Kim, Young-Ran;Ryu, Dong-Mok;Kwon, Yong-Dae;Yun, Yong-Pil
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.35
no.6
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pp.397-402
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2009
The purpose of this study is to investigate the effects of alendronate and pamidronate on proliferation and the alkaline phosphatase activity of human bone marrow derived mesenchymal stem cells and to relate the results with bisphosphonate related osteonecrosis of the jaw(BRONJ). With the consent of patients with no systemic disease and undergoing iliac bone graft, cancellous bone was collected to obtain human bone marrow derived mesenchymal stem cells through cell culture. 96 well plate were prepared with a concentration of $10^4$cell/ well. Alendronate and pamidronate were added to each well with the concentration of $10^{-6}M$, $10^{-8}M$ and $10^{-10}M$, respectively. Then proliferation capacity of each well was evaluated with the cell counting kit. 24 well plates were prepared with a concentration of $10^5$cell/ml/well and with the bone supplement, alendronate and pamidronate were added with the concentration of $10^{-6}M$, $10^{-8}M$ and $10^{-10}M$, respectively on each plate. The plates were cultured for either 24 or 72 hours. Then the cells were sonicated to measure the alkaline phosphatase activity and protein assay was done to standardize the data for analysis. As the concentration of alendronate or pamidronate added to the culture increased, the proliferation capacity of the cells decreased. However, no statistical significance was found between the group with $10^{-10}M$ of bisphophonate and the control group. Pamidronate was not capable of increasing the alkaline phosphatase activity in all trials. However, alkaline phosphatase activity increased with 24 hours of $10^{-8}M$ of alendronate treatment and with 48 hours of $10^{-10}M$ of alendronate treatment. Cell toxicity increased as the bisphosphonate concentration increased. This seems to be associated with the long half life of bisphosphonate, resulting in high concentration of bisphosphonate in the jaw and thus displaying delayed healing after surgical procedures. Alendronate has shown to increase the alkaline phophatase activity of human bone marrow derived mesenchymal stem cells. However, this data is insufficient to conclude that alendronate facilitates the differentiation of human bone marrow derived mesenchymal stem cells. Further studies on DNA level and animal studies are required to support these results.
Leptin, the product of the obese gene, is a circulating hormone secreted primarily from adipocytes. Several results suggest that leptin is important mediators of bone metabolism. The present study was undertaken to determine the effects of leptin on anti-osteoclastogenesis using murine precursors cultured on Ca-P coated plates and on the production of osteoprotegerin (OPG) in osteoblastic cells. Additionally, this study examined the possible involvement of prostaglandin $E_2\;(PGE_2)$/protein kinase C (PKC)-mediated signals on the effect of leptin on anti-osteoclastogenesis to various culture systems of osteoclast precursors. Osteoclast generation was determined by counting tartrate-resistant acid phosphatase positive [TRAP (+)] multinucleated cells (MNCs). Osteoclastic activity was determined by measuring area of resorption pits formed by osteoclasts on Ca-P coated plate. The number of 1,25-dihydroxycholecalciferol $(1,25[OH]_2D_3)$- or $PGE_2$-induced TRAP (+) MNCs in the mouse bone marrow cell culture decreased significantly after treatment with leptin. The number of receptor activator of NF-kB ligand (RANKL)-induced TRAP (+) MNCs in M-CSF dependent bone marrow macrophage (MDBM) cell or RAW264.7 cell culture decreased significantly with leptin treatment. Indomethacin inhibited osteoclast generation induced by $1,25[OH]_2D_3$ and dexamethasone, however, no significant differences were found in the leptin treated group when compared to the corresponding indomethacin group. Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA), a PKC activator, inhibited osteoclast generation induced by $1,25[OH]_2D_3$. The number of TRAP (+) MNCs decreased significantly with treatment by PMA at concentrations of 0.01 and $0.1{\mu}M$ in culture. Leptin inhibited PMA-mediated osteoclast generation. Isoquinoline-5-sulfonic 2-methyl-1-piperazide dihydrochloride (H7) had no effect on osteoclast generation induced by $1,25[OH]_2D_3$. Cell culture treatment with leptin resulted in no significant differences in osteoclast generation compared to the corresponding H7 group. Indomethacin showed no significant effect on TRAP (+) MNCs formation from the RAW264.7 cell line. PMA inhibited TRAP (+) MNCs formation induced by RANKL in the RAW264.7 cell culture. H7 had no effect on osteoclast generation from the RAW264.7 cell line. There was no difference compared with the corresponding control group after treatment with leptin. $1,25[OH]_2D_3$- or $PGE_2$-induced osteoclastic activity decreased significantly with leptin treatment at a concentration of 100 ng/ml in mouse bone marrow cell culture. Indomethacin, PMA, and H7 significantly inhibited osteoclastic activity induced by $1,25[OH]_2D_3$ in mouse bone marrow cell culture. No significant differences were found between the leptin treated group and the corresponding control group. The secretion of OPG, a substance known to inhibit osteoclast formation, was detected from the osteoblasts. Treatment by leptin resulted in significant increases in OPG secretion by osteoblastic cells. Taken these results, leptin may be an important regulatory cytokines within the bone marrow microenvironment.
Nacre seashell is a natural osteoinductive biomaterial with strong effects on osteoprogenitors, osteoblasts, and osteoclasts during bone tissue formation and morphogenesis. Although nacre has shown, in one study, to induce bridging of new bone across large non-union bone defects in 8 individual human patients, there have been no succeeding human surgical studies to confirm this outstanding potency. But the molecular mechanisms associated with nacre osteoinduction and the influence on bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSC's), skeletal stem cells or bone marrow stromal cells remain elusive. In this study we highlight the phenotypic and biochemical effects of Pinctada maxima nacre chips and the global nacre soluble protein matrix (SPM) on primary human bone marrow-derived stromal cells (hBMSCs) in vitro. In static co-culture with nacre chips, the hBMSCs secreted Alkaline phosphatase (ALP) at levels that exceeded bone morphogenetic protein (rhBMP-2) treatment. Concentrated preparation of SPM applied to Stro-1 selected hBMSC's led to rapid ALP secretions, at concentrations exceeding the untreated controls even in osteogenic conditions. Within 21 days the same population of Stro-1 selected hBMSCs proliferated and secreted collagens I-IV, indicating the premature onset of an osteoblast phenotype. The same SPM was found to promote unselected hBMSC differentiation with osteocalcin detected at 7 days, and proliferation increased at 7 days in a dose-dependent manner. In conclusion, nacre particles and nacre SPM induced the early stages of human bone cell differentiation, indicating that they may be promising soluble factors with osteoinductive capacity in primary human bone cell progenitors such as, hBMSC's.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.29
no.1
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pp.1-4
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2003
In this study, we showed that neurons could be generated from adult canine bone marrow stem cells by culturing with $DMSO/BHA/FeCl_2$. These neurons differentiated from the bone marrow stem cells formed neurites, expressed neuron-specific markers. This differentiation was enhanced by $FeCl_2$. These results suggest that iron can effectively initiate differentiation of adult bone marrow stem cells into neurons.
Stem cells are undifferentiated cells capable of self-renewal and differentiation into various cell lineages. Stem cells are responsible for the development of organs and regeneration of damaged tissues. The highly regenerative nature of the human endometrium during reproductive age suggests that stem cells play a critical role in endometrial physiology. Bone marrow-derived cells migrate to the uterus and participate in the healing and restoration of functionally or structurally damaged endometrium. This review summarizes recent research into the potential therapeutic effects of bone marrow-derived stem cells in conditions involving endometrial impairment.
In this research, the genotoxic effects of Pinelliae Rhizoma (PR) extracts, one of famous herbal agents in Korean medicine were evaluated using the mouse micronucleus test. PR extracts was administered once a day for 2 continuous days by oral gavage to male ICR mice at doses of 2000, 1000, and 500 mg/kg. Cyclophosphamide was used as a known genotoxic agent in a positive control. The appearance of a micronucleus is used as an index for genotoxic potential. No PR extracts treatment-related abnormal clinical signs, body weight changes and mortalities were detected. Significant (p<0.01) increases of the numbers of polychromatic erythrocytes contain micronucleus in prepared bone marrow cells were detected in CPA and PR extracts 2000 mg/kg treated groups as compared with intact control, respectively. The results of intraperitoneal dose mouse bone marrow cell micronucleus test of PR extracts were positive in the present study. It is considered that there were no problems from cytotoxicity of PR extracts tested in this study because the polychromatic erythrocyte ratio was detected as > 0.42 in all tested groups.
Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) remains an indispensable therapeutic strategy for various hematological diseases. This review discusses the pivotal role of bone marrow (BM) niches in influencing the efficacy of HSCT and evaluates the current animal models, emphasizing their limitations and the need for alternative models. Traditional animal models, mainly murine xenograft, have provided significant insights, but due to species-specific differences, are often constrained from accurately mimicking human physiological responses. These limitations highlight the importance of developing alternative models that can more realistically replicate human hematopoiesis. Emerging models that include BM organoids and BM-on-a-chip microfluidic systems promise enhanced understanding of HSCT dynamics. These models aim to provide more accurate simulations of the human BM microenvironment, potentially leading to improved preclinical assessments and therapeutic outcomes. This review highlights the complexities of the BM niche, discusses the limitations of current models, and suggests directions for future research using advanced model systems.
Jo, Young-Jae;Kim, Kyoung-Hwa;Koo, Ki-Tae;Kim, Tae-Il;Seol, Yang-Jo;Lee, Yong-Moo;Ku, Young;Chung, Chong-Pyoung;Rhyu, In-Chul
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.41
no.2
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pp.67-72
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2011
Purpose: The aim of this study is to determine whether certain biomaterials have the potential to support cell attachment. After seeding bone marrow stromal cells onto the biomaterials, we investigated their responses to each material in vitro. Methods: Rat bone marrow derived stromal cells were used. The biomaterials were deproteinized bovine bone mineral (DBBM), DBBM coated with fibronectin (FN), synthetic hydroxyapatite (HA), HA coated with FN, HA coated with $\beta$-tricalcium phosphate (TCP), and pure $\beta$-TCP. With confocal laser scanning microscopy, actin filaments and vinculin were observed after 6, 12, and 24 hours of cell seeding. The morphological features of cells on each biomaterial were observed using scanning electron microscopy at day 1 and 7. Results: The cells on HA/FN and HA spread widely and showed better defined actin cytoskeletons than those on the other biomaterials. At the initial phase, FN seemed to have a favorable effect on cell adhesion. In DBBM, very few cells adhered to the surface. Conclusions: Within the limitations of this study, we can conclude that in contrast with DBBM not supporting cell attachment, HA provided a more favorable environment with respect to cell attachment.
Cheong, Hee Jeong;Hong, Dae Sik;Kim, Sook Ja;Cheong, Jae Hwa;Lee, Joo Young;Lee, Nam Su;Park, Sung Kyu;Won, Jong Ho;Park, Hee Sook;Kim, Sung Il
IMMUNE NETWORK
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v.1
no.3
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pp.230-235
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2001
Background: Finding of the regulation of various gene expression by cytokine including $IFN-{\gamma}$ in hematopoietic stem cell will light up the understanding of pathogenesis of aplastic anemia in various aspects. To study on aplastic anemia, however, we have to circumvent the difficulty of directly obtaining bone marrow stem cells from the patient. Therefore, we tried to find out a cell can replace the bone marrow stem cells for study on cell signaling pathway and regulation of gene expression by $IFN-{\gamma}$. Materials and Methods: HL-60 cells, of 20 ng/mL of $IFN-{\gamma}$. Total RNA was isolated from the cells and RT-PCR of the indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), $IFN-{\gamma}$, TNF-${\alpha}$, $MIP-1{\alpha}$, and $TGF-{\beta}2$ was carried out for the estimation of the gene expression. Results: $IFN-{\gamma}$ induced IDO gene expression of mononuclear cells from umbilical cord blood showed similar pattern as compared to that of bone marrow. Whether $INF-{\gamma}$ was treated or not, $TNF-{\alpha}$ was expressed in both mononuclear cells from umbilical cord blood and bone marrow. However, HL-60 cells showed different expression patterns. HL-60 cells would express neither IDO nor $TNF-{\alpha}$ even under the culture with 20ng/mL of $IFN-{\gamma}$. Conclusion: Our results showed bone marrow can be replaced with mononuclear cells from umbilical cord blood in the study on the relation between aplastic anemia and $IFN-{\gamma}$ including $IFN-{\gamma}$ cell signaling pathway.
Bone marrow culture systems are widely used to differentiate osteoclast-like cells in vitro using several osteotropic hormones. In this study, we isolated and cultured the mouse bone marrow cells with or without some osteotropic hormones such as parathyroid hormone(PTH), prostaglandin $E_2(PGE_2)$ and $l,25(OH)_2-vitamin$$D_3$(Vit. $D_3$). We confirmed the formation of osteoclast-like cells morphologically and functionally by the expression of tartrate-resistant acid phosphatase(TRAP) and by their capability to resorb dentin slices. We also studied the effects of transforming growth $factor-{\beta}(TGF-{\beta})$ and epidermal growth factor(EGF) on the Vit. $D_3-induced$ osteoclast-like cell formation. In control, a few multinucleated cells were formed whereas PTH and $PGE_2$ increased the number of multinucleated cells. PTH, $PGE_2$ and Vit. $D_3$ induced the formation of TRAP-positive multinucleated cells. After culture of mouse bone marrow cells on the dentin slices with or without osteotropic hormones, giant cells with diverse morphology were found on the dentin slices under the scanning electronmicroscopy. After removing the attached cells, resorption pits were identified on the dentin slices, and the shape of resorption pits was variable. EGF increased the osteoclast-like cell formation induced by Vit. $D_3$, however, $TGF-{\beta}$ showed biphasic effect, which at low concentration, increased and at high concentration, decreased the osteoclast-like cell formation induced by Vit. $D_3$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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