Оценка влияния добавок витамина D на остеогенную дифференцировку стволовых клеток пульпы зуба у пациентов с сахарным диабетом и без него

ЦЕЛЬ. Целью настоящего исследования было оценить влияние добавок витамина D на остеогенный потенциал дифференцировки стволовых клеток пульпы зуба (DPSC) у пациентов с сахарным диабетом и без него.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Экспериментальное исследование было проведено с использованием мезенхимальных стволовых клеток полости рта (MSC), полученных из пульпы постоянных премоляров и третьих моляров, удаленных у взрослых здоровых пациентов и пациентов с сахарным диабетом. Пульповая ткань была экстерпирована, секционирована и культивировалась во флаконах T25 с минимальной основной средой α (MEM-α), фетальной бычьей сывороткой (FBS) и антибиотико-противогрибковыми реагентами. Стволовые клетки были выделены, охарактеризованы методом проточной цитометрии по экспрессии специфических маркеров и подвергнуты трилинейной дифференцировке, подтвержденной окрашиванием: Alizarin Red для остеогенеза, Safranin O для хондрогенеза и Oil Red O для адипогенеза. Влияние витамина D3 на жизнеспособность DPSCs оценивалось с использованием МТТ-тестов при различных концентрациях.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Полученные данные свидетельствуют о значительной роли витамина D3 в усилении остеогенной дифференцировки DPSCs. В группах с сахарным диабетом наблюдалась сниженная способность к костной регенерации по сравнению с контрольной группой, а также выраженные различия в биомеханических свойствах, сниженные уровни фактора, индуцируемого гипоксией (HIF-1α), и сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF). Исследование подчеркивает важность поддержания оптимального уровня витамина D для процессов регенерации костной ткани.
ВЫВОДЫ. Добавки витамина D оказывают положительное влияние на остеогенную дифференцировку DPSCs, особенно в условиях сахарного диабета. Результаты данного исследования указывают на терапевтический потенциал витамина D в костной регенерации.

1. Gronthos S., Mankani M., Brahim J., Robey P.G., Shi S. Postnatal human dental pulp stem cells (DPSCs) in vitro and in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000;97(25):13625–13630. https://doi.org/10.1073/pnas.240309797

2. Gopinath V.K., Soumya S., Mohammad M.G. Ror β expression in activated macrophages and dental pulp stem cells. Int Endod J. 2021;54(3):388–398. https://doi.org/10.1111/iej.13431

3. Seo B.M., Miura M., Gronthos S., Bartold P.M., Batouli S., Brahim J. et al. Investigation of multipotent postnatal stem cells from human periodontal ligament. Lancet. 2004;364(9429):149–155. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(04)16627-0

4. Sonoyama W., Liu Y., Fang D., Yamaza T., Seo B.M., Zhang C. et al. Mesenchymal stem cell-mediated functional tooth regeneration in swine. PLoS ONE. 2006;1(1):e79. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000079

5. Kim H., Han J.W., Lee J.Y., Choi Y.J., Sohn Y.D., Song M., Yoon Y.S. Diabetic mesenchymal stem cells are ineffective for improving limb ischemia due to their impaired angiogenic capability. Cell Transplant. 2015;24(8):1571–1584. https://doi.org/10.3727/096368914X682792

6. Mao X., Liu Y., Chen C., Shi S. Mesenchymal stem cells and their role in dental medicine. Dent Clin North Am. 2017;61(1):161–172. https://doi.org/10.1016/j.cden.2016.08.006

7. D’Aquino R., Graziano A., Sampaolesi M., Laino G., Pirozzi G., de Rosa A., Papaccio G. Human postnatal dental pulp cells co-differentiate into osteoblasts and endotheliocytes: a pivotal synergy leading to adult bone tissue formation. Cell Death Differ. 2007;14:1162–1171. https://doi.org/10.1038/sj.cdd.4402121

8. Nuti N., Corallo C., Chan B.M., Ferrari M., GeramiNaini B. Multipotent differentiation of human dental pulp stem cells: A literature review. Stem Cell Rev Rep. 2016;12(5):511–523. https://doi.org/10.1007/s12015-016-9661-9

9. Hu X., Zhong Y., Kong Y., Chen Y., Feng J., Zheng J. Lineage-specific exosomes promote the odontogenic differentiation of human dental pulp stem cells (DPSCs) through TGFβ1/smads signaling pathway via transfer of microRNAs. Stem Cell Res Ther. 2019;10(1):170. https://doi.org/10.1186/s13287-019-1278-x

10. Shi S., Robey P.G., Gronthos S. Comparison of human dental pulp and bone marrow stromal stem cells by cDNA microarray analysis. Bone. 2001;29(6):532–539. https://doi.org/10.1016/s8756-3282(01)00612-3

11. Tabatabaei F.S., Torshabi M. In vitro proliferation and osteogenic differentiation of endometrial stem cells and dental pulp stem cells. Cell Tissue Bank. 2017;18(2):239–247. https://doi.org/10.1007/s10561-017-9620-y

12. Mellanby E. An experimental investigation on rickets. Lancet. 1976;34(11):338–340. https://doi.org/10.1111/j.1753-4887.1976.tb05815.x

13. Lou Y.R., Toh T.C., Tee Y.H., Yu H. 25-Hydroxyvitamin D3 induces osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells. Sci Rep. 2017;7:42816. https://doi.org/10.1038/srep42816

14. Napoli J.L., Fivizzani M.A., Schnoes H.K., DeLuca H.F. Synthesis of vitamin D5: its biological activity relative to vitamins D3 and D2. Arch Biochem Biophys. 1979;197(1):119–125. https://doi.org/10.1016/0003-9861(79)90226-1

15. Bortolin R.H., da Graça Azevedo Abreu B.J., Abbott Galvão Ururahy M., Costa de Souza K.S., Bezerra J.F., Loureiro M.B. et al. Protection against T1DM-Induced Bone Loss by Zinc Supplementation: Biomechanical, Histomorphometric, and Molecular Analyses in STZ-Induced Diabetic Rats. PLoS ONE. 2015;10(5):e0125349. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0125349

16. Li Y.L., Xiao Z.S. Advances in Runx2 regulation and its isoforms. Med Hypotheses. 2007;68(1):169–175. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2006.06.006

17. Hough S., Fausto A., Sonn Y., Dong Jo O.K., Birge S.J., Avioli L.V. Vitamin D metabolism in the chronic streptozotocin-induced diabetic rat. Endocrinology. 1983;113(2):790–796. https://doi.org/10.1210/endo-113-2-790

18. Okazaki R., Riggs B.L., Conover C.A. Glucocorticoid regulation of insulin-like growth factor-binding protein expression in normal human osteoblast-like cells. Endocrinology. 1994;134(1):126–132. https://doi.org/10.1210/endo.134.1.7506203

19. Alblowi J., Tian C., Siqueira M.F., Kayal R.A., McKenzie E., Behl Y. et al. Chemokine expression is upregulated in chondrocytes in diabetic fracture healing. Bone. 2013;53(1):294–300. https://doi.org/10.1016/j.bone.2012.12.006

20. Skubis-Sikora A., Sikora B., Witkowska A., Mazurek U., Gola J. Osteogenesis of adipose-derived stem cells from patients with glucose metabolism disorders. Mol Med. 2020;26(1):67. https://doi.org/10.1186/s10020-020-00192-0

21. Gopinath V.K., Soumya S., Jayakumar M.N. Osteogenic and odontogenic differentiation potential of dental pulp stem cells isolated from inflamed dental pulp tissues (I-DPSCs) by two different methods. Acta Odontol Scand. 2020;78(4):281–289. https://doi.org/10.1080/00016357.2019.1702716

22. Kumar A., Raik S., Sharma P., Rattan V., BhattacharyyaS. Primary culture of dental pulp stem cells. J Vis Exp. 2023;(195):e65223. https://doi.org/10.3791/65223

23. Delle Monache S., Martellucci S., Clementi L., Pulcini F., Santilli F., Mei C. In vitro conditioning determines the capacity of dental pulp stem cells to function as pericytelike cells. Stem Cells Dev. 2019;28(10):695–706. https://doi.org/10.1089/scd.2018.0192

24. Bagwe S., Gopalakrishnan D., Mehta V., Mathur A., Kapare K., Deshpande A. GCF and serum levels of omentin in periodontal health and disease of diabetic and non-diabetic individuals: A comparative study. Indian J Dent Res. 2020;31(4):520–525. https://doi.org/10.4103/ijdr.IJDR_796_18

25. Qu C., Brohlin M., Kingham P.J., Kelk P. Evaluation of growth, stemness, and angiogenic properties of dental pulp stem cells cultured in cGMP xeno-/serum-free medium. Cell Tissue Res. 2020;380(1):93–105. https://doi.org/10.1007/s00441-019-03160-1

26. Roato I., Chinigò G., Genova T., Munaron L., Mussano F. Oral cavity as a source of mesenchymal stem cells useful for regenerative medicine in dentistry. Biomedicines. 2021;9(9):1085. https://doi.org/10.3390/biomedicines9091085

27. Labedz-Maslowska A., Bryniarska N., Kubiak A., Kaczmarzyk T., Sekula-Stryjewska M., Noga S. et al. Multilineage differentiation potential of human dental pulp stem cells-impact of 3D and hypoxic environment on osteogenesis in vitro. Int J Mol Sci. 2020;21(17):6172. https://doi.org/10.3390/ijms21176172

28. Poltavtseva R.A., Nikonova Y.A., Selezneva I.I., Yaroslavtseva A.K., Stepanenko V.N., Esipov R.S. et al. Mesenchymal stem cells from human dental pulp: isolation, characteristics, and potencies of targeted differentiation. Bull Exp Biol Med. 2014;158(1):164–169. https://doi.org/10.1007/s10517-014-2714-7

29. Bagwe S., Mehta V., Mathur A., Kumbhalwar A., Bhati A. Role of various pharmacologic agents in alveolar bone regeneration: A review. Natl J Maxillofac Surg. 2023;14(2):190–197. https://doi.org/10.4103/njms.njms_436_21

30. Khanna-Jain R., Vuorinen A., Sándor G.K., Suuronen R., Miettinen S. Vitamin D(3) metabolites induce osteogenic differentiation in human dental pulp and human dental follicle cells. J Steroid Biochem Mol Biol. 2010;122(4):133–141. https://doi.org/10.1016/j.jsbmb.2010.08.001

31. Andrukhov O., Blufstein A., Behm C., Moritz A., RauschFan X. Vitamin D3 and dental mesenchymal stromal cells. Appl. Sci. 2020;10(13):4527. https://doi.org/10.3390/app10134527

32. Ghadge K.K., Shetty S.K., Kulloli A., Martande S., Mehta V., Gopalakrishnan D. et al. The effect of non-surgical periodontal therapy on glycemic control in Indian diabetics with periodontal disease – A systematic review and meta-analysis. Dent J. 2025;58(2):198–206. https://doi.org/10.20473/j.djmkg.v58.i2.p198-206