This study summarizes the recent cutting-edge approaches for dentin regeneration that still do not offer adequate solutions. Tertiary dentin is formed when odontoblasts are directly affected by various stimuli. Recent preclinical studies have reported that stimulation of the Wnt/β-catenin signaling pathway could facilitate the formation of reparative dentin and thereby aid in the structural and functional development of the tertiary dentin. A range of signaling pathways, including the Wnt/β-catenin pathway, is activated when dental tissues are damaged and the pulp is exposed. The application of small molecules for dentin regeneration has been suggested as a drug repositioning approach. This study reviews the role of Wnt signaling in tooth formation, particularly dentin formation and dentin regeneration. In addition, the application of the drug repositioning strategy to facilitate the development of new drugs for dentin regeneration has been discussed in this study.
Cell-based therapy is a promising approach in the field of regenerative medicine. As cells are formed into spheroids, their survival, functions, and engraftment in the transplanted site are significantly improved compared to single cell transplantation. To improve the therapeutic effect of cell spheroids even further, various biomaterials (e.g., nano- or microparticles, fibers, and hydrogels) have been developed for spheroid engineering. These biomaterials not only can control the overall spheroid formation (e.g., size, shape, aggregation speed, and degree of compaction), but also can regulate cell-to-cell and cell-to-matrix interactions in spheroids. Therefore, cell spheroids in synergy with biomaterials have recently emerged for cell-based regenerative therapy. Biomaterials-assisted spheroid engineering has been extensively studied for regeneration of bone or/and cartilage defects, critical limb ischemia, and myocardial infarction. Furthermore, it has been expanded to pancreas islets and hair follicle transplantation. This paper comprehensively reviews biomaterials-assisted spheroid engineering for regenerative therapy.
Emerging trends for cardiac tissue engineering are focused on increasing the biocompatibility and tissue regeneration ability of artificial heart tissue by incorporating various cell sources and bioactive molecules. Although primary cardiomyocytes can be successfully implanted, clinical applications are restricted due to their low survival rates and poor proliferation. To develop successful cardiovascular tissue regeneration systems, new technologies must be introduced to improve myocardial regeneration. Electrospinning is a simple, versatile technique for fabricating nanofibers. Here, we discuss various biodegradable polymers (natural, synthetic, and combinatorial polymers) that can be used for fiber fabrication. We also describe a series of fiber modification methods that can increase cell survival, proliferation, and migration and provide supporting mechanical properties by mimicking micro-environment structures, such as the extracellular matrix (ECM). In addition, the applications and types of nanofiber-based scaffolds for myocardial regeneration are described. Finally, fusion research methods combined with stem cells and scaffolds to improve biocompatibility are discussed. [BMB Reports 2016; 49(1): 26-36]
Genetically-modified mesenchymal stem cells (GM-MSCs) have emerged as promising therapeutic tools for orthopedic degenerative diseases. GM-MSCs have been widely reported that they are able to increase bone and cartilage tissue regeneration not only by secreting transgene products such as growth factors in a long-term manner, also by inducing MSCs into tissue-specific cells. For example, MSCs modified with BMP-2 gene increased secretion of BMP-2 protein resulting in enhancement of bone regeneration, while MSCs with TGF-b gene did cartilage regeneration. In this review, we introduce several growth factors for gene delivery to MSCs and strategies for bone and cartilage tissue regeneration using GM-MSCs. Furthermore, we describe strategies for strengthening GM-MSCs to more intensively induce tissue regeneration by co-delivery system of multiple genes.
Jin, Soojung;Oh, You Na;Son, Yu Ri;Kwon, Boguen;Park, Jung-ha;Gang, Min jeong;Kim, Byung Woo;Kwon, Hyun Ju
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.32
no.2
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pp.238-247
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2022
Since the skin covers most surfaces of the body, it is susceptible to damage, which can be fatal depending on the degree of injury to the skin because it defends against external attack and protects internal structures. Various types of artificial skin are being studied for transplantation to repair damaged skin, and recently, the production of replaceable skin using three-dimensional (3D) bioprinting technology has also been investigated. In this study, skin tissue was produced using a 3D bioprinter with human skin cell lines and cells extracted from mouse skin, and the printing conditions were optimized. Gelatin was used as a bioink, and fibrinogen and alginate were used for tissue hardening after printing. Printed skin tissue maintained a survival rate of 90% or more when cultured for 14 days. Culture conditions were established using 8 mM calcium chloride treatment and the skin tissue was exposed to air to optimize epidermal cell differentiation. The skin tissue was cultured for 14 days after differentiation induction by this optimized culture method, and immunofluorescent staining was performed using epidermal cell differentiation markers to investigate whether the epidermal cells had differentiated. After differentiation, loricrin, which is normally found in terminally differentiated epidermal cells, was observed in the cells at the tip of the epidermal layer, and cytokeratin 14 was expressed in the lower cells of the epidermis layer. Collectively, this study may provide optimized conditions for bioprinting and keratinization for three-dimensional skin production.
Xiang Jin;Jin-Young Park;Jung-Seok Lee;Ui-Won Jung;Seong-Ho Choi;Jae-Kook Cha
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.53
no.3
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pp.207-217
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2023
Purpose: Non-crosslinked and crosslinked collagen membranes are known to exhibit distinct degradation characteristics, resulting in contrasting orientations of the adjacent tissues and different biological processes. The aim of this study was to conduct a histomorphometric assessment of non-crosslinked and crosslinked collagen membranes regarding neovascularization, tissue integration, tissue encapsulation, and biodegradation. Methods: Guided bone regeneration was performed using either a non-crosslinked (BG) or a crosslinked collagen membrane (CM) in 15 beagle dogs, which were euthanized at 4, 8, and 16 weeks (n=5 each) for histomorphometric analysis. The samples were assessed regarding neovascularization, tissue integration, encapsulation, the remaining membrane area, and pseudoperiosteum formation. The BG and CM groups were compared at different time periods using nonparametric statistical methods. Results: The remaining membrane area of CM was significantly greater than that of BG at 16 weeks; however, there were no significant differences at 4 and 8 weeks. Conversely, the neovascularization score for CM was significantly less than that for BG at 16 weeks. BG exhibited significantly greater tissue integration and encapsulation scores than CM at all time periods, apart from encapsulation at 16 weeks. Pseudoperiosteum formation was observed in the BG group at 16 weeks. Conclusions: Although BG membranes were more rapidly biodegraded than CM membranes, they were gradually replaced by connective tissue with complete integration and maturation of the surrounding tissues to form dense periosteum-like connective tissue. Further studies need to be performed to validate the barrier effect of the pseudoperiosteum.
Purpose: The purpose of this study was to preliminarily evaluate the influence of diabetes mellitus (DM) on periodontal tissue without establishment of periodontitis. Methods: Seven-week-old db/db mice were used for the diabetic experimental group and systematically healthy mice of the same age were used as controls. After 1 week of acclimatization, the animals were sacrificed for hard and soft tissue evaluation. The pattern of bone destruction was evaluated by stereomicroscope evaluation with alizarin red staining and radiographic evaluation by microscopic computerized tomography images. Histological evaluation was performed with hematoxylin and eosin stain for evaluation of soft tissue changes. Results: In both stereomicroscope evaluation and radiograph image analysis, aggressive form of bone destruction was observed in diabetic animals when compared to the systematically healthy controls. In histological evaluation, apical migration of junctional epithelium with slight inflammatory cell infiltration was observed with disarrangement of connective tissue fibers. Conclusions: Within the limits of this study, diabetic animals presented distortion in periodontal attachment and an aggressive bone loss pattern when compared to the healthy controls, suggesting that DM has an independent effect on periodontal tissue destruction irrespective of the presence or absence of periodontal disease.
Lipid accumulation in white adipose tissue is the key contributor to the obesity and orchestrates numerous metabolic health problems such as type 2 diabetes, hypertension, atherosclerosis, and cancer. Nonetheless, the prevention and treatment of obesity are still inadequate. Recently, scientists found that brown adipose tissue (BAT) in adult humans has functions that are diametrically opposite to those of white adipose tissue and that BAT holds promise for a new strategy to counteract obesity. In this study, we evaluated the potential of sinapic acid (SA) to promote the thermogenic program and lipolysis in BAT. SA treatment of brown adipocytes induced the expression of brown-adipocyte activation-related genes such as Ucp1, Pgc-1α, and Prdm16. Furthermore, structural analysis and western blot revealed that SA upregulates protein kinase A (PKA) phosphorylation with competitive inhibition by a pan-PKA inhibitor, H89. SA binds to the adenosine triphosphate (ATP) site on the PKA catalytic subunit where H89 binds specifically. PKA-cat-α1 gene-silencing experiments confirmed that SA activates the thermogenic program via a mechanism involving PKA and cyclic AMP response element-binding protein (CREB) signaling. Moreover, SA treatment promoted lipolysis via a PKA/p38-mediated pathway. Our findings may allow us to open a new avenue of strategies against obesity and need further investigation.
The effects of several additives on plant regeneration were investigated from leaf disc culture of S. tuberosum cv. Atlantic which is known as poor in regeneration ability. The presence of 2 g/L casein hydrolysate significantly enhanced shoot regeneration. Addition of 10~20 $\mu$M $AgNO_3$, not only increased the frequency of shoot regeneration but also maintained the leaf disc green presumably by the inhibitory action of ethylene accumulation in vitro. Decrease of sucrose levels to below 3% significantly increased the degree of regeneration. The addition of CuSO$_4$had no effect on shoot regeneration.
Purpose: This study evaluated histologically the tissue responses to and the effects of a customized nano-hydroxyapatite (n-HA) block bone graft on periodontal regeneration in a one-wall periodontal-defect model. Methods: A customized block bone for filling in the standardized periodontal defect was fabricated from prefabricated n-HA powders and a polymeric sponge. Bilateral $4{\times}{\times}4{\times}5$ mm (buccolingual width${\times}$mesiodistal width${\times}$depth), one-wall, critical-size intrabony periodontal defects were surgically created at the mandibular second and fourth premolars of five Beagle dogs. In each dog, one defect was filled with block-type HA and the other served as a sham-surgery control. The animals were sacrificed following an 8-week healing interval for clinical and histological evaluations. Results: Although the sites that received an n-HA block showed minimal bone formation, the n-HA block was maintained within the defect with its original hexahedral shape. In addition, only a limited inflammatory reaction was observed at sites that received an n-HA block, which might have been due to the high stability of the customized block bone. Conclusions: In the limitation of this study, customized n-HA block could provide a space for periodontal tissue engineering, with minimal inflammation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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