Purpose: The aim of this study was to evaluate the enhancement of osteogenic potential of biphasic calcium phosphate (BCP) bone substitute coated with Escherichia coli-derived recombinant human bone morphogenetic protein-2 (ErhBMP-2) and epigallocatechin-3-gallate (EGCG). Methods: The cell viability, differentiation, and mineralization of osteoblasts was tested with ErhBMP-2-/EGCG solution. Coated BCP surfaces were also investigated. Standardized, 6-mm diameter defects were created bilaterally on the maxillary sinus of 10 male New Zealand white rabbits. After removal of the bony windows and elevation of sinus membranes, ErhBMP-2-/EGCG-coated BCP was applied on one defect in the test group. BCP was applied on the other defect to form the control group. The animals were sacrificed at 4 or 8 weeks after surgery. Histologic and histometric analyses of the augmented graft and surrounding tissue were performed. Results: The 4-week and 8-week test groups showed more new bone (%) than the corresponding control groups (P<0.05). The 8-week test group showed more new bone (%) than the 4-week test group (P<0.05). Conclusions: ErhBMP-2-/EGCG-coated BCP was effective as a bone graft material, showing enhanced osteogenic potential and minimal side effects in a rabbit sinus augmentation model.
Seo, Hyun-Ju;Cho, Young-Eun;Kim, Tae-Wan;Shin, Hong-In;Kwun, In-Sook
Nutrition Research and Practice
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v.4
no.5
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pp.356-361
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2010
Zinc is an essential trace element required for bone formation, however not much has been clarified yet for its role in osteoblast. We hypothesized that zinc would increase osteogenetic function in osteoblasts. To test this, we investigated whether zinc treatment enhances bone formation by stimulating osteoblast proliferation, bone marker protein alkaline phosphatase activity and collagen synthesis in osteoblastic MC3T3-E1 cells. MC3T3-E1 cells were cultured and treated with various concentrations of zinc (0, 1, 3, 15, 25 uM) along with a normal osteogenic medium (OSM) as control for 1, 5, 10 days. As measured by MTT assay for mitochondrial metabolic activity, cell proliferation was stimulated even at low zinc treatment (1-3 ${\mu}M$) compared to OSM, and it was stimulated in a zinc concentration-dependent manner during 5 and 10 days, with the most pronounced effect at 15 and 25 uM Zn. Cellular (synthesized) alkaline phosphatase (ALP) activity was increased in a zinc concentration-dependent manner, so did medium (secreted) ALP activity. Cellular collagen concentration was increased by zinc as time went by, therefore with the maximum zinc stimulatory effect in 10 days, and medium collagen concentration showed the same pattern even on 1 and 5 day. This zinc stimulatory effect of collagen synthesis was observed in cell matrix collagen staining. The study results imply that zinc can increase osteogenic effect by stimulating cell proliferation, ALP activity and collagen synthesis in osteoblastic cells.
PURPOSE. The purpose of this study was to evaluate the properties of a porous zirconia scaffold coated with bioactive materials and compare the in vitro cellular behavior of MC3T3-E1 preosteoblastic cells to titanium and zirconia disks and porous zirconia scaffolds. MATERIALS AND METHODS. Titanium and zirconia disks were prepared. A porous zirconia scaffold was fabricated with an open cell polyurethane disk foam template. The porous zirconia scaffolds were coated with ${\beta}$-TCP, HA and a compound of ${\beta}$-TCP and HA (BCP). The characteristics of the specimens were evaluated using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive x-ray spectrometer (EDX), and x-ray diffractometry (XRD). The dissolution tests were analyzed by an inductively coupled plasma spectrometer (ICP). The osteogenic effect of MC3T3-E1 cells was assessed via cell counting and reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR). RESULTS. The EDX profiles showed the substrate of zirconia, which was surrounded by the Ca-P layer. In the dissolution test, dissolved $Ca^{2+}$ ions were observed in the following decreasing order; ${\beta}$-TCP > BCP > HA (P<.05). In the cellular experiments, the cell proliferation on titanium disks appeared significantly lower in comparison to the other groups after 5 days (P<.05). The zirconia scaffolds had greater values than the zirconia disks (P<.05). The mRNA level of osteocalcin was highest on the non-coated zirconia scaffolds after 7 days. CONCLUSION. Zirconia had greater osteoblast cell activity than titanium. The interconnecting pores of the zirconia scaffolds showed enhanced proliferation and cell differentiation. The activity of osteoblast was more affected by microstructure than by coating materials.
Background & Object : The differentiation of osteoblasts controlled by various growth factors and matrix proteins expression in bone. The aim of this study was to identify the Astragalus membranaceus that may induce the osteogenic activity in human osteoblast-like SaOS-2 cells. Methods : The osteogenic activity of Astragalus membranaceus were evaluated by WST-8 assay, ALP activity, RT-PCR analysis of VEGF, OCN, OPN, Col I mRNA, and ELISA or colorimetric analysis, and mineralization by Alizarin red staining in SaOS-2 cells. Results : Astragalus membranaceus had no effect on viability of osteoblastic cells, and dose dependently increased alkaline phosphatase (ALP) activity. Astragalus membranaceus markedly increased mRNA expression for vascular endothelial growth factor (VEGF), osteocalcin (OCN), osteopontin (OPN), and type I collagen (Col 1) in SaOS-2 cells. Extracellular accumulation of proteins such as VEGF, and Col I was increased in a dose-dependent manner. Also, Astragalus membranaceus significantly induced mineralization in the culture of SaOS-2 cells. Conclusion : This study showed that Astragalus membranaceus not affect on viability, but it enhanced ALP activity, VEGF, bone matrix proteins such as OCN, OPN and Col I, and mineralization in SaOS-2 cells. These results propose that Astragalus membranaceus plays an important role in osteoblastic bone formation, and possibly lead to the development of bone-forming drug.
Kim, Bo Gyu;Lee, A ram;Lee, Bo Young;Shim, Sungbo;Moon, Dong kyu;Hwang, Sun-Chul;Byun, June-Ho;Woo, Dong Kyun
Journal of Life Science
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v.28
no.12
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pp.1455-1460
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2018
Due to a rapidly expanding aging population, the incidence of degenerative bone disease has increased, and efforts to handle the issue using regenerative medicine have become more important. In order to control various bone diseases such as osteoarthritis and osteoporosis, regenerative medicine utilizing adult stem cells has been extensively studied. And it is now clear that the mitochondrial energy metabolism, oxidative phosphorylation, is important for the process of stem cell differentiation. Interestingly, a recent study reported that salicylate promotes mitochondrial biogenesis by regulating the expression of $PGC-1{\alpha}$ in murine cells. However, the possible effects of salicylate on osteogenic differentiation through increased mitochondrial biogenesis in stem cells remain unknown. Thus, here we investigated whether salicylate could influence osteogenic differentiation and mitochondrial biogenesis of periosteum-derived mesenchymal stem cells (POMSCs). We found that salicylate treatments of POMSCs undergoing osteogenic differentiation increased the activity of alkaline phosphatase, a well-known early marker of bone cell differentiation. In addition, we observed that mitochondrial mass was increased by salicylate treatments in POMSCs. Together, these results indicate that salicylate can enhance osteogenic differentiation and mitochondrial biogenesis in POMSCs. Therefore, the findings in this study suggest that small molecules augmenting mitochondrial function such as salicylate can be a novel modulator for osteogenic differentiation and regenerative medicine.
Choi, Mi Kyung;Seong, Ikjoo;Kang, Seon Ah;Kim, Jaesang
Molecules and Cells
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v.37
no.4
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pp.337-344
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2014
Adipose-derived stem cells represent a type of mesenchymal stem cells with the attendant capacity to self-renew and differentiate into multiple cell lineages. We have performed a microarray-based gene expression profiling of osteogenic differentiation and found that the transcription factor Sox11 is down-regulated during the process. Functional assays demonstrate that down-regulation of Sox11 is required for an efficient differentiation. Furthermore, results from forced expression of constitutively-active and dominant-negative derivatives of Sox11 indicate that Sox11 functions as a transcriptional activator in inhibiting osteogenesis. Sox11 thus represents a novel regulator of osteogenesis whose expression and activity can be potentially manipulated for controlled differentiation.
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.
Lee, Sung Ho;Oh, Kyo-Nyeo;Han, Younho;Choi, You Hee;Lee, Kwang-Youl
Molecules and Cells
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v.39
no.2
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pp.156-162
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2016
Estrogen receptor ${\alpha}$ (ER-${\alpha}$), which is involved in bone metabolism and breast cancer, has been shown to have transcriptional targets. Dlx3 is essential for the skeletal development and plays an important role in osteoblast differentiation. Various osteogenic stimulators and transcription factors can induce the protein expression of Dlx3. However, the regulatory function of ER-${\alpha}$ in the Dlx3 mediated osteogenic process remains unknown. Therefore, we investigated the regulation of Dlx3 and found that ER-${\alpha}$ is a positive regulator of Dlx3 transcription in BMP2-induced osteoblast differentiation. We also found that ER-${\alpha}$ interacts with Dlx3 and increases its transcriptional activity and DNA binding affinity. Furthermore, we demonstrated that the regulation of Dlx3 activity by ER-${\alpha}$ is independent of the ligand (estradiol) binding domain. These results indicate that Dlx3 is a novel target of ER-${\alpha}$, and that ER-${\alpha}$ regulates the osteoblast differentiation through modulation of Dlx3 expression and/or interaction with Dlx3.
Park, Seung-Won;Goo, Tae-Won;Kim, Seong Ryul;Choi, Kwang-Ho
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.32
no.2
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pp.49-53
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2016
Bone morphogenetic proteins (BMPs) are essential growth factors for bone formation, skeletal development and bone regeneration. The BMP-2/7 heterodimer is known to have remarkable effects on osteogenic induction that are even stronger than the BMP-2 or BMP-7 homodimers. We designed a recombinant human BMP-2/7 (rhBMP-2/7) heterodimer protein with four glycine residues between BMP-2 and BMP-7 protein to facilitate free bond rotation of domains. The Baculovirus Expression Vector System (BEVS) is routinely used to produce recombinant proteins in the milligram scale. In this study, the BEVS was used to express the rhBMP-2/7 protein whrer the recombinant baculovirus was recovered in the host Sf9 cells. To confirm the biological activity of rhBMP-2/7 protein secreted from the BEVS as an osteogenic differentiation and induction factor, we measured the BMP-induced ALP activity. rhBMP-2/7 could be used as an alternative to BMPs to overcome limitations like short half-life and requirement for high concentrations. Furthermore, rhBMP-2/7 may be an efficient tool for various application studies such as bone regeneration and skeletal development.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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