The purpose of the present study is to examine the effect of cell proliferation and alkaline phosphatase activity in osteoblastic cells and to compare the bone healing ability of rat calvarial defects between the control group and the safflower seed extract treated group. Osteoblastic cells were obtained from calvariae of a fetal rat. Cells were cultured containing DMEM and safflower seed extract ($10^{-6}g/ml$, $10^{-3}g/ml$) at $37^{\circ}$ with 5% $CO_2$ in 100% humidity for 3 days. MTT was performed to examine the viability of the cells, and alkaline phosphatase activity was analyzed to examine the mineralization in vitro. Rat calvarial defects($5{\times}5mm$) in 250g Sprague-Dawly were made using round bur. Rats were administrated with safflower seed extract(0.35g/kg/day) for experimental periods. Calvarial defects were studied histopathologically and immunohistochemically at 1,4, and 8 weeks. High concentration group($10^{-3}g/ml$) of safflower seed extract significantly increased in the cell proliferation and alkaline phos phatase synthesis in osteoblastic cells. The infiltration of inflammatory cells and osteoclastic activities were decreased in the safflower seed extract treated group as compared with control group. Bone maturation was accelerated in the safflower seed extract treated group as compared to control group. No difference in osteoinductive process was observed between the control and the safflower seed extract treated group. Immunohistochemical observation revealed that protein expression of TGF-$\beta$and osteonectin during early healing phase in the safflower seed extract treated group was slightly increased as compared to control group. These results indicate that safflower seed extract promotes the healing process in bony defect of rat calvariae, and retains a potential applicability as an adjuvant therapeutic modality for regeneration of periodontal bony defect.
본 연구를 통하여 여주 추출물은 세포 증식을 제외하고는 조골세포에 긍정적인 영향을 미치지 못하였지만 머위 추출물은 세포의 증식, ALP 활성, bone nodule의 형성이 대조군과 비슷한 결과를 나타내거나 높은 경향을 나타냄으로써 조골세포의 골 형성 과정인 증식, 기질의 성숙, 기질의 석회화의 세 단계에서 유효성을 증명하였다. 또한 OPG mRNA의 2배 이상의 증가는 조골세포의 골 형성에 주요 매개 물질로서 가능성이 있음을 밝혔다. 따라서 머위 추출물은 골수의 미세 환경에서 세포의 조절작용을 하는 물질로 여겨지며, 골다공증을 포함한 각종 골 결손 질환의 예방과 치료약 개발에 긍정적인 가능성을 제시할 것이라 사료된다.
Many surgeons are on the point of bone excision and reconstruction of the bone defects by autograft. xenograft, and allograft in the treatment of begin and malignant tumors of bone. Of all type of bone grafts, we received the autograft as the best ideal bone graft. Of autogenic bone graft, replantation of excised autogenic bone for reconstructiong the bone defects has been the ideal method until now, but early bone healing reponses and tumor cell devitalization after replantation of excised autogenic bone have not been identified for clinical applications. So, to evaluate bone healing response after replantation in rabbit's calvarial bone, we divided the experimental group into three groups. Group 1 is a fresh autogenous bone group. Group 2 is a deep frozen group. Group 3 is freeze-dried demineralized group. Obtained result were as followed: 1. Inflammatory cell infiltration appeared at I week and disappeared at 4 weeks in all experimental group, Especially, severe inflammatory cell infiltration showed in fresh autogenous bone group at 2 weeks. Group 3 is the least showing group on the point of inflammatory cell infiltration. 2. Osteoblastic activity evenly increased upto 4 weeks and maintained to 6 weeks and decreased after this period, especially osteoblastic activity in group 2 is less than group 1 and group 3. We can't discriminate between osteoblastic activity of group 1 and that of group 3. 3. In new bone formation, group 3 was more active than any other groups at early stage, but there were little differences among three experimental groups at later state. 4. Bone resorption around the grafted bone slightly appeared at 1 week and disappeared at 4 weeks in all experimental groups. We can find the more bone resorption in group 2 at 2 weeks than any other groups. We could suggest, as appears from our results, that freeze-dried deminiralized bone graft is the useful bone graft in the clinical applications of excised autogenic bone.
PURPOSE. This study was to investigate the effects of recombinant human platelet-derived growth factor (rhPDGF-BB) and heparin to titanium surfaces for enhancement of osteoblastic functions and inhibition of inflammation activity. MATERIALS AND METHODS. The anodized titanium discs, not coated with any material, were used as a control group. In heparinized-Ti group, dopamine was anchored to the surface of Ti substrates, and coated with heparin. In PDGF-Ti group, rhPDGF-BB was immobilized onto heparinized Ti surface. The surface morphologies were investigated by the scanning electron microscope in each group. The release kinetics of rhPDGF-BB were analyzed, and cytotoxicity tests for each group were conducted. The biocompatibilities were characterized by measuring cell proliferation, alkaline phosphatase activity, and calcium deposition using MG-63 cells. Statistical comparisons were carried out by one-way ANOVA tests. Differences were considered statistically significant at $^*$P<.05 and $^{**}$P<.001. RESULTS. The combination of rhPDGF-BB and heparin stimulated alkaline phosphatase activity and OCN mRNA expression in osteoblastic cells ($^*$P<.05 and $^{**}$P<.001). MG-63 cells grown on PDGF-Ti had significantly higher amounts of calcium deposition than those grown on anodized Ti ($^{**}$ P<.001). Heparinized Ti was more anti-inflammatory compared to anodized Ti, when exposed to lipopolysaccharide using the transcript levels of TNF-${\alpha}$ and IL-6 of proinflammatory cytokine ($^*$P<.05 and $^{**}$P<.001). CONCLUSION. The result of this study demonstrated that the incorporation of rhPDGF-BB and heparin onto Ti surface enhanced osteoblastic functions and inhibited inflammation.
Purpose : To investigate the effects of 2-deoxy-D-glucose (2-DG) and quercetin (QCT) on gene expression of bone sialoprotein (BSP) and osteocalcin (OC) during the differentiation in irradiated MC3T3-E1 osteoblastic cells. Materials and Methods : When MC3T3-E1 osteoblastic cells had reached 70-80% confluence, cultures were transferred to a differentiating medium supplemented with 5 mM 2-DG or $10{\mu}M$ QCT, and then irradiated with 2, 4, 6, and 8 Gy. At various times after irradiation, the cells were analyzed for the synthesis of type I collagen, and expression of BSP and OC. Results : The synthesis of type I collagen in cells exposed to 2 Gy of radiation in the presence of 2-DG or QCT showed no significant difference compared with the control group within 15 days post-irradiation. When the cells were irradiated with 8 Gy, 2-DG facilitated the irradiation mediated decrease of type I collagen synthesis, whereas such decrease was inhibited by treating with QCT. During MC3T3-E1 osteoblastic cell differentiation, the mRNA expression of BSP and OC showed the peak value at 14 days and 21 days, respectively. 2-DG or QCT treatment alone decreased the level of BSP mRNA, but increased the OC mRNA level only at early time of differentiation (day 7). In the cells irradiated with 2, 4, 8 Gy, the mRNA expression of BSP and OC decreased at 7 days after the irradiation. The cells were treated with various dose of radiation in the presence of 2-DG or QCT, the mRNA level of both BSP and OC increased although this increase was observed at low dose of radiation (2 Gy) and at the early stage of differentiation. However, when the cells were exposed to 4, 6, or 8 Gy, the increase of BSP and OC mRNAs was detected only in cells co-incubated with QCT. Conclusion : This study demonstrates that 2-DG and QCT affect differently the expression of bone formation related factors, type I collagen, BSP, and OC in the irradiated MC3T3-E1 osteoblasic cells, according to the dose of radiation and the times of differentiation. Overall, the present findings suggest that 2-DG and QCT could have the regulatory roles as radiation-sensitizer and -protector, respectively.
Giant cell tumors are primary bone tumors originating from non-osteoblastic connective tissue. The sites of involvement were commonly distal femur, proximal tibia, proximal humerus, distal radius and others (including os calcis, ilium and sacrum). Giant cell tumor located around knee joint has been difficult to treat because of local recurrence following curettage with or without bone graft. Although primary resections reduce recurrence of the lesion, the joint function will be markedly impaired. Marginal excision was very often complicated by a loss of joint integrity since all the giant cell tumors occupy juxtaarticular positions. Techniques involving physical adjuncts(high speed burr and electric cauterization) have been used in the hope of decreasing the rate of local recurrence and avoiding the morbidity of primary resection. A meticulous clinical, radiological and histological evaluation is needed to choose the correct treatment, keeping in mind the possibility of recurrence after each treatment modality.
Cho Young-Eon;Lomeda Ria-Ann R.;Kim Yang-Ha;Ryu Sang-Hoon;Choi Je-Yong;Kim Hyo-Jin;Beattie John H.;Kwun In-Sook
Nutritional Sciences
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제8권4호
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pp.242-249
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2005
It is well established that zinc plays an important role in bone metabolism and mineralization. The role of zinc in bone formation is well documented in animal models, but not much reported in cell models. In the present study, we evaluated zinc deficiency effects on osteoblastic cell proliferation, alkaline phosphatase activity and expression, and extracellular matrix bone nodule formation and bone-related gene expression in osteoblastic MC3T3-E1 cells. To deplete cellular zinc, chelexed-FBS and interpermeable zinc chelator TPEN were used. MC3T3-E1 cells were cultured in zinc concentration-dependent (0-15 ${\mu}M\;ZnCl_2$) and time-dependent (0-20 days) manners. MC3T3-E1 cell proliferation by MTT assay was increased as medium zinc level increased (p<0.05). Cellular Ca level and alkaline phosphatase activity were increased as medium zinc level increased (p<0.05). Alkaline phosphatase expression, a marker of commitment to the osteoblast lineage, measured by alkaline phosphatase staining was increased as medium zinc level increased. Extracellular calcium deposits measured by von Kossa staining for nodule formation also appeared higher in Zn+(15 ${\mu}M\;ZnCl_2$) than in Zn-(0 ${\mu}M\;ZnCl_2$). Bone formation marker genes, alkaline phosphatase and osteocalcin, were also expressed higher in Zn+ than in Zn-. The current work supports the beneficial effect of zinc on bone mineralization and bone-related gene expression. The results also promote further study as to the molecular mechanism of zinc deficiency for bone formation and thus facilitate to design preventive strategies for zinc-deficient bone diseases.
Natriuretic peptides comprise a family of three structurally related peptides; atrial natriuretic peptide (ANP), brain natriuretic peptide (BNP), and C-type natriuretic peptide (CNP). The present study was performed to investigate the effect of ANP on the proliferation and activity of ROS17/2.8 and HOS cells which are well-characterized osteoblastic cell lines. ANP dose-dependently decreased the number of ROS17/2.8 and HOS cells after 48-hour treatment. ANP generally increased the alkaline phosphatase activity of ROS17/2.8 and HOS cells after 48 hr treatment, regardless of the fact that basal activity of alkaline phosphatase was much lower in HOS cells compared to that of ROS17/1.8 cells. ANP increased the NBT reduction by ROS17/2.8 and HOS cells. ANP showed the variable but no significant effect on the nitric oxide production by ROS17/2.8 and HOS cells. ROS17/2.8 and HOS cells produced and secreted gelatinase into culture medium, and this enzyme was thought to be the gelatinase A type with the molecular weight determination. The gelatinase activity produced by ROS17/2.8 cells was increased by the treatment of ANP. However, the enzyme activity was not affected by ANP treatment in the HOS cell culture. In summary, ANP decreased the proliferation and increased the alkaline phosphatase activity and NBT reduction of osteoblasts. These results indicate that ANP is one of the important regulators of bone metabolism.
Kim, Hyun-Nam;Min, Woo-Kie;Jeong, Jae-Hwan;Kim, Seong-Gon;Kim, Jae-Ryong;Kim, Shin-Yoon;Choi, Je-Yong;Park, Byung-Chul
BMB Reports
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제44권7호
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pp.446-451
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2011
The conversion of fibroblasts into osteoblasts requires the activation of key signaling pathways, including the BMP pathway. Although Runx2 is known to be a component of the BMP pathway, the combination of Runx2 and BMP2 has not yet been examined with respect to the conversion of fibroblasts into osteoblasts. Here, human ligamentum flavum (LF) fibroblast-like cells from six patients were tested for their conversion into osteoblasts using adenoviruses expressing Runx2 or BMP2. The forced expression of Runx2 or BMP2 in primary cultured LF cells resulted in a variety of proliferation and differentiation behaviors. Combined treatment of BMP2 plus Runx2 resulted in better osteoblastic differentiation than treatment with either component alone. These results indicate that the Runx2 and BMP2 pathways possess both common and independent target genes. Collectively, Runx2 plus BMP2 mediated efficient conversion of fibroblast-like LF cells into osteoblast-like cells, suggesting the possible use of these components for clinical applications such as spinal fusion.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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