In this study, we investigated primary biocompatibility and osteogenic gene expression of porous granular BCP bone substitutes with or without strontium (Sr) doping. In vitro biocompatibility was investigated on fibroblasts like L929 cells and osteoblasts like MG-63 cells using a cell viability assay (MTT) and one cell morphological observation by SEM, respectively. MTT results showed a cell viability percent of L929 fibroblasts, which was higher in Sr-BCP granules (98-101%) than in the non-doped granules (92-96%, p < 0.05). Osteoblasts like MG-63 cells were also found to proliferate better on Sr-doped BCP granules (01-111%) than on the non-doped ones (92-99%, p < 0.05) using an MTT assay. As compared with pure BCP granules, SEM images of MG-63 cells grown on sample surfaces confirmed that cellular spreading, adhesion and proliferation were facilitated by Sr doping on BCP. Active filopodial growth of MG-63 cells was also observed on Sr-doped BCP granules. The cells on Sr-doped BCP granules were well attached and spread out. Gene expression of osteonectin, osteopontin and osteoprotegrin were also evaluated using reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR), which showed that the mRNA phenotypes of these genes were well maintained and expressed in Sr-doped BCP granules. These results suggest that Sr doping in a porous BCP granule can potentially enhance the biocompatibility and bone ingrowth capability of BCP biomaterials.
Jo, Sung Hyun;Kim, Jin Woo;Jung, Jae Hak;Kim, Young Hwan;Sun, Hook
Archives of Craniofacial Surgery
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v.11
no.2
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pp.103-106
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2010
Purpose: Giant cell tumors of the bone are rare, locally aggressive lesions that primarily affect the epiphysis of the long bones in young adults. These tumors occur very rarely on the skull, principally in the sphenoid and temporal bones. The occipital bone is an unusual site. We report a rare case of a giant cell tumor of the occipital bone with a review of the relevant literature. Methods: A 7-year-old boy presented with a mass of the right occipital area, which was accompanied by localized tenderness and mild swelling. The mass was first recognized approximately 1 year earlier and grew slowly. There was no significant history of trauma. The physical examination revealed a nonmobile and non-tender bony swelling on the occipital region. The neurological evaluation was normal. The serial skull radiography and CT scan showed focal osteolytic bone destruction with a bulged soft tissue mass in the right occipital bone. The patient underwent a suboccipital craniectomy and a complete resection of the epidural mass. The lesion was firm and cystic. The mass adhered firmly to the dura mater. Results: The postoperative clinical course was uneventful, and the patient was discharged 5 days later. The histopathology report revealed scattered multinucleated giant cells and mononuclear stromal cells at the tumor section, and the giant cells were distributed evenly in the specimen, indicating a giant cell tumor. Conclusion: Giant cell tumors are generally benign, locally aggressive lesions. In our case, the lesion was resected completely but a persistent long term follow up will be needed because of the high recurrence rate and the possible transformation to a malignancy.
Carthamus tinctorius L.is known to improve fracture healing, and bone morphogenetic proteins (BMPs) are associated with the formation and healing process of bone. BMP-2 and BMP-7 are two of the most important BMPs during the bone healing process. Human osteosarcoma MG63 cells and rats were used to determine the effects of Carthamus tinctorius L. extract (CTE) on BMP-2 gene expression. BMP-2 gene expression by CTE treatment in human osteosarcoma MG63 cells was not different from the control group until 8 hours of incubation, but was significantly higher, by 31%, than that of the control group at 16 hr of incubation. Microscopic findings of the 9th rib 3 weeks after fracture showed typical rimming of the osteoblast and immature bone formation in control and CTE groups. BMP-2 gene expression by in situ hybridization was remarkably increased by a CTE-supplemented diet in the fracture group compared to the control group. In conclusion, Carthamus tinctorius L. increased BMP-2 gene expression in human osteosarcoma cells and fractured bone. But further studies would be needed to elucidate the effect of CTE on fracture healing in vivo because our results did not show any evidence of healing improvement histologically $3^{rd}$ week after fracture.
Cho, Hee-Yeon;Baik, Young-Ae;Jeon, Suyeon;Kwak, Yoon-Hae;Kweon, Hae Yong;Jo, You Young;Lee, Kwang Gill;Park, Young Hwan;Kang, Dongchul
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.27
no.2
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pp.303-311
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2013
In this study, we compared the efficiency of osteoblast differentiation media (ODM) containing three distinct reagent combinations in osteoblastic differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMSCs) in monolayer culture. In addition, we analyzed growth and differentiation of hBMSCs on silk scaffolds and examined the bone-forming activity of a nanofibrous silk scaffold in a tibia diaphysis defect model of a rat hind limb with intramedullary nailing. Although all three ODM increased alkaline phosphatase activity to a comparable extent, the ODM containing bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) was found to be significantly less effective in promoting mineral deposition than the others. Growth of hBMSCs on sponge-form silk scaffolds was faster than on nanofibrous ones, while osteoblastic differentiation was apparent in the cells grown on either type of scaffold. By contrast, bone formation was observed only at the edge of the nanofibrous scaffold implanted in the tibia diaphysis defect, suggesting that use of the silk scaffold alone is not sufficient for the reconstitution of the long bone defect. Since silk scaffolds can support cell growth and differentiation in vitro, loading MSCs on scaffolds might be necessary to improve the bone-forming activity of the scaffold in the long bone defect model.
Kim, Kabsun;Kim, Jung Ha;Kim, Inyoung;Seong, Semun;Kim, Nacksung
Molecules and Cells
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v.43
no.1
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pp.34-47
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2020
The circadian clock regulates various physiological processes, including bone metabolism. The nuclear receptors Reverbs, comprising Rev-erbα and Rev-erbβ, play a key role as transcriptional regulators of the circadian clock. In this study, we demonstrate that Rev-erbs negatively regulate differentiation of osteoclasts and osteoblasts. The knockdown of Rev-erbα in osteoclast precursor cells enhanced receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL)-induced osteoclast formation, as well as expression of nuclear factor of activated T cells 1 (NFATc1), osteoclast-associated receptor (OSCAR), and tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP). The overexpression of Rev-erbα leads to attenuation of the NFATc1 expression via inhibition of recruitment of c-Fos to the NFATc1 promoter. The overexpression of Rev-erbα in osteoblast precursors attenuated the expression of osteoblast marker genes including Runx2, alkaline phosphatase (ALP), bone sialoprotein (BSP), and osteocalcin (OC). Rev-erbα interfered with the recruitment of Runx2 to the promoter region of the target genes. Conversely, knockdown of Rev-erbα in the osteoblast precursors enhanced the osteoblast differentiation and function. In addition, Rev-erbα negatively regulated osteoclast and osteoblast differentiation by suppressing the p38 MAPK pathway. Furthermore, intraperitoneal administration of GSK4112, a Rev-erb agonist, protects RANKL-induced bone loss via inhibition of osteoclast differentiation in vivo. Taken together, our results demonstrate a molecular mechanism of Rev-erbs in the bone remodeling, and provide a molecular basis for a potential therapeutic target for treatment of bone disease characterized by excessive bone resorption.
Objectives This study was performed to evaluate the effect of Pyrola japonica extract (NJ) and its principal constituent, homoarbutin (HA) on osteoclast differentiation and gene expression and bone resorption. The osteoclastogenesis and gene expression were determined in receptor activator of nuclear factor kappa B ligand (RANKL)-stimulated RAW264.7 cell. Methods In order to evaluate the effect of HA extracted from NJ on bone resorption, osteoclasts were used to be differentiated and formed by stimulating RAW264.7 cells with RANKL. Tartarate-resistant acid phosphatase (TRAP) (+) polynuclear osteoclast formation ability was evaluated, and differentiation control genes including cathepsin K, matrix metalloproteinases-9 (MMP-9), and TRAP in osteoclast differentiation were analyzed by real-time polymerase chain reaction (PCR). Immunoblotting was performed to measure the effect of mitogen-activated protein kinase (MAPK) factors on bone resorption, and the effect of osteoclasts on osteoclast differentiation was measured. Results Both NJ and high concentration of HA blocked RANKL-stimulated differentiation from RAW264.7 cell to TRAP-positive multinucleated cells. NJ reduced RANKL-induced expression of TRAP, cathepsin K. Both NJ and high concentration of HA inhibited RANKL-mediated expression of MMP-9, nuclear factor of activated T-cells, cytoplasmic 1, and cellular Jun-fos. NJ suppressed RANKL-stimulated expression of cyclooxygenase-2 (COX-2), inducible nitric oxide synthase, tumor necrosis factor-alpha, and levels of interleukins. Both NJ and HA decreased bone resorption in osteoclast-induced bone pit formation model. Conclusions These results suggest that NJ and HA blocked bone resorption by decreasing RANKL-mediated osteoclastogenesis through down-regulation of genes for osteoclast differentiation.
Although it has been known that TGF-${\beta}1$ acts as a crucial cofactor in osteoclast differentiation, its mode of action is still unclear. In the present study, we studied the effect of TGF-${\beta}1$ on the differentiation of osteoclast depending on the developmental stages. Murine bone marrow cells were induced to differentiate into mature osteoclasts in the presence of receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL) and macrophage colony stimulating factor (M-CSF). In the early stage of the differentiation TRAP(-) mononuclear precursor cells were obtained from nonadherent M-CSF dependent bone marrow cells, which further differentiated into mature osteoclasts. TGF-${\beta}1$ stimulated osteoclast differentiation, which was stronger when cells were stimulated by TGF-${\beta}1$ in the early stage than the later differentiation. TGF-${\beta}1$ increased the expression of RANK and synergistically stimulated RANKL-induced activation of NF-${\kappa}B$ MAP kinase in TRAP(-) mononuclear precursor cells. These results suggest that activation of osteoclast differentiation by TGF-${\beta}1$ may be ascribed to the both increased expression and activation of RANK in the osteoclast differentiation, especially in the early stage of differentiation.
Park, Sung-Joo;Kim, Hyung-Ryong;Cho, Hye-Won;Kim, Hyung-Min
Archives of Pharmacal Research
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v.19
no.5
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pp.368-373
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1996
Nitric oxide (NO) is synthesized by various cells involved in inflammatory reactions and may then act on mast cells. In the present work, we attempted to clarify the role of this molecule on the proliferation of mouse bone marrow derived-mast cells (BMMC). Swiss 3T3 fibroblastsproduced nitrite ($NO_{2}$) and nitrate ($NO_{3}$) upon treatment with interferon ${\gamma}$(IFN-${\gamma}$). This formation was dependent of L-arginine and could be inhibited by the -L-arginine analogue $N^{G}$-monomethyl-L-arginine ($N^{G}$MMA). The effect of IFN-g was drastically invreased by cotreatment with tumor necrosis factor g(IFN-g). BMMC were maintained in vitro for as long as 30 days when cocultured with Swiss 3T3 fibroblasts. coculture with $N^{G}$MMA, significantly increased the number of BMMC. These results indicate that NO involves the inhibition of proliferation of BMMC when cocultured with Swiss 3T3 fibroblasts.
Park, Heajin;Jeong, Jaehoon;Hyun, Hanbit;Hwang, Hye Seong;Kim, HaHyung
YAKHAK HOEJI
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v.57
no.6
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pp.406-411
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2013
Rumex crispus (Curled Dock, Polygonaceae) is a perennial wild plant used in traditional medicine as a laxative, astringent, and to treat blood and skin disease. The ethanol extract of R. crispus was obtained and its carbohydrate contents were analyzed using high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection. The anabolic effects of R. crispus in human osteoblastic MG-63 cells were investigated using the WST-8 assay, alkalinephosphatase (ALP) assay, and mineralization assay. The ethanol extract increased the proliferation of MG-63 cells and stimulated ALP activity in a dose-dependent manner over a 72-hrs period. Additionally, the ethanol extract dose-dependently stimulated the formation of bone nodules in MG-63 cells treated for 12 days. The ethyl acetate fraction from the ethanol extract did not affect osteoblast viability but induced an increase in ALP activity. In conclusion, the ethanol extract of R. crispus increases the proliferation and bone-forming activity of osteoblasts, and hence it could be used in the development of bone-forming stimulatory nutraceuticals and osteoporosis-related medicines.
Han, Seung-Kyu;Choi, Won Il;Lee, Byung Il;Kim, Woo Kyung
Archives of Plastic Surgery
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v.34
no.4
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pp.426-431
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2007
Purpose: The aim of this study is to compare the effects of bone marrow stromal cells(BSCs) and fibroblasts on wound healing activity in vivo, especially on epithelization. Methods: The fibroblasts and BSCs were harvested from patients and cultured. Ten Spague-Dawley white rats were used. A 5 mm punches were made to excise skin and subcutaneous tissue in a round fashion at six sites on the back area of each rat. Four hundred thousand cells suspended in 0.05 ml fibrinogen were applied to the created wounds. The cells in group I, II, and III were no cells, fibroblasts and BSCs. The lengths of epithelial gap at the widest wound site were compared with autopsy specimens obtained on the 6th day after cell therapy under light microscope. Statistical comparisons were performed using the Mann-Whitney U-test, and the p value < 0.05 was considered statistically significant. Results: The best epithelization was also seen in the BSC group, followed by fibroblast and no cell groups.Conclusion: These results demonstrate that BSC has superior effect on stimulating wound healing than fibroblast, which is currently used for wound healing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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