A 16S rRNA‐based polymerase chain reaction (PCR) detection method was used to determine the prevalence of Actinobacillus actinomycetemcomitans, Bacteroides forsythus, Campylobacter rectus, Eikenella corrodens, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia, Prevotella nigrescens and Treponema denticola in subgingival specimens of 50 advanced periodontitis, 50 adult gingivitis and 50 pediatric gingivitis subjects. The optimal PCR conditions were determined for each study species. Agarose gel electrophoresis of PCR products from each study species revealed a single band of the predicted size. Restriction enzyme digestion of amplicons confirmed the specificity of the amplification. PCR detection limits were in the range of 25–100 cells. No cross‐reactivity with other oral microorganisms or nonspecific amplification was observed. The prevalence by PCR in advanced periodontitis, adult gingivitis and pediatric gingivitis subjects was 30%, 14% and 14% for A. actinomycetemcomitans , 86%, 18% and 8% for B. forsythus , 74%, 52% and 78% for C. rectus , 80%, 70% and 66% for E. corrodens , 70%, 10% and 14% for P. gingivalis , 58%, 12% and 18% for P. intermedia , 52%, 20% and 22% for P. nigrescens , and 54%, 16% and 16% for T. denticola , respectively. The prevalence was higher in the advanced periodontitis group than in both adult gingivitis and pediatric gingivitis for A. actinomycetemcomitans, B. forsythus, P. gingivalis, P. intermedia, P. nigrescens and T. denticola at P <0.01, and for E. corrodens at P <0.05. The prevalence of C. rectus was significantly higher in the advanced periodontitis group than in the adult gingivitis group at P <0.01. Matching results between PCR and culture occurred in 28% ( B. forsythus ) to 71% ( A. actinomycetemcomitans ) of the samples; the major discrepancy occurred in the PCR‐positive/culture‐negative category. Matching results between PCR and DNA probe methods were found in 84% of the subjects ( B. forsythus ) and 70% ( P. gingivalis ). Odds ratio analysis revealed statistically significant positive associations between 17 of the 28 possible combinations ( P <0.01). This study demonstrated the utility of a 16S rRNA‐based PCR detection method for identifying important subgingival microorganisms. The results indicated a strong association between the study species and periodontitis. Several previously unreported symbiotic relationships were found between the 8 species tested.

Systemic infusion of bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) yields therapeutic benefit for a variety of autoimmune diseases, but the underlying mechanisms are poorly understood. Here we show that in mice systemic infusion of BMMSCs induced transient T cell apoptosis via the FAS ligand (FASL)-dependent FAS pathway and could ameliorate disease phenotypes in fibrillin-1 mutated systemic sclerosis (SS) and dextran-sulfate-sodium-induced experimental colitis. FASL(-/-) BMMSCs did not induce T cell apoptosis in recipients, and could not ameliorate SS and colitis. Mechanistic analysis revealed that FAS-regulated monocyte chemotactic protein 1 (MCP-1) secretion by BMMSCs recruited T cells for FASL-mediated apoptosis. The apoptotic T cells subsequently triggered macrophages to produce high levels of TGFβ, which in turn led to the upregulation of CD4(+)CD25(+)Foxp3(+) regulatory T cells and, ultimately, immune tolerance. These data therefore demonstrate a previously unrecognized mechanism underlying BMMSC-based immunotherapy involving coupling via FAS/FASL to induce T cell apoptosis.

Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMMSCs) have so far failed to live up to their potential as a treatment for the repair of large bone defects. Songtao Shi and his colleagues now show that this may be due to their apoptosis mediated by resident T cells in the wound as a result of excess IFN-γ and TNF-α signaling. They show that reducing the levels of these cytokines, including through the local administration of aspirin, markedly increases the survival of implanted BMMSCs and improves bone wound healing in a mouse model. Stem cell–based regenerative medicine is a promising approach in tissue reconstruction. Here we show that proinflammatory T cells inhibit the ability of exogenously added bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) to mediate bone repair. This inhibition is due to interferon γ (IFN-γ)–induced downregulation of the runt-related transcription factor 2 (Runx-2) pathway and enhancement of tumor necrosis factor α (TNF-α) signaling in the stem cells. We also found that, through inhibition of nuclear factor κB (NF-κB), TNF-α converts the signaling of the IFN-γ–activated, nonapoptotic form of TNF receptor superfamily member 6 (Fas) in BMMSCs to a caspase 3– and caspase 8–associated proapoptotic cascade, resulting in the apoptosis of these cells. Conversely, reduction of IFN-γ and TNF-α concentrations by systemic infusion of Foxp3+ regulatory T cells, or by local administration of aspirin, markedly improved BMMSC-based bone regeneration and calvarial defect repair in C57BL/6 mice. These data collectively show a previously unrecognized role of recipient T cells in BMMSC-based tissue engineering.

Abstract Introduction Stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) have been identified as a population of postnatal stem cells capable of differentiating into osteogenic and odontogenic cells, adipogenic cells, and neural cells. Herein we have characterized mesenchymal stem cell properties of SHED in comparison to human bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs). Methods We used in vitro stem cell analysis approaches, including flow cytometry, inductive differentiation, telomerase activity, and Western blot analysis to assess multipotent differentiation of SHED and in vivo implantation to assess tissue regeneration of SHED. In addition, we utilized systemic SHED transplantation to treat systemic lupus erythematosus (SLE)-like MRL/ lpr mice. Results We found that SHED are capable of differentiating into osteogenic and adipogenic cells, expressing mesenchymal surface molecules (STRO-1, CD146, SSEA4, CD73, CD105, and CD166), and activating multiple signaling pathways, including TGFβ, ERK, Akt, Wnt, and PDGF. Recently, BMMSCs were shown to possess an immunomodulatory function that leads to successful therapies for immune diseases. We examined the immunomodulatory properties of SHED in comparison to BMMSCs and found that SHED had significant effects on inhibiting T helper 17 (Th17) cells in vitro . Moreover, we found that SHED transplantation is capable of effectively reversing SLE-associated disorders in MRL/ lpr mice. At the cellular level, SHED transplantation elevated the ratio of regulatory T cells (Tregs) via Th17 cells. Conclusions These data suggest that SHED are an accessible and feasible mesenchymal stem cell source for treating immune disorders like SLE.

Mesenchymal stem cell (MSC)–derived exosome plays a central role in the cell-free therapeutics involving MSCs and the contents can be customized under disease-associated microenvironments. However, optimal MSC-preconditioning to enhance its therapeutic potential is largely unknown. Here, we show that preconditioning of gingival tissue-derived MSCs (GMSCs) with tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) is ideal for the treatment of periodontitis. TNF-α stimulation not only increased the amount of exosome secreted from GMSCs, but also enhanced the exosomal expression of CD73, thereby inducing anti-inflammatory M2 macrophage polarization. The effect of GMSC-derived exosomes on inflammatory bone loss were examined by ligature-induced periodontitis model in mice. Local injection of GMSC-derived exosomes significantly reduced periodontal bone resorption and the number of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)-positive osteoclasts, and these effects were further enhanced by preconditioning of GMSCs with TNF-α. Thus, GMSC-derived exosomes also exhibited anti-osteoclastogenic activity. Receptor activator of NF-κB ligand (RANKL) expression was regulated by Wnt5a in periodontal ligament cells (PDLCs), and exosomal miR-1260b was found to target Wnt5a-mediated RANKL pathway and inhibit its osteoclastogenic activity. These results indicate that significant ability of the TNF-α-preconditioned GMSC-derived exosomes to regulate inflammation and osteoclastogenesis paves the way for establishment of a therapeutic approach for periodontitis.

Bone marrow mesenchymal lineage cells are a heterogeneous cell population involved in bone homeostasis and diseases such as osteoporosis. While it is long postulated that they originate from mesenchymal stem cells, the true identity of progenitors and their in vivo bifurcated differentiation routes into osteoblasts and adipocytes remain poorly understood. Here, by employing large scale single cell transcriptome analysis, we computationally defined mesenchymal progenitors at different stages and delineated their bi-lineage differentiation paths in young, adult and aging mice. One identified subpopulation is a unique cell type that expresses adipocyte markers but contains no lipid droplets. As non-proliferative precursors for adipocytes, they exist abundantly as pericytes and stromal cells that form a ubiquitous 3D network inside the marrow cavity. Functionally they play critical roles in maintaining marrow vasculature and suppressing bone formation. Therefore, we name them marrow adipogenic lineage precursors (MALPs) and conclude that they are a newly identified component of marrow adipose tissue.

Dental-derived mesenchymal stem cells (MSCs) provide an advantageous therapeutic option for tissue engineering due to their high accessibility and bioavailability. However, delivering MSCs to defect sites while maintaining a high MSC survival rate is still a critical challenge in MSC-mediated tissue regeneration. Here, we tested the osteogenic and adipogenic differentiation capacity of dental pulp stem cells (DPSCs) in a thermoreversible Pluronic F127 hydrogel scaffold encapsulation system in vitro. DPSCs were encapsulated in Pluronic (®) F-127 hydrogel and stem cell viability, proliferation and differentiation into adipogenic and osteogenic tissues were evaluated. The degradation profile and swelling kinetics of the hydrogel were also analyzed. Our results confirmed that Pluronic F-127 is a promising and non-toxic scaffold for encapsulation of DPSCs as well as control human bone marrow MSCs (hBMMSCs), yielding high stem cell viability and proliferation. Moreover, after 2 weeks of differentiation in vitro, DPSCs as well as hBMMSCs exhibited high levels of mRNA expression for osteogenic and adipogenic gene markers via PCR analysis. Our histochemical staining further confirmed the ability of Pluronic F-127 to direct the differentiation of these stem cells into osteogenic and adipogenic tissues. Furthermore, our results revealed that Pluronic F-127 has a dense tubular and reticular network morphology, which contributes to its high permeability and solubility, consistent with its high degradability in the tested conditions. Altogether, our findings demonstrate that Pluronic F-127 is a promising scaffold for encapsulation of DPSCs and can be considered for cell delivery purposes in tissue engineering.