Bone morphogenetic protein 9 (BMP9) is a potent inducer of osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. The Wnt antagonist Dickkopf-1 (Dkk1) is involved in skeletal development and bone remodeling. Here, we investigated the role of Dkk1 in BMP9-induced osteogenic differentiation of MSCs. We found that overexpression of BMP9 induced Dkk1 expression in a dose-dependent manner, which was reduced by the P38 inhibitor SB203580 but not the ERK inhibitor PD98059. Moreover, Dkk1 dramatically decreased not only BMP9-induced alkaline phosphatase (ALP) activity but also the expression of osteocalcin (OCN) and osteopontin (OPN) and matrix mineralization of C3H10T1/2 cells. Furthermore, exogenous Dkk1 expression inhibited Wnt/β-catenin signaling induced by BMP9. Our findings indicate that Dkk1 negatively regulates BMP9-induced osteogenic differentiation through inhibition of the Wnt/β-catenin pathway and it could be used to optimize the therapeutic use of BMP9 and for bone tissue engineering.
This study evaluates the change of computer tomography (CT) number in the case of the metal artifact reduction (MAR) algorithm, using the phantom. The images were obtained from dual CT using a gammex 467 tissue characterization phantom, which is similar to human tissues. The test method was performed by dividing pre and post MAR algorithm and measured CT values of nonmagnetic materials within the phantom. In addition, the changes of CT values for each material were compared and analyzed after measuring CT values up to 140 keV, using the spectral HU curve followed by CT scan. As a result, in the cases of N rod (trabecular bone) and E rod (trabecular bone), the CT numbers decreased as keV increasing but were constant above 90 keV. In the cases of I rod (dense bone) and K rod (dense bone), the CT numbers also decreased as keV increased but were uniform above 90 keV. The CT numbers from 40 keV to 140 keV were consistent in the cases of J rod (liver), D rod (liver), L rod (muscle), and F rod (muscle). For A rod (adipose), G rod (adipose), B rod (breast) and O rod (breast), the CT numbers increased as keV increased but were constant after 90 keV. The CT numbers from 40 keV to 140 keV were consistent in the cases of C rod (lung (exhale)), P rod (lung (exhale)), M rod (lung (inhale)) and H rod (lung (exhale)). Conclusively, because dual CT exhibits no changes in image quality and is able to analyze nonmagnetic materials by measuring the CT values of various materials, it will be used in the future as a useful tool for the diagnosis of lesions.
The average life span is over 80 years of age, and various biomaterials have being studied. Many research institutes and companies around the world have been commercializing bioactive glass through R&D, however, there is not much research in Korea. Most bioactive glass is applied to bone regeneration in powder form due to its excellent bio-compatibility. Recently, new applications such as scaffolds for tissue engineering and nerve regeneration have been found in composite form. The global market size is not as large as US $ 556 million in 2019, but the growth rate is very high at a CAGR of 14.35 %. This field is waiting for the challenge of new researchers.
Kim, Seong Sik;Kwon, Dae-Woo;Im, Insook;Kim, Yong-Deok;Hwang, Dae-Seok;Holliday, L. Shannon;Donatelli, Richard E.;Son, Woo-Sung;Jun, Eun-Sook
대한치과교정학회지
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제42권6호
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pp.307-317
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2012
Objective: The purpose of this study was to investigate the isolation and characterization of multipotent human periodontal ligament (PDL) stem cells and to assess their ability to differentiate into bone, cartilage, and adipose tissue. Methods: PDL stem cells were isolated from 7 extracted human premolar teeth. Human PDL cells were expanded in culture, stained using anti-CD29, -CD34, -CD44, and -STRO-1 antibodies, and sorted by fluorescent activated cell sorting (FACS). Gingival fibroblasts (GFs) served as a positive control. PDL stem cells and GFs were cultured using standard conditions conducive for osteogenic, chondrogenic, or adipogenic differentiation. Results: An average of $152.8{\pm}27.6$ colony-forming units was present at day 7 in cultures of PDL stem cells. At day 4, PDL stem cells exhibited a significant increase in proliferation (p < 0.05), reaching nearly double the proliferation rate of GFs. About $5.6{\pm}4.5%$ of cells in human PDL tissues were strongly STRO-1-positive. In osteogenic cultures, calcium nodules were observed by day 21 in PDL stem cells, which showed more intense calcium staining than GF cultures. In adipogenic cultures, both cell populations showed positive Oil Red O staining by day 21. Additionally, in chondrogenic cultures, PDL stem cells expressed collagen type II by day 21. Conclusions: The PDL contains multipotent stem cells that have the potential to differentiate into osteoblasts, chondrocytes, and adipocytes. This adult PDL stem cell population can be utilized as potential sources of PDL in tissue engineering applications.
Purpose: To longitudinally observe the healing process of extracted socket and the alterations of the residual ridge in healthy adult dogs using cone beam CT (CBCT). Materials and Methods: The mandibular premolars of two beagle dogs were removed and the extraction sites were covered with the gingival tissue. CBCTs (3D X-ray CT scanner, Alphard vega, Asahi Co.) were taken at baseline and at 1 week interval for 12 weeks. Radiographic density of extracted wounds was measured on normalized images with a custom-made image analysis program. The amount of alveolar crestal resorption after the teeth extraction was measured with a reformatted three-dimensional image using CBCT. Bony healing pattern of extracted wound of each group was also longitudinally observed and analyzed. Results: Dimensional changes occurred during the first 6 weeks following the extraction of dogs' mandibular premolars. The reduction of the height of residual ridge was more pronounced at the buccal than at the lingual aspect of the extraction socket. Radiographic density of extracted wounds increased by week 4, but the change in density stabilized after week 6. New bone formation was observed at the floor and the peripheral side of extracted socket from week 1. The entrance of extracted socket was sealed by a hard-tissue bridge at week 5. Conclusion: The healing process of extracted wound involved a series of events including new bone formation and residual ridge resorption.
We used the GEANT4 Monte Carlo MC Toolkit to simulate carbon ion beams incident on water, tissue, and bone, taking into account nuclear fragmentation reactions. Upon increasing the energy of the primary beam, the position of the Bragg-Peak transfers to a location deeper inside the phantom. For different materials, the peak is located at a shallower depth along the beam direction and becomes sharper with increasing electron density NZ. Subsequently, the generated depth dose of the Bragg curve is then benchmarked with experimental data from GSI in Germany. The results exhibit a reasonable correlation with GSI experimental data with an accuracy of between 0.02 and 0.08 cm, thus establishing the basis to adopt MC in heavy-ion treatment planning. The Kolmogorov-Smirnov K-S test further ascertained from a statistical point of view that the simulation data matched the experimentally measured data very well. The two-dimensional isodose contours at the entrance were compared to those around the peak position and in the tail region beyond the peak, showing that bone produces more dose, in comparison to both water and tissue, due to secondary doses. In the water, the results show that the maximum energy deposited per fragment is mainly attributed to secondary carbon ions, followed by secondary boron and beryllium. Furthermore, the number of protons produced is the highest, thus making the maximum contribution to the total dose deposition in the tail region. Finally, the associated spectra of neutrons and photons were analyzed. The mean neutron energy value was found to be 16.29 MeV, and 1.03 MeV for the secondary gamma. However, the neutron dose was found to be negligible as compared to the total dose due to their longer range.
Mesenchymal stem cells (MSCs) are useful candidates for tissue engineering and cell therapy. Physiological cell environment not only connects cells to each other, but also connects cells to the extracellular matrix that provide mechanical support, thus exposing the entire cell surface and activating signaling pathways. Hydrogel is a polymeric material that swells in water and maintains a distinct 3-dimensional (3D) network structure by cross linking. In this study, we investigated the optimized cellular function for canine adipose tissue-derived MSCs (cAD-MSCs) using hydrogel. We observed that the expression levels of Ki67 and proliferating cell nuclear antigen, which are involved in cell proliferation and stemness, were increased in transwell-hydrogel (3D-TN) compared to the transwell-normal (TN). Also, transforming growth factor-${\beta}1$ and SOX9, which are typical bone morphogenesis-inducing factors, were increased in 3D-TN compared to the TN. Collagen type II alpha 1, which is a chondrocyte-specific marker, was increased in 3D-TN compared to the TN. Osteocalcin, which is a osteocyte-specific marker, was increased in 3D-TN compared to the TN. Collectively, preconditioning cAD-MSCs via 3D culture systems can enhance inherent secretory properties that may improve the potency and efficacy of MSCs-based therapies for bone regeneration process.
Several growth factors and polypeptides are not commonly yet used for regenerators of bone tissue or alveolar bone because of the insufficiency of studies on their side effects, genetic engineering for mass production and stability for clinical application. Recently, many herbal medicines, which have advantage of less side effects and possibility of long-term use, have been studied for their capacity and effects of anti-bacterial, antiinflammatory and regenerative potential of periodontal tissues. Morindae Radix, Cibotium Barometz (L.), Albizziae Cortex, Cistandhis Herba have been traditionally used as medicines for treatment of bone disease in Eastern medicine. The objective of the present study is to examine the ability of alkaline phosphatase (ALP) activity of human fetal osteoblast (hFOB1) when several natural medicines were supplemented. hFOB1 were cultured with Dulbecuo's Modified Eagle's Medium Nutrient Mixture F-12 HAM ( DMEM/F-12 1:1 Mixture, Sigma, USA) and negative control, dexamethasone (positive control), and each natural medicines for 3 days. And then ALP activity was measured by spectrophotometer for enzyme activity and Alizarin red S staining for morphometry. Among the natural medicines of this study, Morindae Radix, Cibotium Barometz (L.) and Cistanchis Herba induced higher activity of ALP synthesis than negative controls in all experimental group. Albizziae Cortex showed mild increases than negative control group. According to measurement of positively stained area, all of the natural medicines of this study increased compared to negative control. Especially, Cibotium Barometz (L.) and Cistanchis Herba showed statistical significance compared to negative control (p<0.05). These results indicate that Morindae Radix, Cibotium Barometz (L.), Albizziae Cortex, Cistandhis Herba have an inducing ability of ALP synthesis on osteoblast.
Titanium and its alloys have been widely used for biomedical applications. However, the use of the Ti-6Al-4V alloy in biomaterial is then a subject of controversy because aluminum ions and vanadium oxide have potential detrimental influence on the human body due to vanadium and aluminum. Hence, recent works showed that the synthesis of new Ti-based alloys for implant application involves more biocompatible metallic alloying element,such as, Nb, Hf, Zr and Mo. In particular, Nb and Hf are one of the most effective Ti ${\beta}$-stabilizer and reducing the elastic modulus. Plasma electrolyte oxidation (PEO) is known as excellent method in the biocompatibility of biomaterial due to quickly coating time and controlled coating condition. The anodized oxide layer and diameter modulation of Ti alloys can be obtained function of improvement of cell adhesion. Silicon (Si) and magnesium (Mg) has a beneficial effect on bone. Si in particular has been found to be essential for normal bone and cartilage growth and development. In vitro studies have shown that Mg plays very important roles in essential for normal growth and metabolism of skeletal tissue in vertebrates and can be detected as minor constituents in teeth and bone. Therefore, in this study, Si and Mg coatings on the hydroxyapatite film formed Ti-29Nb-xHf alloys by plasma electrolyte oxidation has been investigated using several experimental techniques. Ti-29Nb-xHf (x= 0, 3, 7 and 15wt%, mass fraction) alloys were prepared Ti-29Nb-xHf alloys of containing Hf up from 0 wt% to 15 wt% were melted by using a vacuum furnace. Ti-29Nb-xHf alloys were homogenized for 2 hr at $1050^{\circ}C$. The electrolyte was Si and Mg ions containing calcium acetate monohydrate + calcium glycerophosphate at room temperature. The microstructure, phase and composition of Si and Mg coated oxide surface of Ti-29Nb-xHf alloys were examined by FE-SEM, EDS, and XRD.
다공질 칼슘 인산계 세라믹스는 생체 친화성이 우수하여 경조직 대체재료로 사용되었을 때 새로운 인체 조직이나 실핏줄이 쉽게 성장해 들어가는 것으로 알려졌다. 본 연구에서는 여러 결정구조를 갖는 칼슘 메타인산염 중 화학적으로 가장 안정한 $\beta$형의 다공질 칼슘 메타인산염을 칼슘 인간염, Ca(H,PO,),를 열분해 시켜 제조하였다. 칼슘 인산염의 용융상태에서 냉각 중 생성되는 원통형 기공의 크기는 경조식 대체재료나 매트릭스로 사용되기 적절한 200$\mu$m로 만들기 위하여 응용온도에서 유지시간 또는 결정화 온도를 조절하였다. 본 실험에서 칼슘 인산염의 응용온도에서 유지시간을 길게 함에 따라 원통형 기공의 크기가 작아졌다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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