Bone marrow derived mesenchymal stem cells (BMSCs) are largely studied for their potential clinical use. But it is hard to get enough number of those cells for clinical trials and give serious pain to the patients. Adipose tissue is derived from the embryonic mesenchyme and contains a stroma that is easily isolated with large amount. This cell population (adipose derived stem cells: ADSCs) can be isolated from human lipoaspirates and like MSCs, differentiate toward the osteogenic, adipogenic, myogenic and chondrogenic lineages. To confirm whether adipose tissue contains stem cells, the ADSCs extracted from omental or subcutaneous fat tissue were expanded during third to fifth passages. The phenotype of the ADSCs was identified by the conventional cell surface markers using flow cytometry: positive for CD29 and CD44, but negative for CD34, CD45, CD117 and HLA-DR that similar to those observed on BMSCs. The ADSCs were able to differentiate into the osteoblast or adipocytes with induction media. Finally, ADACs expressed multiple CD marker antigens similar to those observed on BMSCs and differentiated into osteoblast, adipocyte. With this, human adipotissue contains multipotent cells and may represent an alternative stem cell source to bone marrow-derived MSCs.
Colostrum basic proteins (CBP) (MW 1$\sim$30 kDa) were isolated from bovine colostrum using a series of ultrafiltration processes and their effects on osteoblast cell proliferation and bone metabolism were investigated in cell line and animal models. Treatments with CBP (1, 10, 100 $\mu$g/mL) dose-dependently increased cell proliferation of osteoblastic MC3T3 cells. Alkaline phosphatase activity, a marker of osteoblastic phenotype, in the cells was also increased after treatments with CBP in a dose-dependent manner. Significant increases in bone density were observed in femur of ovariectomized rats which were fed a diet with 1% and 10% CBP, compared to rats fed a normal diet. These results suggest that CBP may increase bone mass and density and be useful for the prevention of bone-related diseases.
Large conductance calcium-activated potassium (BK) channels participate in many important physiological functions in excitable tissues such as neurons, cardiac and smooth muscles, whereas the knowledge of BK channels in bone tissues and osteoblasts remains elusive. To investigate the role of BK channels in osteoblasts, we used transcription activator-like effector nuclease (TALEN) to establish a BK knockout cell line on rat ROS17/2.8 osteoblast, and detected the proliferation and mineralization of the BK-knockout cells. Our study found that the BKknockout cells significantly decreased the ability of proliferation and mineralization as osteoblasts, compared to the wild type cells. The overall expression of osteoblast differentiation marker genes in the BK-knockout cells was significantly lower than that in wild type osteoblast cells. The BK-knockout osteoblast cell line in our study displays a phenotype decrease in osteoblast function which can mimic the pathological state of osteoblast and thus provide a working cell line as a tool for study of osteoblast function and bone related diseases.
The Hippo pathway was originally discovered in Drosophila by genetic screening and it has been shown to be conserved in various organisms including human. Until now, the essential roles of Hippo pathway in regulating cell proliferation, apoptosis, tumorigenesis, and organ size control is extensively studied. Currently, Mats1/2 (Mob1a/1b), one of the important components in Hippo pathway, mutant mice were generated which has abnormal phenotype such as resistance to apoptosis and spontaneous tumorigenesis. Of note, Mats1/2 mutant mice also showed dental malocclusion. Therefore, in this study, we have evaluated the bone phenotype of Mats1/2 mutant mice. Although the mRNA expressions of Mats1 or Mats2 were observed in both osteoclastogenesis and osteoblastogenesis, the increase of Mats1 level was most prominent during osteoblastogenesis. The RANKL-induced osteoclast differentiation from bone marrow-derived macrophages (BMMs) was unaltered upon Mats1/2 mutation; however, the osteoblast differentiation using calvarial pre-osteoblasts was significantly reduced in Mats1/2 mutant mice compare to that of wild type mice. In accordance with in vitro results, Mats1/2 mutant mice showed decreased bone volume as well as increased trabecular separation in ${\mu}CT$ analyses. These results may provide novel prospect of the probable linkage between Hippo pathway and bone homeostasis.
STATEMENT OF PROBLEM: Zirconium oxide can be a substitute to titanium as implant materials to solve the esthetic problems of dark color in the gingival portion of implant restorations. PURPOSE: This study was performed to define attachment and growth behavior of osteoblast- like cells cultured on grooved surfaces of zirconium oxide and evaluate the genetic effect of zirconium oxide surfaces using the reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR). MATERIAL AND METHODS: MC3T3-E1 cells were cultured on (1) commercially pure titanium discs with smooth surface (T group), (2) yttrium-stabilized tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) with machined surface (ZS group), and (3) Y-TZP with $100{\mu}m$ grooves (ZG group). Cell proliferation activity was evaluated through MTT assay and cell morphology was examined by SEM. The mRNA expression of Runx2, alkaline phosphatase, osteocalcin, TGF-${\beta}1$, IGF-1, G3PDH in E1 cells were evaluated by RT-PCR. RESULTS: From the MTT assay, after 48 hours of adhesion of MC3T3-E1 cells, the mean optical density value of T group and ZG group significantly increased compared to the ZS group. SEM images of osteoblast-like cells showed that significantly more cells were observed to attach to the grooves and appeared to follow the direction of the grooves. After 24 hours of cell adhesion, more spreading and flattening of cells with active filopodia formation occurred. Results of RT-PCR suggest that T group, ZS group, and ZG group showed comparable osteoblast-specific gene expression after 24 hours of cell incubation. CONCLUSION: Surface topography and material of implants can play an important role in expression of osteoblast phenotype markers. Zirconia ceramic showed comparable biological responses of osteoblast-like cells with titanium during a short-time cell culture period. Also, grooves influence cell spreading and guide the cells to be aligned within surface grooves.
Chronic exposure to high levels of manganese (Mn) leads a pronounced and debilitating disorder known as manganism. Research on the toxic manifestation of manganese have focused primarily on its neurological effects because exposure to high levels of the metal produces a distinct and irreversible extrapyramidal dysfunction resembling the dystonic movements associated with Parkinson's physiological and biochemical systems in the body. The purpose of this study is to determine the effects of Mn on mineralization in primary rat calvarial cells. The experimental groups were in concentration of 0, 10, 30 and 60 ${\mu}M$. The results were as follows: 1. ALP activity was decreased in concentration of 30 and 60 ${\mu}M$ (p<0.01). 2. Bone nodule formation was depressed in concentration of 30 and 60 ${\mu}M$ at day 14 and 21 (p<0.01). 3. RT-PCR results showed an altered expression of bone matrix proteins. These result suggested that manganese might decrease or alter the expression of the osteoblast phenotype.
NFI-C는 정상적으로 상아모세포, 골모세포에 존재하며, NFI-C가 결손된 경우 치근상아질을 형성하는 상아모세포의 분화에 이상이 있다고 알려져 있다. 본 연구는 NFI-C (-/-) 생쥐에서 치관 및 치근의 상아질을 형성하는 상아모세포의 표현형을 상아모세포에 특이적으로 발현하는 DSPP와 골모세포에 특이적으로 반응하는 BSP 유전자를 이용한 in-situ hybridization을 통하여 연구하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. NFI-C (-/-) 생쥐의 구치에서 치관 상아질은 정상적으로 형성되었으나 치근 상아질은 형성되지 않았다. 2. NFI-C (-/-) 생쥐의 하악 절치의 순측 상아질은 비교적 많이 형성되었으나, 설측의 상아질은 형성되지 않았다. 3. NFI-C (-/-) 생쥐의 하악 절치의 상아모세포는 형태가 변화되었으며, 형성된 상아질 내에 세포가 함입되는 양상을 보였다. 4. NFI-C (-/-) 생쥐의 구치에서 치관부위의 상아모세포에서는 DSPP가 강하게 발현되었으나, 치근부위의 상아모세포에서는 발현되지 않았다. 또한 NFI-C (-/-) 생쥐에서 절치의 순측 상아모세포에서는 DSPP가 약하게 발현되었다. 5. 정상 생쥐에서 절치의 상아모세포에서는 BSP가 발현되지 않았으나 NFI-C (-/-) 생쥐에서는 BSP가 강하게 발현되었다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 NFI-C가 결손된 경우 상아모세포가 골모세포로 분화되는 표현형의 변화를 보이는 것으로 사료된다.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제32권6호
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pp.495-505
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2006
In this study we evaluate the effects of bFGF-BB and PDGF on in vitro proliferation, differentiation and mineralization of mesenchymal stem cells (MSCs) from rat. MSCs were prepared from the bone marrow of 6 or 7-week-old male rats with a technique previously described by Maniatopoulos et al. in 1988. Lineage differentiation to osteogenesis, chondrogenesis and adipogenesis were performed. At first, we characterized the cultured cell on passage 1, 3, 5, 7 with immunocytochemical staining using CD29, 44, 34, 45, ${\alpha}$-SMA and type I collagen. And to study the effects of bFGF and PDGF-BB on proliferation, differentiation and mineralization, we seeded the expanded cell at a density of 6 $6{\times}10^3\;cells/cm^2$ to 100-mm dish for evaluation of cell proliferation and MTT assay was carried out on day 2, 4, 7, 9. We also resuspended the cells with same density $(6{\times}10^3\;cells/cm^2)$ to 24 well plates for subculture. On the following day, the attached cells were exposed to 2.5ng/ml bFGF and/or 25ng/ml PDGF-BB daily during 5 days. The osteocalcin (OC) level was assessed and mineral contents were evaluated with alizarin red S staining on subculture day 2, 7, 14, 21. We identified the mesenchymal stem cell from the bone marrow derived cells of rat through their successful multi-differentiation and stable display of its phenotype. And bFGF and PDGF-BB showed the effect that inhibited osteoblastic differentiation and mineralization mildly in above concentration at in vitro culture. This study was supported by grant 04-2004-0120 from the Seoul National University Hospital Research Fund.
PURPOSE. This study focused on in vitro cell differentiation and surface characteristics in a magnesium coated titanium surface implanted on using a plasma ion source. MATERIALS AND METHODS. 40 commercially made pure titanium discs were prepared to produce Ti oxide machined surface (M) and Mg-incorporated Ti oxide machined surface (MM). Surface properties were analyzed using a scanning electron microscopy (SEM). On each surface, alkaline phosphatase (ALP) activity, alizarin red S staining for mineralization of MC3T3-E1 cells, and quantitative analysis of osteoblastic gene expression, were evaluated. Actin ring formation assay and gene expression analysis of TRAP and GAPDH performing RT-PCR were performed to characterize osteoclast differentiation on mouse bone marrow-derived macrophages (BMMs). RESULTS. MM showed similar surface morphology and surface roughness with M, but was slightly smoother after ion implantation at the micron scale. M was more hydrophobic than MM. No significant difference between surfaces on ALP activity at 7 and 14 days were observed. Real-time PCR analyses showed similar levels of mRNA expression of the osteoblast phenotype genes; osteopontin (OPN), osteocalcin (OCN), bone sialoprotein (BSP), and collagen 1 (Col 1) in cell grown on MM at 7, 14 and 21 days. Alizarin red S staining at 21 days showed no significant difference. BMMs differentiation increased in M and MM. Actin ring formation assay and gene expression analysis of TRAP showed osteoclast differentiation to be more active on MM. CONCLUSION. Both M and MM have a good effect on osteoblastic cell differentiation, but MM may speed the bone remodeling process by activating on osteoclast differentiation.
Park, Ju-Mi;Jeon, Hye-Ran;Pang, Eun-Kyoung;Kim, Myung-Rae;Kang, Na-Ra
Journal of Periodontal and Implant Science
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제38권sup2호
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pp.299-308
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2008
Purpose: The aim of this study was to evaluate adhesion and gene expression of the MC3T3-E1 cells cultured on machined titanium surface (MS) and anodized titanium surface (AS) using MTT test, Scanning electron micrograph and cDNA microarray. Materials and Methods: The MTT test assay was used for examining the proliferation of MC3T3-E1 cells, osteoblast like cells from Rat calvaria, on MS and AS for 24 hours and 48 hours. Cell cultures were incubated for 24 hours to evaluate the influence of the substrate geometry on both surfaces using a Scanning Electron Micrograph (SEM). The cDNA microarray Agilent Rat 22K chip was used to monitor expressions of genes. Results: After 24 hours of adhesion, the cell density on AS was higher than MS (p < 0.05). After 48 hours the cell density on both titanium surfaces were similar (p > 0.05). AS had the irregular, rough and porous surface texture. After 48 hours incubation of the MC3T3-E1 cells, connective tissue growth factor (CTGF) was up-regulated on AS than MS (more than 2 fold) and the insulin-like growth factor 1 receptor was down-regulated (more than 2 fold) on AS than MS. Conclusion: Microarray assay at 48 hours after culturing the cells on both surfaces revealed that osteoinductive molecules appeared more prominent on AS, whereas the adhesion molecules on the biomaterial were higher on MS than AS, which will affect the phenotype of the plated cells depending on the surface morphology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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