Fibroblast is constantly subjected to mechanical loads in connective tissues where mechanical signals are converted to intercellular biochemical events. The aim of this study is to understand the effects of tensile stress on the neurotrophin (NT) and transforming growth factor (TGF) expression of fibroblast in vitro. Nerve growth factor (NGF) stimulates fibroblast migration, and TGF is related to tissue repair. In this study, at the uniaxial stretch of 10% strain and frequency of 0.5 Hz, different resting times of 0, 20, and 60 min are placed in between 10 min stimulations periods. Results show increase in NGF mRNA levels and a substantial decrease in NT3 mRNA after 1 hr of stimulation, indicating that the tensile stress may regulate NGF and NT3, key factors for the neurocosmetic applications. The mRNA level for TGF-${\alpha}$ and TGF-${\beta}2$ had increased up to two-folds after 1 hr of stimulation, showing that the tensile stress may control TGF, an important part of wound healing.
Poly(${\epsilon}$-caprolactone) (PCL) diol, with good biodegradation and biocompatibility, is one of the widely used soft segments (SSs) in composing bio-polyester-urethanes (Bio-PUs), which show great potential in both biomedical and tissue engineering applications. Properties of Bio-PUs are tunable by combining SS monomers with different molecular weights, structures, modifications, and ratio of components. Although numbers of research have reported many Bio-PUs properties, few studies have been done at the molecular scale. In this study, we use molecular dynamic (MD) simulation to construct atomistic models for two commonly used PCL diol SSs with different molecular weights 1247.58 Da and 1932.42 Da. We compare the simulation results by using two widely used classical force fields for organic molecules: Consistent Valence Force Field (CVFF) and CHARMM General Force Field (CGenFF), and discuss the validity and accuracy. Melt density, volume, polymer conformations, transition temperature, and mechanical properties of PCL diols are calculated and compared with experiments. Our results show that both force fields provide accurate predictions on the properties of PCL diol system at the molecular scale and could help the design of future Bio-PUs.
Kim, Ye-Na;Lee, Deuk-Yong;Lee, Myung-Hyun;Lee, Se-Jong
한국세라믹학회지
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제44권5호
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pp.144-147
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2007
Calcium metaphosphate (CMP) nanofibers with a diameter of ${\sim}600nm$ were prepared using electrospun CMP/polyvinylpyrrolidone (PVP) fibers through a process of drying for 5 h in air followed by annealing for 1 h at $650^{\circ}C$ in a vacuum. The viscosity of the CMP/PVP precursor containing 0.15 g/ml of PVP was 76 cP. Thermal analysis results revealed that the fibers were crystallized at $569^{\circ}C$. The crystal phase of the as-annealed fiber was determined to be ${\delta}-CMP\;({\delta}-Ca(PO_3)_2)$. However, the morphology of the fibers changed from smooth and uniform (as-spun fibers) to linked-particle characteristics with a tubular form most likely due to the decomposition of the inner PVP matrix. It is expected that this large amount of available surface area has the potential to provide unusually high bioactivity and fast responses in clinical hard tissue applications.
Objective: To present a hybrid approach that incorporates a constrained beam-hardening estimator (CBHE) and deep learning (DL)-based post-refinement for metal artifact reduction in dental cone-beam computed tomography (CBCT). Methods: Constrained beam-hardening estimator (CBHE) is derived from a polychromatic X-ray attenuation model with respect to X-ray transmission length, which calculates associated parameters numerically. Deep-learning-based post-refinement with an artifact disentanglement network (ADN) is performed to mitigate the remaining dark shading regions around a metal. Artifact disentanglement network (ADN) supports an unsupervised learning approach, in which no paired CBCT images are required. The network consists of an encoder that separates artifacts and content and a decoder for the content. Additionally, ADN with data normalization replaces metal regions with values from bone or soft tissue regions. Finally, the metal regions obtained from the CBHE are blended into reconstructed images. The proposed approach is systematically assessed using a dental phantom with two types of metal objects for qualitative and quantitative comparisons. Results: The proposed hybrid scheme provides improved image quality in areas surrounding the metal while preserving native structures. Conclusion: This study may significantly improve the detection of areas of interest in many dentomaxillofacial applications.
상처 치료는 전세계 인류에 영향을 미치는 보건 산업계의 관심사다. 당뇨병과 같은 대사증후군 유병률 증가로 상처에 의한 합병증의 위험이 높아지고 상처치유의 복잡함 때문에 상처의 치료와 관리가 어렵다. 전통적 상처 드레싱은 제한된 보호기능을 제공하며, 상처 드레싱의 치료 능력을 향상시키기 위해 생체고분자 기반의 드레싱들이 개발되고있다. 생체고분자는 생분해성이 뛰어나고 생체적합성이 좋으며 효과적인 상처 관리에 중요한 항균, 항염증, 지혈, 세포증식, 혈관성 활동 등 다양한 효과가 있다. 키토산, 셀룰로오스, 콜라겐, 히알루론산, 알긴산 등의 여러 생체고분자가 이미 상처치유제로 활용되고 있으며 생체고분자를 다른 고분자, 생체활성 분자 및 약물과 결합하여 생리학적 문제 없이 흉터를 최소화하는 새로운 상처 드레싱이 개발되고 있다. 본 논문에서는, 향후의 연구와 활용을 위한 현재의 생체고분자의 상처처리에 대해 알아보았다.
Surface engineering of polymers has a broad array of scientific and technological applications that range from tissue engineering, regenerative medicine, microfluidics and novel lab on chip devices to building mechanical memories, stretchable electronics, and devising tunable surface adhesion for robotics. Recent advancements in the field of nanotechnology have provided robust techniques for controlled surface modification of polymers and creation of structural features on the polymeric surface at submicron scale. We have recently demonstrated techniques for controlled surfaces of soft and relatively hard polymers using ion beam irradiation and plasma treatment, which allows the fabrication of nanoscale surface features such as wrinkles, ripples, holes, and hairs with respect to its polymers. In this talk, we discuss the underlying mechanisms of formation of these structural features. This includes the change in the chemical composition of the surface layer of the polymers due to ion beam irradiation or plasma treatment and the instability and mechanics of the skin-substrate system. Using ion beam or plasma irradiation on polymers, we introduce a simple method for fabrication of one-dimensional, two-dimensional and nested hierarchical structural patterns on polymeric surfaces on various polymers such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), poly (methyl methacrylate) PMMA, and polydimethylsiloxane (PDMS).
The failure of injured axons to regenerate in the mature central nervous system (CNS) has devastating consequences for victims of spinal cord injury (SCI). Traditional strategies to treat spinal cord injured people by using drug therapy and assisting devices that can not help them to recover fully various vital functions of the spinal cord. Many researches have been focused on accomplishing re-growth and reconnection of the severed axons in the injured region. Using cell transplantation to promote neural survival or growth has had modest success in allowing injured neurons to re-grow through the area of the lesion. Strategies for successful regeneration will require tissue engineering approach. In order to persuade sufficient axons to regenerate across the lesion to bring back substantial neurological function, it is necessary to construct an efficient biocompatible bridge (cell-free or implanted with different cell lines as hybrid implant) through the injured area over which axons can grow. Therefore, in this paper, spinal cord and its injury, different strategies to help regeneration of an injured spinal cord are reviewed. In addition, different aspects of designing a biocompatible bridge and its applications and challenges surrounding these issues are also addressed. This knowledge is very important for the development and optimalization of therapies to repair the injured spinal cord.
Commercially pure titanium (Cp-Ti) and Ti alloys (typically Ti-6Al-4V) display excellent corrosion resistance and biocompatibility. Although the chemical composition and topography are considered important, the mechanical properties of the material and the loading conditions in the host have, conventionally. Ti and its alloys are not bioactive. Therefore, they do not chemically bond to the bone, whereas they physically bond with bone tissue. The electrochemical deposition process provides an effective surface for biocompatibility because large surface area can be served to cell proliferation. Plasma electrolyte oxidation (PEO) enables control in the chemical composition, porous structure, and thickness of the TiO2 layer on Ti surface. Silicon (Si) in particular has been found to be essential for normal bone and cartilage growth and development. Zinc (Zn) plays very important roles in bone formation and immune system regulation, and is also the most abundant trace element in bone. The objective of this work was to study on electrochemical behaviors of PEO-treated Ti-6Al-4V Alloy in solution containing Zn and Si ions. The morphology, the chemical composition, and the microstructure analysis of the sample were examined using FE-SEM, EDS, and XRD. The potentiodynamic polarization and AC impedance tests for corrosion behaviors were carried out in 0.9% NaCl solution at similar body temperature using a potentiostat. The promising results successfully demonstrated the immense potential of Si/Zn-TiO2 coatings in dental and biomaterials applications.
Jang, Kyoung-Je;Cho, Woo Jae;Seonwoo, Hoon;Kim, Jangho;Lim, Ki Taek;Chung, Pill-Hoon;Chung, Jong Hoon
Journal of Biosystems Engineering
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제39권2호
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pp.122-133
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2014
Purpose: This study was to develop an effective process for fabricating biocompatible calcium phosphate powders (CPPs) using horse bones, and to investigate the characteristics of them. Methods: The characteristics of horse bone powders (HBPs) were investigated according to the different osseous tissue types (compact bone and cancellous bone), bone types (spine and tibia), pretreatment methods (cold water, $H_2O_2$, and hot water), sintering time (4, 8 and 12h), and sintering temperature (600, 900, 1100 and $1300^{\circ}C$). In addition, the grinding methods were compared based on the wet grinding (ball mill) and dry grinding (blade grinder) method to make it as powders. Finally, their cytotoxicity and cell viability were checked. Results: Regardless of the types of osseous tissues and bones, HBPs were well fabricated as biocompatible CPPs. It was also found that the pretreatment methods did not influence on the resultants, showing well-fabricated HBPs. Considering the processing time, the hot water method was the most suitable compared to other pretreatment methods. Further, 12h-sintering time was sufficient to remove residual organic compounds. The sintering temperatures greatly affected the properties of bone powders fabricated. The x-ray diffraction (XRD) peak of horse bone sintered at $600^{\circ}C$ was most closed to that of hydroxyapatite (HA). Our bioactivity study demonstrated that the HBPs fabricated by sintering horse bones at $1300^{\circ}C$ showed the best performance in terms of cell viability whereas the HBPs $1100^{\circ}C$ showed the cytotoxicity. Conclusions: Using various types of horse bone tissues, biocompatible CPPs were successfully developed. We conclude that the HBPs may have a great potential as biomaterials for various biological applications including bone tissue engineering.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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