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Bifunctional effect of Zoledronic Acid (ZA) on human mesenchymal stem cells (hMSCs) based on the concentration level - 21/03/20

Doi : 10.1016/j.jormas.2020.03.004 
R. Fliefel a, b, c, , A. El Ashwah c, S. Entekhabi a, J. Kumbrink d, M. Ehrenfeld b, S. Otto a, b
a Experimental Surgery and Regenerative Medicine (ExperiMed), Ludwig-Maximilians-University, Nussbaumstrasse 20, 80336 Munich, Germany 
b Department of Oral and Maxillofacial Surgery and Facial Plastic Surgery, Ludwig-Maximilians-University, Lindwurmstrasse 2a, 80337 Munich, Germany 
c Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Alexandria-University, Champollion Street, 21500 Alexandria, Egypt 
d Institute of Pathology, Medical Faculty, Ludwig-Maximilians-University, 36,Thalkirchner street, 80337 Munich Germany 

Corresponding author at: Experimental Surgery and Regenerative Medicine (ExperiMed), Ludwig-Maximillians-University, Fraunhoferstrasse 20, 82152 Planegg/Martinsried, Germany.Experimental Surgery and Regenerative Medicine (ExperiMed), Ludwig-Maximillians-UniversityFraunhoferstrasse 20Planegg/Martinsried82152Germany
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le samedi 21 mars 2020

Abstract

Background

Treatment of massive bone defects is a great challenge. Mesenchymal stem cells (MSCs) enhance bone regeneration by differentiating into osteoblasts. Bisphosphonates (BPs) are antiresorptives reducing bone resorption. Despite Medication-related osteonecrosis of the jaw (MRONJ) is a known side effect of antiresorptives, evidences suggest that BPs have positive effect on bone formation. The aims of this study were to investigate the effect of zoledronic acid (ZA) and geranylgeraniol (GGOH) on human mesenchymal stem cells (hMSCs) being a part of the bone microenvironment and evaluate whether low dose of bisphosphonate has enhanced osteogenic differentiation of hMSCs.

Materials and methods

The effect of ZA and GGOH on MSCs was investigated in addition to the effect of low doses of ZA on osteogenic differentiation of MSCs and analysed by WST-1, Live/Dead staining and coefficient of drug index (CDI). The osteogenic differentiation of the cells was confirmed by ALP activity, xylenol orange and alizarin red staining, microarray and PCR with levels of statistical significance indicated at *P<0.05, **P<0.01 and ***P<0.0001.

Main findings

Although, high concentration of ZA had significantly decreased the cell viability in MSCs, GGOH reversed the action of ZA on the cells while at very high concentration; it caused severe reduction in the cell viability. CDI showed antagonism or synergism depending on the concentrations of ZA and GGOH.

Conclusion

The treatment of cells with ZA has increased the mineralization and osteogenic differentiation of MSCs. Our study supported the hypothesis that zoledronic acid plays a bifunctional role depending on the concentration.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Zoledronic Acid, Geranylgeraniol, MSCs, Osteogenesis, MRONJ, Microarray


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