Subculture affects the phenotypic expression of human PDL cells and their response to FGF-2 and BMP-7 in vitro

Abstract

Although periodontal ligament cells (PDL) display several osteoblastic traits, their phenotypic expression is still not well-established. It remains a matter of debate whether they resemble a terminally differentiated cell type or an intermediate maturation state which potentially can be directed towards a fibroblastic or osteoblastic phenotype. To further explore the PDL cells’ characteristics, first and fourth passage human PDL cells were used. Cell number was determined using a cell counter. Alkaline-phosphatase-specific activity was measured in lysates of isolated cells and the levels of osteocalcin in the conditioned media were assayed with the use of a commercially available enzyme-linked immunoassay kit. Furthermore, the cellular response to FGF-2 and BMP-7 was examined in first and fourth passage cells. Dermal fibroblasts and osteoblast-like cells (MG63) served as reference cell lines. <br /> Proliferation decreased over time and was highest in first passage cells. The expression of differentiation parameters increased with culture time and was higher in first passage cells than in the fourth one. FGF-2 administration enhanced cell numbers in both passages whereas ALP and osteocalcin production remained unchanged. In contrast, BMP-7 exposure of PDL cells resulted in a reduction of cell number in both passages while ALP and osteocalcin production were enhanced. In dermal fibroblasts, differentiation parameters did not respond to both stimuli. MG63 cells behaved similarly to PDL cells. These results indicate that subcultivation affects the phenotypic expression of human PDL cells with respect to characteristics that these cells share with osteoblasts. Furthermore, the PDL cell phenotype can be altered by fibroblastic and osteoblastic growth factors.

<b>Subkultur beeinflusst die phänotypische Expression der humanen PDL-Zellen und ihre Reaktion auf FGF-2 und BMP-7 in vitro</b><br /> Obwohl humane Parodontalligamentzellen (PDL) mehrere osteoblastäre Merkmale aufweisen, ist ihr Phänotyp noch immer nicht vollständig charakterisiert. Es bleibt eine ungeklärte Frage, ob sie ein ausdifferenziertes Zellstadium oder eine Zwischenstufe der zellulären Differenzierung darstellen und womöglich in ihrer phänotypischen Expression durch bestimmte Stimuli in eine eher fibroblastäre oder osteoblastäre Richtung beeinflusst werden können.<br /> Zur weiteren Erforschung der PDL-Zellcharakteristika wurden humane PDL Zellen der ersten und vierten Passage kultiviert und jeweils für fünf Tage mit FGF-2 bzw. BMP-7 stimuliert. Anschließend wurde die Zellzahl mit Hilfe eines Zellzählers bestimmt. Der Einfluss auf die Differenzierung der Zellen wurde anhand des biochemischen Nachweises der alkalische-Phosphatase-Aktivität in Zelllysaten sowie mit Hilfe der Bestimmung des Osteokalzingehaltes des konditionierten Mediums bestimmt. Zur Beleuchtung der Frage, ob sich PDL-Zellen bei einer solchen Stimulation eher wie Fibroblasten oder wie Osteoblasten verhalten, dienten dermale Fibroblasten und Osteoblasten-ähnlichen Zellen (MG63) als Referenzzelllinien.<br /> Nach Ablauf der experimentellen Phase war die Zellzahl der Zellen der ersten Passage höher als die der vierten was auf ein großes Proliferationsvermögen dieser Zellen hinweist. Die Behandlung mit FGF-2 erhöhte die Zellzahl in beiden Passagen wobei ALP und Osteocalcin Produktion unverändert blieben. Im Gegensatz dazu führte eine BMP-7 Exposition zu einer Reduzierung der Zellzahl in beiden Passagen, während die ALP und Osteocalcin Produktion erhöht wurde.<br /> In dermalen Fibroblasten blieben die Differenzierungsparameter unverändert. MG63 Zellen verhielten sich ähnlich wie PDL Zellen.<br /> Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass 1) die Subkultivierung einen Einfluss auf die phänotypische Expression von humanen PDL Zellen hat, und 2) dass der Phänotyp dieser Zellen durch Wachstumsfaktoren modifiziert werden kann.