Butyrate stimulates the early process of the osteogenic differentiation but inhibits the biomineralization in dental follicle cells (DFCs)

Abstract (English)

Dental stem cells, especially dental follicle cells (DFCs) as precursor cells for the periodontium have interesting prospects for regenerative dentistry. During periodontitis, butyrate as a bacterial metabolite and inflammatory agent is often found in millimolar concentrations in periodontal pockets. This study evaluates the effects of butyrate on the proliferation and osteogenic differentiation ...

Abstract (English)

Dental stem cells, especially dental follicle cells (DFCs) as precursor cells for the periodontium have interesting prospects for regenerative dentistry. During periodontitis, butyrate as a bacterial metabolite and inflammatory agent is often found in millimolar concentrations in periodontal pockets. This study evaluates the effects of butyrate on the proliferation and osteogenic differentiation of DFCs. We assessed cell viability/proliferation (BCA assay) and osteogenic differentiation (ALP activity, alizarin staining and RT PCR) of DFCs in vitro after butyrate supplementation. Butyrate concentrations of 20 mM or higher are toxic for DFCs. At a non-toxic concentration, butyrate promotes the expression of alkaline phosphatase and collagen type-1 but inhibits the formation of calcified nodules and the induction of RUNX2 and osteocalcin under osteogenic differentiation conditions. In conclusion, DFCs are resistant to physiological high concentrations of butyrate. Butyrate facilitates the osteogenic differentiation of DFCs in early stages but inhibits calcification at later stages of the differentiation process.

Translation of the abstract (German)

Dentale Stammzellen, insbesondere dentale Follikelzellen (DFCs) als Vorläuferzellen des Parodonts besitzen vielversprechende Aussichten für regenerative Therapieansätze. Butyrat als bakterieller Metabolit und inflammatorisch aktive Substanz findet sich oftmals in millimolarer Konzentration in aktiven parodontalen Taschen wieder. Diese Studie befasst sich mit dem Einfluss von Butyrat auf den ...

Translation of the abstract (German)

Dentale Stammzellen, insbesondere dentale Follikelzellen (DFCs) als Vorläuferzellen des Parodonts besitzen vielversprechende Aussichten für regenerative Therapieansätze. Butyrat als bakterieller Metabolit und inflammatorisch aktive Substanz findet sich oftmals in millimolarer Konzentration in aktiven parodontalen Taschen wieder.
Diese Studie befasst sich mit dem Einfluss von Butyrat auf den Proliferations- und osteogenen Differenzierungsprozess von DFCs. Dabei wurden nach der Behandlung mit Butyrat die Zellviabilität/Proliferation (BCA Assay) und osteogene Differenzierung (ALP-Aktivität, Alizarinfärbung, RT PCR) von DFCs in vitro untersucht. Butyrat-Konzentrationen von 20 mM und höher hatten einen toxischen Effekt auf DFCs. Bei einer nicht-toxischen Konzentration hat Butyrat die Expression von ALP und Kollagen Typ-I während der osteogenen Differenzierung gefördert. Dagegen wurde die Kalziumakkumulation und RUNX2/Osteocalcin-Expression inhibiert. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass DFCs eine Resistenz gegenüber hohen Butyrat-Konzentrationen besitzen. Außerdem fördert Butyrat die osteogene Differenzierung von DFCs in einer frühen Phase, hemmt jedoch die Biomineralisation in späteren Abschnitten des Differenzierungsprozesses.

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