The contribution of differentiated bone marrow stromal stem cell-loaded biomaterial to treatment in critical size defect model in rats

• Published in: Veteriner fakultesi dergisi Vol. 16; no. 5; pp. 783 - 792
• Main Authors: Tuğlu, M.İ., Celal Bayar University, Faculty of Medicine, Manisa (Turkey). Div. of Histology and Embryology, Kurt, F.Ö., Celal Bayar University, Faculty of Science and Letters, Manisa (Turkey). Div. of Biology, Koca, H., Ege University, Faculty of Dentistry, İzmir (Turkey). Div. of Oral and Maxillofacial Surgery, Saraç, A., Ege University, Faculty of Dentistry, İzmir (Turkey). Div. of Oral and Maxillofacial Surgery, Barut, T., Celal Bayar University, Faculty of Medicine, Manisa (Turkey). Div. of Histology and Embryology, Kazanç, A., Ege University, Faculty of Dentistry, İzmir (Turkey). Div. of Oral and Maxillofacial Surgery
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Kafkas Üniversitesi 2010
• Subjects: alt çene kemiği; animal models; Animal Models of Human Diseases; Animal Surgery and Non-drug Therapy; APOPTOSE; APOPTOSIS; BIOTECHNOLOGIE; BIOTECHNOLOGY; BIOTECNOLOGIA; Biyoteknoloji; bone fractures; BONE MARROW; bone marrow cells; bone marrow transplant; CELLS; CELLULE; CELULAS; CULTIVO DE TEJIDOS; CULTURE DE TISSU; CURACION; DEFAUT; DEFECTOS; DEFECTS; FRACTURAS; FRACTURE; FRACTURES; GUERISON; Hayvan Cerrahisi ve İlaçsız Tedavi; hayvan modelleri; Hayvanların Bulaşıcı Olmayan Hastalıkları ve Yaralanmaları; HEALING; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_1418; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_15982; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_16165; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_24158; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_3075; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_36634; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_7789; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_8013; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_998; immunohistochemistry; immünohistokimya; İnsan Hastalıklarında Hayvan Modelleri; kemik iliği; kemik iliği hücreleri; kemik iliği nakli; kemik kırıkları; mandible; MEDULA OSEA; MOELLE OSSEUSE; Non-communicable Disease and Injuries of Animals; programlanmış hücre ölümü; rats; sıçan; TISSUE CULTURE; TURKEY; TURQUIA; TURQUIE
• ISSN: 1309-2251; 1300-6045; 1309-2251

Mandibular fractures present a challenge in maxillo-facial surgery due to difficulties in healing and complications. In recent years, advances in bio-engineering as well as stem-cell studies suggest that it may be possible to treat these fractures by stem cell treatment with biomaterials. In the present study, we explored the efficacy of differentiated stem cells placed on biomaterials on fracture treatment and its relation with oxidative stress and apoptosis. A 4 mm circular defect was made on the mandibulae of 20 adults Wistar rats. Hydroxyapatite gel (control, n=5) and bone marrow stromal cells differentiated into osteoblast-seeded hydroxyapatite gel (n=5) were implanted within these defects. We were also used empty cavities (n=5) and cavities filled with only cells (n=5) for negative controls. Animals were sacrificed after a 6-week healing period and samples were examined blindly by histological, immunohistochemical, radiological and morphometric methods. Compared to the control cavities that underwent no procedure or filled with just cells, there were significant (P< 0.001) healings in both groups. Hydroxyapatite gel with differentiated stem cells on, however, yielded significantly (P< 0.05) better new bone formation and osteoid production decreased fibrous tissue and increased cellular activity. Differentiated stromal cells combined with biomaterial accelerated the treatment in defects of critical volume within a 6-week period of healing, activated and resulted in significant formation of bone of higher quality. Promotion of bone formation by the helps of bioengineering and stromal cells has gained importance in the treatment and reconstruction of fractures. Mandibular kırıklar iyileşmelerindeki zorluklar ve gelişen komplikasyonlar nedeni ile çene cerrahisinde önemli sorunlardır. Son zamanlarda gelişen biyomühendislik uygulamaları aynı zamanda ilerleyen kök hücre çalışmaları bu kırıklarda biyomateryal aracılığı ile kök hücre tedavisinin mümkün olabileceğini göstermektedir. Bu çalışmada biyomateryal üzerindeki farklılaştırılmış kök hücrelerin kırık tedavisinde etkinliği ayrıca oluşan oksidatif stres ve apoptosis ile ilişkisi araştırıldı. Erişkin Wistar sıçanların mandibulalarında 4 mm çapında yuvarlak defekt oluşturuldu. Defekt alanına hidroksi apatit jel ile hidroksi apatit jel üzerinde osteoblasta farklılaştırılmış kemik iliği stromal kök hücreleri yerleştirildi. 6 haftalık iyileşme periyodunu takiben öldürülen deneklerde alınan örnekler histolojik, immunohistokimyasal, radyolojik ve morfometrik yöntemler ile körleme olarak incelendi. Her iki uygulamada da hiçbir işlem yapılmamış veya sadece hücre konmuş kontrol kaviteleri ile karşılaştırıldığında oldukça anlamlı (P< 0.001) fark oluşturacak şekilde belirgin bir iyileşme görüldü. Sadece hidroksi apatit jel kullanımı ile kırık kenarlarını kaplayan, yeni kemik oluşumu, osteoid üretimi, fibröz dokunun çokluğu ve hücresel aktivitenin azlığı ile karakterize iyileşme görüldü. Buna karşılık hidroksi apatit jel ile birlikte farklılaşmış kök hücre uygulamasının daha iyi yeni kemik oluşumu ve osteoid üretimi yanısıra fibröz dokuyu azalttığı ve hücresel aktiviteyi arttırdığı bulundu. Farklılaşmış kök hücre uygulamasının biyomateryal katkısı ile birlikte 6 haftalık iyileşme periyodunda olan kritik hacimli defektlerde anlamlı (P< 0.05) bir şekilde tedaviyi hızlandırdığı, etkinleştirdiği ve daha kaliteli kemik oluşumunu sağladığı belirlendi. Kemik formasyonunun biyomühendislik aracılığı ve kök hücre yardımı ile etkinleştirilmesi kırık tedavisi ve rekonstrüksiyon uygulamalarında hastalara daha kaliteli bir yaşamı sunması nedeni ile giderek önem kazanmaktadır.