Jang, Ji-Hyun;Lee, Hyeon-Woo;Cho, Kyu Min;Shin, Hee-Woong;Kang, Mo Kwan;Park, Sang Hyuk;Kim, Euiseong
Restorative Dentistry and Endodontics
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제41권4호
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pp.283-295
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2016
Objectives: In this study, we characterized human dental pulp cells (HDPCs) obtained by different culture methods to establish the most suitable methodology for dental tissue engineering and regenerative endodontic applications. Materials and Methods: HDPCs were isolated by the outgrowth method (HDPCs-OG), the enzymatic digestion method (collagenase/dispase/trypsin, HDPCs-ED), or the combination of both methods (HDPCs-Combined). The expression of mesenchymal stem cell markers (CD105, CD90, and CD73) was investigated. In vitro differentiation capacities of HDPCs into adipogenic, osteogenic, and chondrogenic lineages were compared. Differentiation markers were analyzed by quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and western blotting. Results: Our data indicated that whole HDPCs-ED, HPDCs-OG, and HDPCs-Combined could be differentiated into adipogenic, chrondrogenic, and osteogenic cell types. However, we found that the methods for isolating and culturing HDPCs influence the differentiation capacities of cells. HDPCs-OG and HDPCs-ED were preferably differentiated into adipogenic and osteogenic cells, respectively. Differentiation markers shown by RT-PCR and western blotting analysis were mostly upregulated in the treated groups compared with the control groups. Conclusions: Our findings confirmed that cell populations formed by two different culture methods and the combined culture method exhibited different properties. The results of this study could provide an insight into regenerative endodontic treatment using HDPCs.
온도감응성 고분자인 폴리 (에틸렌 글리콜)을 기본으로 하는 다이블록 및 트리블록 폴리에스테르 공중합체들은 비독성과 생체적합성 그리고 생분해성 특징 때문에 조직공학 분야 및 주사제형의 약물전달체에서 많은 응용이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 다이블록 공중합체를 이용한 솔-젤 전이 현상을 갖는 고분자를 평균분자량 750 g/mole의 메톡시 폴리 (에틸렌 글리콜)과 카프로락톤을 실온에서 HCl $Et_2O$ 존재 하에서 개환중합을 통하여 합성하였다. 이 공중합체를 이용하여 in vivo상에서 골수간엽줄기세포와 골유도물질인 덱사메타손의 존재 여부에 따라 골분화의 가능성을 조사하였다. 조직을 파라핀으로 고정시켜 슬라이드를 제조한 후 hematoxylin & eosin, 본쿠사 및 오스테오칼신 염색을 통하여 골형성 정도를 확인하였다. 결론적으로 덱사메타손이 함유된 젤이 골형성에 도움을 주지만 젤만으로는 강한 골형성을 유도할 수 없으므로 줄기세포나 다른 골형성 유도재료를 사용하면 우수하게 골형성 효과를 가져올 것이라고 판단되었다.
Although tectorigenin (TG), a major compound in the rhizome of Belamcanda chinensis, is conventionally used for the treatment of inflammatory diseases, its effects on osteogenesis and osteoclastogenesis have not been reported. The objective of this study was to investigate the effects and possible underlying mechanism of TG on in vitro osteoblastic differentiation and in vivo bone formation, as well as in vitro osteoclast differentiation and in vivo bone resorption. TG promoted the osteogenic differentiation of primary osteoblasts and periodontal ligament cells. Moreover, TG upregulated the expression of the BMP2, BMP4, and Smad-4 genes, and enhanced the expression of Runx2 and Osterix. In vivo studies involving mouse calvarial bone defects with ${\mu}CT$ and histologic analysis revealed that TG significantly increased new bone formation. Furthermore, TG treatment inhibited osteoclast differentiation and the mRNA levels of osteoclast markers. In vivo studies of mice demonstrated that TG caused the marked attenuation of bone resorption. These results collectively demonstrated that TG stimulated osteogenic differentiation in vitro, increased in vivo bone regeneration, inhibited osteoclast differentiation in vitro, and suppressed inflammatory bone loss in vivo. These novel findings suggest that TG may be useful for bone regeneration and treatment of bone diseases.
Bone morphogenetic proteins(BMPs)는 형태형성 및 세포 분화동안 다양한 조절 역할을 담당하는 신호전달 인자이다. 시상두개봉합부 발생시 BMPs와 그 수용체의 역할을 분석하기 위해, in situ hybridization방법을 이용하여 태생 15일에서 18일 시상두개봉합부에서 그 발현 양상을 분석하였다. BMP-2와 BMP-3은 태생 15일부터 osteogenic front와 두정골에서 발현을 보였으며 태생 16일부터 모낭에서 발현이 시작되었다. BMP-4는 osteogenic front에서 강하게 발현되었으며, 간엽조직 및 두정골에서 약하게 발현되었다. BMP-5는 모낭에서 발현되었다. 이전 연구에서 BMP-6는 비후된 연골세포에서 발현된다고 보고되었으나 본 연구에서는 발현되지 않았다. BMP-7은 태생기에 두정골에서 발현되었다. BMPR-IB는 osteogenic front의 외측 가장자리에서 발현되었으나, BMPR-IA는 발현되지 않았다. 이런 결과를 종합해 볼 때, 두개봉합부 초기 형태발생시 BMP-4는 미분화 간엽세포로부터 골아세포로 commit되는 초기단계에 중요한 역할을 하며, BMP-2와 BMP-3는 전구 골아세포에서 골아세포로의 분화과정에, BMP-7은 좀 더 분화가 진행된 골아세포 및 골의 분화 유지에 중요하며, type I 수용체 중 BMPR-IB가 BMP들의 신호전달에 중요한 역할을 함을 예측 할 수 있다. 결론적으로 BMP 신호전달은 다양한 BMP 리간드들과 그 수용체들에 의해 골아세포 분화 전반에 걸쳐 관여하고 있음을 시사한다.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제39권4호
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pp.150-155
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2013
Objectives: The objective of this study is to determine the adequate concentration and to evaluate the osteogenic potential of simvastatin in human maxillary sinus membrane-derived stem cells (hSMSC). Materials and Methods: Mesenchymal stem cells derived from the human maxillary sinus membrane were treated with various concentrations of simvastatin. The adequate concentration of simvastatin for osteogenic induction was determined using bone morphogenetic protein (BMP-2). The efficacy of osteogenic differentiation of simavastatin was verified using osteocalcin mRNA, and the mineralization efficacy of hSMSCs and simvastatin treatment was compared with alkaline phosphatase and von Kossa staining. Results: Expression of BMP-2 mRNA and protein was observed after three days and was dependent on the concentration of simvastatin. Expression of osteocalcin mRNA was observed after three days in the $1.0{\mu}M$ simvastatin-treated group. Mineralization was observed after three days in the simvastatin-treated group. Conclusion: These results suggest that simvastatin induces the osteogenic potential of mesenchymal stem cells derived from the human maxillary sinus membrane mucosa.
Mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent stem cells capable of differentiating into adipocytes, osteoblasts, or chondrocytes. A mutually inhibitory relationship exists between osteogenic and adipogenic lineage commitment and differentiation. Such cell fate decision is regulated by several signaling pathways, including Wnt and bone morphogenetic protein (BMP). Accumulating evidence indicates that microRNAs (miRNAs) act as switches for MSCs to differentiate into either osteogenic or adipogenic lineage. Different miRNAs have been reported to regulate a master transcription factor for osteogenesis, such as Runx2, as well as molecules in the Wnt or BMP signaling pathway, and control the balance between osteoblast and adipocyte differentiation. Here, we discuss recent advancement of the cell fate decision of MSCs by miRNAs and their targets. [BMB Reports 2015; 48(6): 319-323]
Carnosol is a phenolic diterpene phytochemical found in rosemary and sage with reported anti-microbial, anti-oxidant, anti-inflammatory, and anti-carcinogenic activities. This study aimed to investigate the effect of carnosol on the lineage commitment of mouse bone marrow-derived mesenchymal stem cells (mBMSCs) into osteoblasts and adipocytes. Interestingly, carnosol stimulated the early commitment of mBMSCs into osteoblasts in dose-dependent manner as demonstrated by increased levels of alkaline phosphatase activity and Alizarin red staining for matrix mineralization. On the other hand, carnosol significantly suppressed adipogenesis of mBMSCs and downregulated both early and late markers of adipogenesis. Carnosol showed to induce osteogenesis in a mechanism mediated by activating BMP signaling pathway and subsequently upregulating the expression of BMPs downstream osteogenic target genes. In this context, treatment of mBMSCs with LDN-193189, BMPR1 selective inhibitor showed to abolish the stimulatory effect of carnosol on BMP2-induced osteogenesis. In conclusion, our data identified carnosol as a novel osteoanabolic phytochemical that can promote the differentiation of mBMSCs into osteoblasts versus adipocytes by activating BMP-signaling.
Kim, Do-Yeon;Jung, Mi-Song;Park, Young-Guk;Yuan, Hai Dan;Quan, Hai Yan;Chung, Sung-Hyun
BMB Reports
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제44권10호
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pp.659-664
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2011
As part of the search for biologically active anti-osteoporotic agents that enhance differentiation and mineralization of osteoblastic MC3T3-E1 cells, we identified the ginsenoside Rh2(S), which is an active component in ginseng. Rh2(S) stimulates osteoblastic differentiation and mineralization, as manifested by the up-regulation of differentiation markers (alkaline phosphatase and osteogenic genes) and Alizarin Red staining, respectively. Rh2(S) activates p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) in time- and concentration-dependent manners, and Rh2(S)-induced differentiation and mineralization of osteoblastic cells were totally inhibited in the presence of the p38 MAPK inhibitor, SB203580. In addition, pretreatment with Go6976, a protein kinase D (PKD) inhibitor, significantly reversed the Rh2(S)-induced p38 MAPK activation, indicating that PKD might be an upstream kinase for p38 MAPK in MC3T3-E1 cells. Taken together, these results suggest that Rh2(S) induces the differentiation and mineralization of MC3T3-E1 cells through activation of PKD/p38 MAPK signaling pathways, and these findings provide a molecular basis for the osteogenic effect of Rh2(S).
In the present study, we evaluated the effect of CGM on osteogenic differentiation of cultured osteoblasts, and determined whether combination treatment with LLLT had synergistic effects on osteogenic differentiation. The results indicated that CGM promoted proliferation, differentiation, and mineralization of osteoblasts at the threshold concentration of $10{\mu}g/ml$; whereas, CGM showed cytotoxic properties at concentrations above $100{\mu}g/ml$. ALP activity and mineralization were increased at concentrations above $10{\mu}g/ml$. CGM in concentrations up to $10{\mu}g/ml$ also increased the expression of osteoblast-activated factors including type I collagen, BMP-2, RUNX2, and Osterix. The CGM ($50{\mu}g/ml$) and LLLT (80 mW for 15 sec) combination treatment group showed the highest proliferation levels, ALP activity, and mineralization ratios. The combination treatment also increased the levels of phosphorylated forms of p38, ATF2, PKD, ERK, and JNK. In addition, the osteoblast differentiation factors including type I collagen, BMP-2, RUNX2, and Osterix protein levels were clearly increased in the combination treatment group. These results suggested that the combination treatment of CGM and LLLT has synergistic effects on the differentiation and mineralization of osteoblastic cells.
Background: Ginseng is a well-known traditional Chinese medicine that has been widely used in a range of therapeutic and healthcare applications in East Asian countries. Microbial transformation is regarded as an effective and useful technology in modification of nature products for finding new chemical derivatives with potent bioactivities. In this study, three minor derivatives of ginsenoside compound K were isolated and the inducing effects in the Wingless-type MMTV integration site (Wnt) signaling pathway were also investigated. Methods: New compounds were purified from scale-up fermentation of ginsenoside Rb1 by Paecilomyces bainier sp. 229 through repeated silica gel column chromatography and high pressure liquid chromatography. Their structures were determined based on spectral data and X-ray diffraction. The inductive activities of these compounds on the Wnt signaling pathway were conducted on MC3T3-E1 cells by quantitative real-time polymerase chain reaction analysis. Results: The structures of a known 3-keto derivative and two new dehydrogenated metabolites were elucidated. The crystal structure of the 3-keto derivative was reported for the first time and its conformation was compared with that of ginsenoside compound K. The inductive effects of these compounds on osteogenic differentiation by activating the Wnt/b-catenin signaling pathway were explained for the first time. Conclusion: This study may provide a new insight into the metabolic pathway of ginsenoside by microbial transformation. In addition, the results might provide a reasonable explanation for the activity of ginseng in treating osteoporosis and supply good monomer ginsenoside resources for nutraceutical or pharmaceutical development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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