Kim, Young-Sook;Ji, Suk;Jung, Hong-Moon;Woo, Kyung-Mi;Choi, Young-Nim
International Journal of Oral Biology
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v.32
no.3
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pp.103-107
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2007
We hypothesized that plaque-associated bacteria may have a role in maintenance of alveolar bone. To test it, immortalized gingival epithelial HOK-16B cells were co-cultured with live or lysed eight plaque bacterial species and the expression levels of bone morphogenetic protein (BMP)-2 and -4 were examined by real time reverse transcription-polymerase chain reaction. Un-stimulated HOK-16B cells expressed both BMP-2 and -4. Co-culture with plaque bacterial lysates had significant effects on the level of BMP-2 but not on that of BMP-4. Five species including Streptococcus sanguinis, S. gordonii, Veillonella atypica, Porphyromonas gingivalis, and Treponema denticola substantially up-regulated the level of BMP-2. In contrary to the upregulatory effect of lysate, live T. denticola suppressed the expression of BMP-2. In addition, in vitro osteoblastic differentiation assay using C2C12 cells and the conditioned medium of HOK-16B cells confirmed the production of BMPs by gingival epithelial cells and the modulation of BMP expression by the lysates of S. sanguinis and T. denticola. In conclusion, we have shown that plaque bacteria can regulate the expression of BMP-2 by gingival epithelial cells, the physiologic meaning of which needs further investigation.
Bone remodeling is characterized by the continuing processes of osteoblast-mediated bone formation and osteoclast-mediated bone resorption. Bone metabolism is tightly regulated at the local level by networks of hormones, cytokines, and other factors. In pathological conditions of bone remodeling, including osteoporosis and periodontal diseases, inflammatory cytokines and local mediators are responsible for enhancement of osteoclast resorption and inhibition of repair at the sites of bone resorption. TNF-${\alpha}$ is a pleiotropic hormone with actions on the differentiation, growth, and functional activities of normal and malignant cells from numerous tissues. TNF-${\alpha}$ has been proposed as a local mediator of the control of bone turnover in situations of chronic inflammation, and it has been assumed that the local source of TNF-${\alpha}$ is the monocyte in the adjacent bone marrow or the local circulation. TNF-${\alpha}$ is a potent inducer of bone resorption. TNF-${\alpha}$ is known to induce the activation of apoptotic signaling pathway, which leads to the apoptosis of bone cells. We demonstrated that treatment of murine osteoblastic MC3T3E1 cells with TNF-${\alpha}$ decreases proliferation as well as alkaline phosphatase (ALP) activity in a dose depenent manner. In addition, TNF-${\alpha}$ increases osteoclast-like cell formation in $1{\alpha}$, 25(OH)2D3 or PGE2-treated bone marrow cell culture. When cells were cultured in TNF-${\alpha}$ free ${\alpha}$-MEM, this inhibitory effect of ALP activity was reversible up to 10 ng/ml TNF-${\alpha}$, in contrast, at the 20 ng/ml TNF-${\alpha}$, irreversible. In this concentration, TNF-${\alpha}$ may induce apoptosis in MC3T3E1 cells. In this study, TNF-${\alpha}$ induces apoptosis resulting in chromosomal DNA fragmentation, preceded by JNK/SAPKs and caspase-3 activation. Our present results show that JNK/SAPKs and caspase-3 are activated by TNF-${\alpha}$, suggesting that the JNK/SAPKs and caspase-3 participate in the bone resorption, associated with apoptosis.
Objectives : The differentiation of osteoblasts is controlled by various growth factors and matrix protein expressed in bone. The aim of this study was to investigate the effects of many herbs medicine(KHBJs) for bone healing that induces osteogenic activity in human osteoblast-like SaOS-2 cells. Methods : The osteogenic effects of KHBJs were evaluated by using cell proliferation(WST-8) assay, alkaline phosphatase(ALP) activity assay, colorimetric analysis of vascular endothelial growth factor(VEGF) expression in human osteoblast like SaOS-2 cell. Also, osteogenic activity of KHBJ fractions(KHBJB and KHBJR) by activity guided fractionation were evaluated. Results : About 7 KHBJs had effect on the proliferation of osteoblast like SaOS-2 cells, and dose-dependently increased alkaline phosphatase(ALP) activity. KHBJs markedly increased expression for VEGF. Fractionated KHBJs(KHBJB or KHBJR) not enhanced more than KHBJs on osteogenic activity in SaOS-2 cells. Conclusions: This study found that 7 KHBJs had effect on proliferation, ALP activity, and VEGF expression in osteoblast like SaOS-2 cells. These results propose that KHBJs can play an important role in osteoblastic bone formation, and may possibly lead to the development of bone-forming drugs.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.26
no.4
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pp.325-336
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2000
Bone morphogenetic protein-2/4 are members of Transforming Growth Factor-$\beta$(TGF-$\beta$) superfamily and they may induce formation of cartilage and bone in vivo. This study was performed to investigate the cellular target and period of action of BMP-2/4 and understanding of actions of BMP-2/4 at cellular level. The appearance of BMP-2/4 during healing of mandibular and periodontal defect in rat was evaluated immunohistochemically. 40 Sprague-Dawley strain white male rats, each weighing about 300gm were used. Bony defect was performed in the mandible and they were sacrificed at the day of 3rd, 10th, 20th, 30th after operation. The specimens were harvested and examined histologically and immunohistochemically by localization of anti-BMP-2/4. The results were as follows: 1. Woven bone was observed at 10th day and perfect healing of defect with compact bone and periodontal ligment space at 30th day. 2. Osteoprogenitor cells, osteoblastic cells and periosteum were positive reaction to immunohistochemical stain at 10th day. 3. Cells of bone marrow space and surface cells of osteocytes and cementoblasts were positive reaction to immunohistochemical stain at 20th day. 4. Newly formed osteocytes and cementocytes were positive reaction to immunohistochemical stain at 30th day. From the above findings, we could conclude that BMP-2/4 acted significant roles as factors of induction, proliferation and differentiation during bone healing process.
PURPOSE. This study was performed to define attachment and growth behavior of osteoblast-like cells and evaluate the gene expression on zirconia compared to titanium. MATERIALS AND METHODS. MC3T3-E1 cells were cultured on (1) titanium and (2) zirconia discs. The tetrazolium-based colorimetric assay (MTT test) was used for examining the attachment of cells. Cellular morphology was examined by scanning electron microscopy (SEM) and alkaline phosphatase (ALP) activity was measured to evaluate the cell differentiation rate. Mann-Whitney test was used to assess the significance level of the differences between the experimental groups. cDNA microarray was used for comparing the 20215 gene expressions on titanium and zirconia. RESULTS. From the MTT assay, there was no significant difference between titanium and zirconia (P>.05). From the SEM image, after 4 hours of culture, cells on both discs were triangular or elongated in shape with formation of filopodia. After 24 hours of culture, cells on both discs were more flattened and well spread compared to 4 hours of culture. From the ALP activity assay, the optical density of E1 cells on titanium was slightly higher than that of E1 cells on zirconia but there was no significant difference (P>.05). Most of the genes related to cell adhesion showed similar expression level between titanium and zirconia. CONCLUSION. Zirconia showed comparable biological responses of osteoblast-like cells to titanium for a short time during cell culture period. Most of the genes related to cell adhesion and signal showed similar expression level between titanium and zirconia.
Endothelin-1 (ET-1) is a recently discovered potent vasoconstrictive peptide. It was first identified in vascular endothelial cells. ET-1 is a 21-amino acid peptide and elicits systemic effects such as stimulation of the production of atrial natriuretic peptide and release of aldosterone and corticosterone. In this study, to examine the role of ET-1 in the bone metabolism, effect of ET-1 on the proliferation and activity of osteoblastic cells was studied using HOS cells as osteoblast model. ET-1 dose-dependently increased the cell proliferation as determined by cell counting and MTT reduction assay after 48hr treatment. Alkaline phosphatase activity was inhibited by ET-1 and showed significant inhibition by 50 and 100 nM ET-1. ET-1 increased NBT reduction by HOS cells dose-dependently showing that ET-1 may increase the superoxide production by osteoblasts. Nitrite concentration in the media of HOS cell culture without cytokine stimulation was negligible and unaffected by ET-1 after 48hr treatment. Finally, after collection and concentration of conditioned media, gelatinase activity produced by HOS cells was determined by zymography. HOS cells can produce and secrete the gelatinase (gelatinase A type as determined by molecular weight of about 65,000) into culture media, however, ET-1 had no effect on the gelatinase activity. These findings suggest that ET-1 may have diverse effects on the proliferation and differentiation of osteoblasts, therefore, it may play an important role in bone metabolism.
Background & Objective : Uncaria rhynchophylla is traditional medicine herb used for enhancing body resistance against various diseases. The aim of this study was to identify if Uncaria rhynchophylla extracts induce osteogenic activity in human osteoblast-like SaOS-2 cells. Methods : The osteogenic activity of Uncaria rhynchophylla was evaluated on cell proliferation assay by WST-8, and osteoblast-specific genes, such as VEGF, type I collagen (Col I), osteocalcin (OCN), and osteopontin (OPN) by RT-PCR analysis and ELISA assay in osteoblasts-like SaOS-2 cells. Bone mineralization was stained with Alizalin red method. Results : Uncaria rhynchophylla had significantly increased cell proliferation at a dose dependent manner in human osteoblast-like SaOS-2 cells. Uncaria rhynchophylla markedly increased alkaline phosphatase (ALP), vascular endothelial growth factor (VEGF) mRNA expression at 7 days and dose dependently increased ALP activity and VEGF secretion in human osteoblast-like SaOS-2 cells. Also, Uncaria rhynchophylla time-dependently increased type I collagen (Col I), osteopontin (OPN), and osteocalcin (OCN) mRNA in SaOS-2 cells. Extracellular accumulation of proteins such as Col I and OCN was maximal increased by Uncaria rhynchophylla at 10 ${\mu}g/ml$. Also, Uncaria rhynchophylla significantly induced mineralization in the culture of SaOS-2 cells. Conclusion : This study showed that Uncaria rhynchophylla had enhanced proliferation, ALP activity, VEGF, bone matrix proteins such as OCN, OPN, and Col I, and mineralization in SaOS-2 cells. These results propose that Uncaria rhynchophylla can play an important role in osteoblastic bone formation, osteogenesis, and may possibly lead to the development of bone-forming drugs.
Purpose: The aim of the present study was to evaluate the biological response of alkali- and heat-treated titanium-8tantalum-3niobium surfaces by cell proliferation and alkaline phosphatase (ALP) activity analysis. Methods: Commercial pure titanium (group cp-Ti) and alkali- and heat-treated titanium-8tantalum-3niobium (group AHT) disks were prepared. The surface properties were evaluated using scanning electron microscopy, energy dispersed spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The surface roughness was evaluated by atomic force microscopy and a profilometer. The contact angle and surface energy were also analyzed. The biological response of fetal rat calvarial cells on group AHT was assessed by cell proliferation and ALP activity. Results: Group AHT showed a flake-like morphology microprofile and dense structure. XPS analysis of group AHT showed an increased amount of oxygen in the basic hydroxyl residue of titanium hydroxide groups compared with group cp-Ti. The surface roughness (Ra) measured by a profilometer showed no significant difference (P>0.05). Group AHT showed a lower contact angle and higher surface energy than group cp-Ti. Cell proliferation on group AHT surfaces was significantly higher than on group cp-Ti surfaces (P<0.05). In comparison to group cp-Ti, group AHT enhanced ALP activity (P<0.05). Conclusions: These results suggest that group AHT stimulates osteoblast differentiation.
Hayashi, Y.;Yamada, S.;Ohara, N.;Kim, S-K.;Ikeda, T.;Yanagiguchi, K.;Matsunaga, T.
Proceedings of the KACD Conference
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2003.11a
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pp.545-545
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2003
Chitosan is applied as a dressing for oral mucous wound and a tampon following radical treatment of maxillary sinus. Furthermore, it is being investigated as an absorbing membrane for endodontic and periodontic surgeries. A few studies have reported osteoconduction and osteogenesia at the site of chitosan implant in vivo. However, compared with soft tissue healing processes, the mechanisms concerning effects of chitosan for biological mineralization have not yet been resoil In the present study, we studied the gene expression pattern using cDNA microarray and RT-PCR analyses in hard tissue forming osteoblasts cultured with water-soluble and low molecular weight chitooligosaccharide. cDNA microarray analysis revealed that 16 genes were expressed at 〉1.5-fold higher signal ratio levels in the experimental group compared with the control group after 3 days. RT-PCR analysis showed that chitosan oligomer induced an increase in the expression of two genes, CD56 antigen and tissue-type plasminogen activator. Furthermore, the expression of mRNAs for BMP-2 was almost identical in the experimental and control groups after 3 days of culture, but slightly increased after 7 days of culture with chitosan oligomer. These results suggest that a super-low concentration of chitooligosaccharide could modulate the activity of osteoblastic cells through mRNA levels and that the genes concerning cell proliferation and differentiation can be controlled by water-soluble chitosan.
Human mesenchymal stem cells (hMSCs) in bone marrow (BM) can be induced to differentiate into a variety of mesenchymal tissues, including adipocytes, osteoblasts and chondroblasts, under the influence of certain growth or environmental factors. In this study, we analyzed the differentiation process and the associated gene expression profiles inherent to the process by which hMSCs differentiate into osteoblasts. We conducted a comparison of gene expression profiles of the normal human BM MSCs, using human 8K cDNA microarray, incubated in media containing either a combination of $\beta$-glycerol phosphate, L-ascorbic acid, and dexamethasone, or in medium lacking these osteogenic supplements. During the osteoblastic differentiation process, 36 genes were determined to be up-regulated, and 59 genes were shown to be down-regulated. Osteoprotegerin, LRP5, and metallothionein 2A, all of which are associated with the osteogenetic process, were up-regulated, and genes associated with the differentiation of MSCs into other lineages, including muscle, adipose tissue and vascular structure were down-regulated. The set of differentially expressed genes reported in this work should contribute to our current understanding of the processes inherent to the differentiation of MSCs into osteoblasts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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