Kafkas Univ Vet Fak Derg RESEARCH ARTICLE 16 (5): 783-792, 2010 The Contribution of Differentiated Bone Marrow Stromal Stem Cell- Loaded Biomaterial to Treatment in Critical Size Defect Model in Rats [1] Mehmet �brahim TU�LU *  Feyzan ÖZDAL-KURT ** Hüseyin KOCA ***  Aydın SARAC *** Turgay BARUT * Aycan KAZANÇ ***  [1] This project was partially supported by Ege University Scientific Research Projects Commission * Celal Bayar University, Faculty of Medicine, Department of Histology and Embryology, TR-45020 Manisa - TURKEY ** Celal Bayar University, Faculty of Science, Department of Biology, TR-45140 Manisa - TURKEY *** Ege University Faculty of Dentistry, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, TR-35100 Izmir - TURKEY Makale Kodu (Article Code): KVFD-2010-1582 Summary Mandibular fractures present a challenge in maxillo-facial surgery due to difficulties in healing and complications. In recent years, advances in bio-engineering as well as stem-cell studies suggest that it may be possible to treat these fractures by stem cell treatment with biomaterials. In the present study, we explored the efficacy of differentiated stem cells placed on biomaterials on fracture treatment and its relation with oxidative stress and apoptosis. A 4 mm circular defect was made on the mandibulae of 20 adults Wistar rats. Hydroxyapatite gel (control, n=5) and bone marrow stromal cells differentiated into osteoblast-seeded hydroxyapatite gel (n=5) were implanted within these defects. We were also used empty cavities (n=5) and cavities filled with only cells (n=5) for negative controls. Animals were sacrificed after a 6-week healing period and samples were examined blindly by histological, immunohistochemical, radiological and morphometric methods. Compared to the control cavities that underwent no procedure or filled with just cells, there were significant (P<0.001) healings in both groups. Hydroxyapatite gel with differentiated stem cells on, however, yielded significantly (P<0.05) better new bone formation and osteoid production decreased fibrous tissue and increased cellular activity. Differentiated stromal cells combined with biomaterial accelerated the treatment in defects of critical volume within a 6-week period of healing, activated and resulted in significant formation of bone of higher quality. Promotion of bone formation by the helps of bioengineering and stromal cells has gained importance in the treatment and reconstruction of fractures. . Keywords: Bone marrow stromal cell, Healing, Critical size defect, Tissue engineering, Hydroxyapatite gel, NOS, Apoptosis Biyomateryal Üzerinde Farklıla�mı� Kemik �li�i Stromal Kök Hücrelerinin Kritik Hacim Defektli Sıçan Modelinde  Uygulanmasının Tedavideki Yeri Özet Mandibular kırıklar iyile�melerindeki zorluklar ve geli�en komplikasyonlar nedeni ile çene cerrahisinde önemli sorunlardır. Son zamanlarda geli�en biyomühendislik uygulamaları aynı zamanda ilerleyen kök hücre çalı�maları bu kırıklarda biyomateryal aracılığı ile kök hücre tedavisinin mümkün olabileceğini göstermektedir. Bu çalı�mada biyomateryal üzerindeki farklıla�tırılmı� kök hücrelerin kırık tedavisinde etkinliği ayrıca olu�an oksidatif stres ve apoptosis ile ili�kisi ara�tırıldı. Eri�kin Wistar sıçanların mandibulalarında 4 mm çapında yuvarlak defekt olu�turuldu. Defekt alanına hidroksi apatit jel ile hidroksi apatit jel üzerinde osteoblasta farklıla�tırılmı� kemik iliği stromal kök hücreleri yerle�tirildi. 6 haftalık iyile�me periyodunu takiben öldürülen deneklerde alınan örnekler histolojik, immunohistokimyasal, radyolojik ve morfometrik yöntemler ile körleme olarak incelendi. Her iki uygulamada da hiçbir i�lem yapılmamı� veya sadece hücre konmu� kontrol kaviteleri ile kar�ıla�tırıldığında oldukça anlamlı (P<0.001) fark olu�turacak �ekilde belirgin bir iyile�me görüldü. Sadece hidroksi apatit jel kullanımı ile kırık kenarlarını kaplayan, yeni kemik olu�umu, osteoid üretimi, fibröz dokunun çokluğu ve hücresel aktivitenin azlığı ile karakterize iyile�me görüldü. Buna kar�ılık hidroksi apatit jel ile birlikte farklıla�mı� kök hücre uygulamasının daha iyi yeni kemik olu�umu ve osteoid üretimi yanısıra fibröz dokuyu azalttığı ve hücresel aktiviteyi arttırdığı bulundu. Farklıla�mı� kök hücre uygulamasının biyomateryal katkısı ile birlikte 6 haftalık iyile�me periyodunda olan kritik hacimli defektlerde anlamlı (P<0.05) bir �ekilde tedaviyi hızlandırdığı, etkinle�tirdiği ve daha kaliteli kemik olu�umunu sağladığı belirlendi. Kemik formasyonunun biyomühendislik aracılığı ve kök hücre yardımı ile etkinle�tirilmesi kırık tedavisi ve rekonstrüksiyon uygulamalarında hastalara daha kaliteli bir ya�amı sunması nedeni ile giderek önem kazanmaktadır. Anahtar sözcükler: Kemik iliği stromal hücre, İyile�me, Kritik hacim defekti, Doku mühendisliği,  Hidroksi apatit jel, NOS, Apoptoz  İletişim (Correspondence) ℡ +90 533 3373821  mituglu@yahoo.com, ituglu@bayar.edu.tr