The Wnt signaling pathway plays an important role not only in embryonic development but also in the maintenance and differentiation of the stem cells in adulthood. In particular, Wnt signaling has been shown as an important regulatory pathway in the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Induction of the Wnt signaling pathway promotes bone formation while inactivation of the pathway leads to osteopenic states. Our current understanding of Wnt signaling in osteogenesis elucidates the molecular mechanisms of classic osteogenic pathologies. Activating and inactivating aberrations of the canonical Wnt signaling pathway in osteogenesis results in sclerosteosis and osteoporosis respectively. Recent studies have sought to target the Wnt signaling pathway to treat osteogenic disorders. Potential therapeutic approaches attempt to stimulate the Wnt signaling pathway by upregulating the intracellular mediators of the Wnt signaling cascade and inhibiting the endogenous antagonists of the pathway. Antibodies against endogenous antagonists, such as sclerostin and dickkopf-1, have demonstrated promising results in promoting bone formation and fracture healing. Lithium, an inhibitor of glycogen synthase kinase 3β, has also been reported to stimulate osteogenesis by stabilizing β catenin. Although manipulating the Wnt signaling pathway has abundant therapeutic potential, it requires cautious approach due to risks of tumorigenesis. The present review discusses the role of the Wnt signaling pathway in osteogenesis and examines its targeted therapeutic potential.

Bone morphogenetic proteins (BMPs) are members of the TGF-β superfamily and have diverse functions during development and organogenesis. BMPs play a major role in skeletal development and bone formation, and disruptions in BMP signaling cause a variety of skeletal and extraskeletal anomalies. Several knockout models have provided insight into the mechanisms responsible for these phenotypes. Proper bone formation requires the differentiation of osteoblasts from mesenchymal stem cell (MSC) precursors, a process mediated in part by BMP signaling. Multiple BMPs, including BMP2, BMP6, BMP7 and BMP9, promote osteoblastic differentiation of MSCs both in vitro and in vivo. BMP9 is one of the most osteogenic BMPs, yet it is a poorly characterized member of the BMP family. Several studies demonstrate that the mechanisms controlling BMP9-mediated osteogenesis differ from other osteogenic BMPs, but little is known about these specific mechanisms. Several pathways critical to BMP9-mediated osteogenesis are also important in the differentiation of other cell lineages, including adipocytes and chondrocytes. BMP9 has also demonstrated translational promise in spinal fusion and bone fracture repair. This review will summarize our current knowledge of BMP-mediated osteogenesis, with a focus on BMP9, by presenting recently completed work which may help us to further elucidate these pathways.

Abstract Quantitative methods to characterize bone contusions and associated cartilage injury remain limited. We combined standardized voxelwise normalization and 3D mapping to automate bone contusion segmentation post‐anterior cruciate ligament (ACL) injury and evaluate anomalies in articular cartilage overlying bone contusions. Forty‐five patients (54% female, 26.4 ± 11.8 days post‐injury) with an ACL tear underwent 3T magnetic resonance imaging of their involved and uninvolved knees. A novel method for voxelwise normalization and 3D anatomical mapping was used to automate segmentation, labeling, and localization of bone contusions in the involved knee. The same mapping system was used to identify the associated articular cartilage overlying bone lesions. Mean regional T1 ρ was extracted from articular cartilage regions in both the involved and uninvolved knees for quantitative paired analysis against ipsilateral cartilage within the same compartment outside of the localized bone contusion. At least one bone contusion lesion was detected in the involved knee within the femur and/or tibia following ACL injury in 42 participants. Elevated T1 ρ ( p = 0.033) signal were documented within the articular cartilage overlying the bone contusions resulting from ACL injury. In contrast, the same cartilaginous regions deprojected onto the uninvolved knees showed no ipsilateral differences ( p = 0.795). Automated bone contusion segmentation using standardized voxelwise normalization and 3D mapping deprojection identified altered cartilage overlying bone contusions in the setting of knee ACL injury.