Objective: To present a hybrid approach that incorporates a constrained beam-hardening estimator (CBHE) and deep learning (DL)-based post-refinement for metal artifact reduction in dental cone-beam computed tomography (CBCT). Methods: Constrained beam-hardening estimator (CBHE) is derived from a polychromatic X-ray attenuation model with respect to X-ray transmission length, which calculates associated parameters numerically. Deep-learning-based post-refinement with an artifact disentanglement network (ADN) is performed to mitigate the remaining dark shading regions around a metal. Artifact disentanglement network (ADN) supports an unsupervised learning approach, in which no paired CBCT images are required. The network consists of an encoder that separates artifacts and content and a decoder for the content. Additionally, ADN with data normalization replaces metal regions with values from bone or soft tissue regions. Finally, the metal regions obtained from the CBHE are blended into reconstructed images. The proposed approach is systematically assessed using a dental phantom with two types of metal objects for qualitative and quantitative comparisons. Results: The proposed hybrid scheme provides improved image quality in areas surrounding the metal while preserving native structures. Conclusion: This study may significantly improve the detection of areas of interest in many dentomaxillofacial applications.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제34권6호
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pp.588-593
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2008
There are increasing reports regarding regeneration of the defected tissues using tissue engineering technique. In this technique, multipotential stem cells are essential. There are many potential sources of adult stem cells, such as bone marrow, umbilical cord blood, fat, muscle, dental tissues and skin. Among them, skin is highly accessible and easily obtained with a minimum of donor site complications. Moreover, skin is an abundant adult stem cell sources and has the potential for self-replication and immune privilege. In this study, we isolated skin-derived precursor cells (SKPs) from the ear of adult miniature pigs. In these SKPs, the expression of transcriptional factors, Oct-4, Sox-2, and Nanog were detected by RT-PCR. In vitro osteogenesis and adipogenesis were observed at 3 weeks after transdifferentiations as assayed by positive von Kossa and Oil-red O staining, respectively. In addition, expression of osteocalcin and osteonectin in the osteogenic differentiation medium and $PPAR{\gamma}2$ and aP2 in the adipogenic differentiation medium were detected by RT-PCR. In vitro neurogenesis of porcine SKPs was observed during 24 and 72 hours after treatment of neurogenic differentiation medium. The results of this study suggest that SKPs demonstrate the properties of pluripotence or multipotence and multi-lineage differentiation. This indicates that autogenous SKPs are a reliable and useful source of adult stem cells for regenerative medicine.
Park, Jumi;Lee, Yeonmi;Shin, Joosung;Lee, Hyeon-Jeong;Son, Young-Bum;Park, Bong-Wook;Kim, Deokhoon;Rho, Gyu-Jin;Kang, Eunju
BMB Reports
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제52권12호
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pp.689-694
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2019
Ethical and safety issues have rendered mesenchymal stem cells (MSCs) popular candidates in regenerative medicine, but their therapeutic capacity is lower than that of induced pluripotent stem cells (iPSCs). This study compared original, dental tissue-derived MSCs with re-differentiated MSCs from iPSCs (iPS-MSCs). CD marker expression in iPS-MSCs was similar to original MSCs. iPS-MSCs expressed higher in pluripotent genes, but lower levels in mesodermal genes than MSCs. In addition, iPS-MSCs did not form teratomas. All iPSCs carried mtDNA mutations; some shared with original MSCs and others not previously detected therein. Shared mutations were synonymous, while novel mutations were non-synonymous or located on RNA-encoding genes. iPS-MSCs also harbored mtDNA mutations transmitted from iPSCs. Selected iPS-MSCs displayed lower mitochondrial respiration than original MSCs. In conclusion, screening for mtDNA mutations in iPSC lines for iPS-MSCs can identify mutation-free cell lines for therapeutic applications.
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.
PDGF-BB has been recognized as a highly potential growth factor for guided tissue regeneration in periodontal defect. This study carried out histologic and histometric evaluation of $200ng/cm^2$ PDGF-BB loaded bioresorbable membrane made from polyglycolic and polylactic acid. It was tested for its biocompatibility, ability to prevent epithelial downgrowth and amount of periodontal regeneration. Without membrane and PDGF-BB unloaded bioresorbable membrane were used as control. Healthy six beagle dogs were used. Each dog was anesthetized and buccal flaps were reflected in the mandibular and maxillary premolar areas. Buccal alveolar bone between the mesiobuccal and distobuccal line angles was surgically removed on the lower 2nd and 4th premolar in mandible, 2nd premolar in maxilla, to a level 4mm apical to the cementoenamel junction with creating a Class II buccal furcation defect for available space. Care was taken not to remove the root cementum layer and rubber impression materials were placed over each surgically created defect. Flaps were repositioned and sutured. Reconstructive surgery was performed 1 month after defect preparation. PDGF-BB loaded membranes and controls were randomly placed on maxillary 2nd premolars and mandibular 2nd and 4th premolars. Plaque control regimen was instituted with daily brushing with a 0.1% chlorhexidine digluconate during experimental periods. The animals were sacrificed 2 and 5 weeks after surgery and undecalcified specimens were prepared for histologic evaluation. The degree of coronal regrowth of new bone, new cementum and the amonut of new bone areas formed on the defected area of the PDGF-BB loaded membrnae turned superior to without membrane and drug unloaded membrane. Experimental membrane could prevent the epithelial downgrowth irrespective of drug loaded or not and showed good biocompatiblity, These results implicated that PDGF-BB loaded bioresorbable membrane could be highly useful tool for guided tissue regeneration of periodontal defects.
Obesity-induced inflammation plays a crucial role in obesity-related pathologies such as type II diabetes and atherosclerosis. Adipose tissue macrophages and the cell-derived proinflammatory chemokines are key components in augmenting inflammatory responses in obesity. Anthocyanins such as cyanidin and $cyanidin-3-O-{\beta}-D-glucoside$ (C3G) are known to elicit anti-inflammatory activities by suppressing the production of proinflammatory mediators such as tumor necrosis factor alpha and nitric oxide in LPS-stimulated macrophages. In the present study, we investigated whether cyanidin and C3G have the potential to suppress the inflammatory responses of adipose cells. Cyanidin and C3G not only suppressed the migration of RAW 264.7 macrophages induced by mesenteric adipose tissue-conditioned medium, but also inhibited the activation of the cells to produce inflammatory chemokines such as monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) and macrophage inflammatory protein-related protein-2 (MRP-2) in a dose-dependent manner. Cyanidin and C3G also inhibited the release of MCP-1 and MRP-2 from adipocytes and/or macrophages. These findings suggest that cyanidin and C3G may suppress the inflammatory responses of adipose tissue in obesity.
Kim, Ji-Hye;Kim, Gee-Hye;Kim, Jae-Won;Pyeon, Hee Jang;Lee, Jae Cheoun;Lee, Gene;Nam, Hyun
Molecules and Cells
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제39권11호
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pp.790-796
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2016
Dental pulp is a highly vascularized tissue requiring adequate blood supply for successful regeneration. In this study, we investigated the functional role of stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHEDs) as a perivascular source for in vivo formation of vessel-like structures. Primarily isolated SHEDs showed mesenchymal stem cell (MSC)-like characteristics including the expression of surface antigens and in vitro osteogenic and adipogenic differentiation potentials. Moreover, SHEDs were positive for NG2, ${\alpha}$-smooth muscle actin (SMA), platelet-derived growth factor receptor beta ($PDGFR{\beta}$), and CD146 as pericyte markers. To prove feasibility of SHEDs as perivascular source, SHEDs were transplanted into immunodeficient mouse using Matrigel with or without human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Transplantation of SHEDs alone or HUVECs alone resulted in no formation of vessel-like structures with enough red blood cells. However, when SHEDs and HUVECs were transplanted together, extensive vessel-like structures were formed. The presence of murine erythrocytes within lumens suggested the formation of anastomoses between newly formed vessel-like structures in Matrigel plug and the host circulatory system. To understand underlying mechanisms of in vivo angiogenesis, the expression of angiogenic cytokine and chemokine, their receptors, and MMPs was compared between SHEDs and HUVECs. SHEDs showed higher expression of1VEGF, SDF-$1{\alpha}$, and $PDGFR{\beta}$ than HUVECs. On the contrary, HUVECs showed higher expression of VEGF receptors, CXCR4, and PDGF-BB than SHEDs. This differential expression pattern suggested reciprocal interactions between SHEDs and HUVECs and their involvement during in vivo angiogenesis. In conclusion, SHEDs could be a feasible source of perivascular cells for in vivo angiogenesis.
본 연구에서는 DSP (dentin sialoprotein)에서 유래된 합성 펩타이드를 동물실험 모델에 적용하여 치수노출 부위에서 상아질 재생을 확인하고, 기존 치 수복조제와의 성능 비교를 통해 새로운 치수복조제로서의 가능성을 확인하고자 하였다. 6마리 비글견의 73개의 치아를 이용하여, 실험적으로 치수를 노출하고 직접 치수 복조술을 시행하였다. 사용한 치수복조제는 (1) $Ca(OH)_2$ (CH군) (2) DSP유도 합성 펩타이드 (PEP군) (3) 합성 펩타이드와 $Ca(OH)_2$ 혼합제 (PEP+CH군) (4) White MTA (WMTA군) 이다. 노출된 치수에 치수복조제를 적용한 후 와동은 강화형 글라스 아이오노머로 충전하였다. 시술 후 2주, 1 개월 및 3개월에 각각 2마리씩 비글견을 희생시키고 조직시편을 제작하였다. 시편은 H&E 염색 후 광학 현미경으로 치수 염증 반응과 경조직 형성 정도를 관찰하였다. PEP군에서는 17개의 시편 중 3 개의 시편에서만 경조직 형성을 관찰할 수 있었으며, 대부분의 시편에서 적절한 치수 회복을 관찰할 수 없었다. PEP군은 CH군에 비해 심한 염증반응을 보이고, 경조직 형성은 불량하였다. CH군과 WMTA군은 기계적으로 노출된 치수에서의 염증반응과 경조직 형성에 있어서 유사한 결과를 보였다.
Background: For an effective bone graft for reconstruction of the maxillofacial region, an adequate vascular network will be required to supply blood, osteoprogenitor cells, and growth factors. We previously reported that the secretomes of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSC-CM) contain numerous growth factors such as insulin-like growth factor (IGF)-1, transforming growth factor $(TGF)-{\beta}1$, and vascular endothelial growth factor (VEGF), which can affect the cellular characteristics and behavior of regenerating bone cells. We hypothesized that angiogenesis is an important step for bone regeneration, and VEGF is one of the crucial factors in MSC-CM that would enhance its osteogenic potential. In the present study, we focused on VEGF in MSC-CM and evaluated the angiogenic and osteogenic potentials of MSC-CM for bone regeneration. Methods: Cytokines in MSC-CM were measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) were cultured with MSC-CM or MSC-CM with anti-VEGF antibody (MSC-CM + anti-VEGF) for neutralization, and tube formation was evaluated. For the evaluation of bone and blood vessel formation with micro-computed tomography (micro-CT) and for the histological and immunohistochemical analyses, a rat calvarial bone defect model was used. Results: The concentrations of IGF-1, VEGF, and $TGF-{\beta}1$ in MSC-CM were $1515.6{\pm}211.8pg/mL$, $465.8{\pm}108.8pg/mL$, and $339.8{\pm}14.4pg/mL$, respectively. Tube formation of HUVECs, bone formation, and blood vessel formation were increased in the MSC-CM group but decreased in the MSC-CM + anti-VEGF group. Histological findings suggested that new bone formation in the entire defect was observed in the MSC-CM group although it was decreased in the MSC-CM + anti-VEGF group. Immunohistochemistry indicated that angiogenesis and migration of endogenous stem cells were much more abundant in the MSC-CM group than in the MSC-CM + anti-VEGF group. Conclusions: VEGF is considered a crucial factor in MSC-CM, and MSC-CM is proposed to be an adequate therapeutic agent for bone regeneration with angiogenesis.
Background: The structure and function of bone tissue is maintained through a constant remodeling process, which is maintained by the balance between osteoblasts and osteoclasts. The failure of bone remodeling can lead to pathological conditions of bone structure and function. Remifentanil is currently used as a narcotic analgesic agent in general anesthesia and sedation. However, the effect of remifentanil on osteoclasts has not been studied. Therefore, we investigated the effect of remifentanil on pre-osteoclast (pre-OCs) differentiation and the mechanism of osteoclast differentiation in the absence of specific stimulus. Methods: Pre-OCs were obtained by culturing bone marrow-derived macrophages (BMMs) in osteoclastogenic medium for 2 days and then treated with various concentration of remifentanil. The mRNA expression of NFATc1 and c-fos was examined by using real-time PCR. We also examined the effect of remifentanil on the osteoclast-specific genes TRAP, cathepsin K, calcitonin receptor, and DC-STAMP. Finally, we examined the influence of remifentanil on the migration of pre-OCs by using the Boyden chamber assay. Results: Remifentanil increased pre-OC differentiation and osteoclast size, but did not affect the mRNA expression of NFATc1 and c-fos or significantly affect the expression of TRAP, cathepsin K, calcitonin receptor, and DC-STAMP. However, remifentanil increased the migration of pre-OCs. Conclusions: This study suggested that remifentanil promotes the differentiation of pre-OCs and induces maturation, such as increasing osteoclast size. In addition, the increase in osteoclast size was mediated by the enhancement of pre-OC migration and cell fusion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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