의 골분화에 아주 중요한 역할을 하는 것을 확인 할 수 있었다.
Purpose: Various bone graft materials have been used for periodontal tissue regeneration. Demineralized freeze-dried bone allograft (DFDBA) is a widely used bone substitute. The current widespread use of DFDBA is based on its potential osteoinductive ability. Due to the lack of verifiable data, the purpose of this study was to assess the osteoinductive activity of different DFDBAs in vitro. Methods: Sarcoma osteogenic (SaOS-2) cells (human osteoblast-like cells) were exposed to 8 mg/mL and 16 mg/mL concentrations of three commercial types of DFDBA: Osseo+, AlloOss, and Cenobone. The effect of these materials on cell proliferation was determined using the 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide assay. The osteoinductive ability was evaluated using alizarin red staining, and the results were confirmed by evaluating osteogenic gene expression using reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Results: In the SaOS-2 cells, an 8 mg/mL concentration of Osseo+ and Cenobone significantly increased cell proliferation in 48 hours after exposure (P<0.001); however, in these two bone materials, the proliferation of cells was significantly decreased after 48 hours of exposure with a 16 mg/mL concentration (P<0.001). The alizarin red staining results demonstrated that the 16 mg/mL concentration of all three tested DFDBA induced complete morphologic differentiation and mineralized nodule production of the SaOS-2 cells. The RT-PCR results revealed osteopontin gene expression at a 16 mg/mL concentration of all three test groups, but not at an 8 mg/mL concentration. Conclusions: These commercial types of DFDBA are capable of decreasing proliferation and increasing osteogenic differentiation of the SaOS-2 cell line and have osteoinductive activity in vitro.
Developmental aspects of chicken embryos showed dramatic difference compared with those of mammals and consequently, such difference in various developmental events leads to different feasibility in both clinical and industrial application. We have concentrated on the studies for using of chicken bone marrow cells and currently we found number of unique cellular properties. Through this article, we reviewed characteristics and cell signaling of osteogenic cells during endochondral ossification in chicken long bone.
Objective: To investigate the stem cell-like characteristics of human periodontal ligament (PDL) stromal cells outgrown from orthodontically extracted premolars and to evaluate the potential for myogenic differentiation. Methods: PDL stromal cells were obtained from extracted premolars by using the outgrowth method. Cell morphological features, self-replication capability, and the presence of cell-surface markers, along with osteogenic, adipogenic, and chondrogenic differentiation, were confirmed. In addition, myogenic differentiation was induced by the use of 5-aza-2'-deoxycytidine (5-Aza) for DNA demethylation. Results: PDL stromal cells showed growth patterns and morphological features similar to those of fibroblasts. In contrast, the proliferation rates of premolar PDL stromal cells were similar to those of bone marrow and adipogenic stem cells. PDL stromal cells expressed surface markers of human mesenchymal stem cells (i.e., CD90 and CD105), but not those of hematopoietic stem cells (i.e., CD31 and CD34). PDL stromal cells were differentiated into osteogenic, adipogenic, and chondrogenic lineages. Myotube structures were induced in PDL stromal cells after 5-Aza pretreatment, but not in the absence of 5-Aza pretreatment. Conclusions: PDL stromal cells isolated from extracted premolars can potentially be a good source of postnatal stem cells for oromaxillofacial regeneration in bone and muscle.
Mesenchymal stem cells (MSCs) in the bone marrow and other somatic tissues reside in an environment with relative low oxygen tension. Cobalt chloride ($CoCl_2$) can mimic hypoxic conditions through transcriptional changes of some genes including hypoxia-inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$) and vascular endothelial growth factor (VEGF). This study evaluated the potential role of $CoCl_2$ preconditioning on multi-lineage differentiation of C3H/10T1/2, a murine MSC line to understand its possible molecular mechanisms in vitro. $CoCl_2$ treatment of MSCs markedly increased HIF-$1{\alpha}$ and VEGF mRNA, and protein expression of HIF-$1{\alpha}$. Temporary preconditioning of MSCs with $CoCl_2$ induced up-regulation of osteogenic markers including alkaline phosphatase, osteocalcin, and type I collagen during osteogenic differentiation, followed by enhanced mineralization. $CoCl_2$ also increased chondrogenic markers including aggrecan, sox9, and type II collagen, and promoted chondrocyte differentiation. $CoCl_2$ suppressed the expression of adipogenic markers including $PPAR{\gamma}$, aP2, and $C/EBP{\alpha}$, and inhibited adipogenesis. Temporary preconditioning with $CoCl_2$ could affect the multi-lineage differentiation of MSCs.
Kim, Seong Sik;Kwon, Dae-Woo;Im, Insook;Kim, Yong-Deok;Hwang, Dae-Seok;Holliday, L. Shannon;Donatelli, Richard E.;Son, Woo-Sung;Jun, Eun-Sook
대한치과교정학회지
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제42권6호
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pp.307-317
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2012
Objective: The purpose of this study was to investigate the isolation and characterization of multipotent human periodontal ligament (PDL) stem cells and to assess their ability to differentiate into bone, cartilage, and adipose tissue. Methods: PDL stem cells were isolated from 7 extracted human premolar teeth. Human PDL cells were expanded in culture, stained using anti-CD29, -CD34, -CD44, and -STRO-1 antibodies, and sorted by fluorescent activated cell sorting (FACS). Gingival fibroblasts (GFs) served as a positive control. PDL stem cells and GFs were cultured using standard conditions conducive for osteogenic, chondrogenic, or adipogenic differentiation. Results: An average of $152.8{\pm}27.6$ colony-forming units was present at day 7 in cultures of PDL stem cells. At day 4, PDL stem cells exhibited a significant increase in proliferation (p < 0.05), reaching nearly double the proliferation rate of GFs. About $5.6{\pm}4.5%$ of cells in human PDL tissues were strongly STRO-1-positive. In osteogenic cultures, calcium nodules were observed by day 21 in PDL stem cells, which showed more intense calcium staining than GF cultures. In adipogenic cultures, both cell populations showed positive Oil Red O staining by day 21. Additionally, in chondrogenic cultures, PDL stem cells expressed collagen type II by day 21. Conclusions: The PDL contains multipotent stem cells that have the potential to differentiate into osteoblasts, chondrocytes, and adipocytes. This adult PDL stem cell population can be utilized as potential sources of PDL in tissue engineering applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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