Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.39
no.2
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pp.55-62
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2013
Bone tissue engineering is one of the important therapeutic approaches to the regeneration of bones in the entire field of regeneration medicine. Mesenchymal stem cells (MSCs) are actively discussed as material for bone tissue engineering due to their ability to differentiate into autologous bone. MSCs are able to differentiate into different lineages: osteo/odontogenic, adipogenic, and neurogenic. The tissue of origin for MSCs defines them as bone marrow-derived stem cells, adipose tissue-derived stem cells, and, among many others, dental stem cells. According to the tissue of origin, DSCs are further stratified into dental pulp stem cells, periodontal ligament stem cells, stem cells from apical papilla, stem cells from human exfoliated deciduous teeth, dental follicle precursor cells, and dental papilla cells. There are numerous in vitro/in vivo reports suggesting successful mineralization potential or osteo/odontogenic ability of MSCs. Still, there is further need for the optimization of MSCs-based tissue engineering methods, and the introduction of genes related to osteo/odontogenic differentiation into MSCs might aid in the process. In this review, articles that reported enhanced osteo/odontogenic differentiation with gene introduction into MSCs will be discussed to provide a background for successful bone tissue engineering using MSCs with artificially introduced genes.
Lee, Hong Kyung;Lim, Sang Hee;Chung, In Sung;Park, Yunsoo;Park, Mi Jeong;Kim, Ju Young;Kim, Yong Guk;Hong, Jin Tae;Kim, Youngsoo;Han, Sang-Bae
IMMUNE NETWORK
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v.14
no.2
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pp.81-88
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2014
Mesenchymal stem cells (MSCs) are present in diverse tissues and organs, including bone marrow, umbilical cord, adipose tissue, and placenta. MSCs can expand easily in vitro and have regenerative stem cell properties and potent immunoregulatory activity. They inhibit the functions of dendritic cells, B cells, and T cells, but enhance those of regulatory T cells by producing immunoregulatory molecules such as transforming growth factor-${\beta}$, hepatic growth factors, prostaglandin $E_2$, interleukin-10, indolamine 2,3-dioxygenase, nitric oxide, heme oxygenase-1, and human leukocyte antigen-G. These properties make MSCs promising therapeutic candidates for the treatment of autoimmune diseases. Here, we review the preclinical studies of MSCs in animal models for systemic lupus erythematosus, rheumatoid arthritis, Crohn's disease, and experimental autoimmune encephalomyelitis, and summarize the underlying immunoregulatory mechanisms.
Cha, Young;Kwon, Su Jin;Seol, Wongi;Park, Kyung-Soon
Molecules and Cells
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v.26
no.5
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pp.454-458
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2008
Sex steroid hormone receptors play a central role in modulating telomerase activity, especially in cancer cells. However, information on the regulation of steroid hormone receptors and their distinct functions on telomerase activity within the mesenchymal stem cell are largely unavailable due to low telomerase activity in the cell. In this study, the effects of estrogen ($E_2$) treatment and function of estrogen receptor alpha ($ER{\alpha}$) and estrogen receptor beta ($ER{\beta}$) on telomerase activity were investigated in human mesenchymal stem cells (hMSCs). Telomerase activity and mRNA expression of the catalytic subunit of telomerase (hTERT) were upregulated by treatment of the cells with $E_2$. The protein concentration of $ER{\alpha}$ was also increased by $E_2$ treatment, and enhancement of $ER{\alpha}$ accumulation in the nucleus was clearly detected with immunocytochemistry. When $ER{\alpha}$ expression was reduced by siRNA transfection into hMSCs, the effect of $E_2$ on the induction of hTERT expression and telomerase activity was diminished. In contrast, the transient overexpression of $ER{\alpha}$ increased the effect of $E_2$ on the expression of hTERT mRNA. These findings indicate that the activation of hTERT expression and telomerase activity by $E_2$ in hMSCs depends on $ER{\alpha}$, but not on $ER{\beta}$.
Background and Objectives: Many preclinical studies have been conducted using animal disease models to determine the effectiveness of human mesenchymal stem cells (hMSCs) for treating immune and inflammatory diseases based on the belief that hMSCs are not immunogenic across species. However, several researchers have suggested xenogeneic immune responses to hMSCs in animals, still without detailed features. This study aimed to investigate a xenogeneic humoral immune response to hMSCs in mice in detail. Methods and Results: Balb/c mice were intraperitoneally injected with adipose tissue-derived or Wharton's jelly-derived hMSCs. Sera from these mice were titrated for each isotype. To confirm specificity of the antibodies, hMSCs were stained with the sera and subjected to a flow cytometic analysis. Spleens were immunostained for proliferating cell nuclear antigen to verify the germinal center formation. Additionally, splenocytes were subjected to a flow cytometric analysis for surface markers including GL-7, B220, CD4, CD8, CD44, and CD62L. Similar experiments were repeated in C57BL/6 mice. The results showed increased IgG1 and IgG2a titers in the sera from Balb/c mice injected with hMSCs, and the titers were much higher in the secondary sera than in the primary sera. These antibodies were specifically stained the hMSCs. Germinal centers were observed in the spleen, and flow cytometric analysis of the splenocytes showed higher frequencies of centroblasts (B220+ GL7+) and memory T cells (CD62L+ CD44+) both in CD4+ and CD8+ subsets. Similar results were obtained for C57BL/6 mice. Conclusions: hMSCs induced a humoral immune response in mice, with characters of T cell-dependent immunity.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.36
no.1
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pp.7-15
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2010
Complex human tissues harbor stem cells and precursor cells, which are responsible for tissue development or repair. Recently, dental tissues such as dental pulp, periodontal ligament (PDL), dental follicle have been identified as easily accessible sources of undifferentiated cells. These tissues contain mesenchymal stem cells that can be differentiate into bone, cartilage, fat or muscle by exposing them to specific growth conditions. In this study, the authors procured the stem cell from pulp, PDL, and dental follicle and differentiate them into osteoblast and examine the bone induction capacity. Dental pulp stem cell (DPSC), periodontal ligament stem cell (PDLSC), and dental follicle precursor cell (DFPC) were obtained from human 3rd molar and cultured. Each cell was analyzed for presence of stem cell by fluorescence activated cell sorter (FACs) against CD44, CD105 and CD34, CD45. Each stem cell was cultured, expanded and grown in an osteogenic culture medium to allow formation of a layer of extracellular bone matrix. Osteogenic pathway was checked by alizarin red staining, alkaline phosphatase (ALP) activity test and RT-PCR for ALP and osteocalcin (OCN) gene expression. According to results from FACs, mesenchymal stem cell existed in pulp, PDL, and dental follicle. As culturing with bone differentiation medium, stem cells were differentiated to osteoblast like cell. Compare with stem cell from pulp, PDL and dental follicle-originated stem cell has more osteogenic effect and it was assumed that the character of donor cell was able to affect on differential potency of stem cell. From this article, we are able to verify the pulp, PDL, and dental follicle from extracted tooth, and these can be a source of osteoblast and stem cell for tissue engineering.
Gangliosides are complex glycosphingolipids that are the major component of cytoplasmic cell membranes, and play a role in the control of biological processes. Human mesenchymal stem cells (hMSCs) have received considerable attention as alternative sources of adult stem cells because of their potential to differentiate into multiple cell lineages. In this study, we focus on various functional roles of gangliosides in the differentiation of hMSCs into osteoblasts or neuronal cells. A relationship between gangliosides and epidermal growth factor receptor (EGFR) activation during osteoblastic differentiation of hMSCs was observed, and the gangliosides may play a major role in the regulation of the differentiation. The roles of gangliosides in osteoblast differentiation are dependent on the origin of hMSCs. The reduction of ganglioside biosynthesis inhibited the neuronal differentiation of hMSCs during an early stage of the differentiation process, and the ganglioside expression can be used as a marker for the identification of neuronal differentiation from hMSCs.
Park, Sang Eun;Han, Seung Bum;Rah, Dong Kyun;Lew, Dae Hyun
Archives of Plastic Surgery
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v.36
no.5
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pp.519-524
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2009
Purpose: This study was conducted to establish the most effective method of cell therapy by comparing and analyzing the level of wound healing after various cell delivery methods. Methods: Human mesenchymal stem cells were administered using 5 different methods on full thickness skin defects which were deliberately created on the back of 4 - week old mice using a 8 mm punch. Different modes of administration, cell suspension, local injection, collagen GAG matrix seeding, fibrin, and hydrogel mix methods were used. In each experiment group, $4{\times}105$ mesenchymal stem cells were administered according to 5 deferent methods, and were not for the corresponding control group. Results: The wound healing rate was fastest in the local injection group. The wound healing rate was relatively slow in the collagen matrix group, however, the number of blood vessels or VEGF increased most in this group. Conclusion: For rapid wound healing through wound contraction, it is advantageous to administer MSC by the local injection method. For the healing process of a wide area, such as a burn, the seeding of cells to collagen matrix is thought to be effective.
Sang-Yun Lee;Seong-Ju Oh;Rubel Miah;Yong-Ho Choe;Sung-Lim Lee;Yeon Woo Jeong;Young-Bum Son
Journal of Animal Reproduction and Biotechnology
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v.39
no.2
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pp.95-104
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2024
Background: In healthy dentin conditions, odontoblasts have an important role such as protection from invasion of pathogens. In mammalian teeth, progenitors such as mesenchymal stem cells (MSCs) can migrate and differentiate into odontoblast-like cells, leading to the formation of reparative dentin. For differentiation using stem cells, it is crucial to provide conditions similar to the complex and intricate in vivo environment. The purpose of this study was to evaluate the potential of differentiation into odonto/osteoblasts, and compare co-culture with/without epithelial cells. Methods: MSCs and epithelial cells were successfully isolated from dental tissues. We investigated the influences of epithelial cells on the differentiation process of dental pulp stem cells into odonto/osteoblasts using co-culture systems. The differentiation potential with/without epithelial cells was analyzed for the expression of specific markers and calcium contents. Results: Differentiated odonto/osteoblast derived from dental pulp tissue-derived mesenchymal stem cells with/without epithelial cells were evaluated by qRT-PCR, immunostaining, calcium content, and ALP staining. The expression of odonto/osteoblast-specific markers, calcium content, and ALP staining intensity were significantly increased in differentiated cells. Moreover, the odonto/osteogenic differentiation capacity with epithelial cells co-culture was significantly higher than without epithelial cells co-culture. Conclusions: These results suggest that odonto/osteogenic differentiation co-cultured with epithelial cells has a more efficient application.
Kwon, Seong Gyu;Kwon, Yang Woo;Lee, Tae Wook;Park, Gyu Tae;Kim, Jae Ho
Biomaterials Research
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v.22
no.4
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pp.311-318
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2018
Background: Tissue regeneration includes delivering specific types of cells or cell products to injured tissues or organs for restoration of tissue and organ function. Stem cell therapy has drawn considerable attention since transplantation of stem cells can overcome the limitations of autologous transplantation of patient's tissues; however, it is not perfect for treating diseases. To overcome the hurdles associated with stem cell therapy, tissue engineering techniques have been developed. Development of stem cell technology in combination with tissue engineering has opened new ways of producing engineered tissue substitutes. Several studies have shown that this combination of tissue engineering and stem cell technologies enhances cell viability, differentiation, and therapeutic efficacy of transplanted stem cells. Main body: Stem cells that can be used for tissue regeneration include mesenchymal stem cells, embryonic stem cells, and induced pluripotent stem cells. Transplantation of stem cells alone into injured tissues exhibited low therapeutic efficacy due to poor viability and diminished regenerative activity of transplanted cells. In this review, we will discuss the progress of biomedical engineering, including scaffolds, biomaterials, and tissue engineering techniques to overcome the low therapeutic efficacy of stem cells and to treat human diseases. Conclusion: The combination of stem cell and tissue engineering techniques overcomes the limitations of stem cells in therapy of human diseases, and presents a new path toward regeneration of injured tissues.
Park, Seul-Ki;Lee, Jung Shin;Choi, Eun Kyung;You, Dalsan;Kim, Choung-Soo;Suh, Nayoung
BMB Reports
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v.47
no.8
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pp.469-474
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2014
Cell therapies utilizing mesenchymal stem cells (MSCs) have a great potential in many research and clinical settings. The mechanisms underlying the therapeutic effects of MSCs have been studied previously and the paracrine effects elicited by their production of various growth factors and cytokines were recognized as being crucial. However, the molecular controls that govern these paracrine effects remain poorly understood. To elucidate the molecular regulators of this process, we performed a global knockdown of microRNAs (miRNAs) in human adipose-derived mesenchymal stem cells (hADSCs) by inhibiting DGCR8, a key protein in miRNA biogenesis. Global disruption of miRNA biogenesis in hADSCs caused dramatic changes in the expression of subsets of growth factors and cytokines. By performing an extensive bioinformatic analysis, we were able to associate numerous putative miRNAs with these genes. Taken together, our results strongly suggest that miRNAs are essential for the production of growth factors and cytokines in hADSCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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