Cellule MC3T3-E1 — Il modello di pre-osteoblasti di riferimento per la ricerca sulla biologia ossea
Data di creazione: 6 luglio 2026 | Ultima revisione: 6 luglio 2026 | Di Henri Schwegler
Introduzione
Cellule MC3T3-E1, note anche con i sinonimi Mc3T3-E1, MC3T3E1, MC-3T3-E1 e MC 3T3-E1 (codice di accesso Cellosaurus CVCL_0409), rappresentano una delle linee cellulari pre-osteoblastiche più utilizzate nella moderna biologia ossea. Isolate dalla calotta cranica di topi neonati da Kodama e colleghi nel 1981 e ulteriormente caratterizzate da Sudo et al. nel 1983, queste cellule immortalizzate spontaneamente sono state selezionate per la loro elevata attività della fosfatasi alcalina (ALP) allo stato confluente. [1] La loro capacità di attraversare fasi ben definite di proliferazione e differenziazione — fino a formare, in vitro, una matrice ossea mineralizzata — le ha rese uno strumento indispensabile per lo studio dell’osteogenesi, del rimodellamento osseo e degli effetti di agenti farmacologici, biomateriali e alterazioni genetiche sulla funzione degli osteoblasti. Oggi, le cellule MC3T3-E1 rivestono un ruolo di primo piano nella ricerca che spazia dall’osteoporosi alla scienza degli impianti, all’ingegneria tissutale e alla biologia spaziale.
Punti chiave
- MC3T3-E1 è una linea cellulare murina di pre-osteoblasti immortalizzata spontaneamente, derivata dalla calotta cranica di topi neonati.
- Le cellule attraversano fasi distinte di proliferazione e differenziazione, che culminano nella formazione di una matrice mineralizzata in vitro.
- L'elevata attività dell'ALP e l'espressione dei marcatori osteoblastici (RUNX2, OCN, OPN, Col1A1) ne fanno un modello affidabile per lo studio dell'osteogenesi.
- Dalla linea parentale sono stati ottenuti numerosi sottocloni derivati con diverso potenziale di differenziazione e mineralizzazione.
- Le cellule MC3T3-E1 trovano ampio impiego nei test sui biomateriali, nella scoperta di nuovi farmaci, nella ricerca sull’osteoporosi e nell’ingegneria dei tessuti ossei.
- L'identità delle linee cellulari dovrebbe essere verificata sistematicamente mediante profilazione STR o SNP per evitare errori di identificazione e contaminazione incrociata. [2]
Che cos’è l’MC3T3-E1?
MC3T3-E1 è una linea cellulare clonale di pre-osteoblasti di origine murina, immortalizzata spontaneamente, con numero di accesso Cellosaurus CVCL_0409. È stata ottenuta dal tessuto osseo della calotta cranica di un topo neonato (di età inferiore a un giorno) di sesso non specificato. All’animale donatore non era associata alcuna patologia. La linea cellulare è stata selezionata in base all’elevata attività dell’ALP allo stato confluente, una proprietà che ne preannunciava la spiccata capacità di osteogenesi in vitro. Nella fase di crescita, le cellule MC3T3-E1 presentano una morfologia fibroblastica e formano colture multistrato. A seguito di induzione, si differenziano in osteoblasti, producono una matrice extracellulare collagenea e, infine, danno origine a noduli mineralizzati contenenti cellule simili agli osteociti incorporate nella matrice ossea. [1] Il tempo di raddoppio varia da 24 a 48 ore in condizioni di coltura standard.
L'analisi mediante array SNP ha confermato l'origine del ceppo C57BL/6 delle cellule MC3T3-E1 ed è stata utilizzata per identificare le alterazioni cariotipiche associate al passaggio a lungo termine. [3] La linea esprime marcatori chiave degli osteoblasti, tra cui RUNX2, la sialoproteina ossea, l’osteocalcina e l’osteopontina, in particolare nei sottocloni mineralizzanti. [4] Una serie di sottocloni derivati — tra cui MC3T3-E1, sottoclone 14 Le cellule e il sottoclone 4 — sono state isolate dalla linea parentale e mostrano vari gradi di differenziazione e potenziale di mineralizzazione sia in vitro che in vivo.
Informazioni sulla coltura cellulare
- Medio
- Le condizioni di coltura dettagliate sono disponibili sulla pagina del prodotto Cytion.
- Densità di semina
- Per ulteriori dettagli, consultare la pagina del prodotto Cytion.
- Mezzo di congelamento
- Per ulteriori dettagli, consultare la pagina dedicata al prodotto Cytion.
- Tempo di raddoppio
- 24–48 ore
- Tipo di crescita
- Aderente
Vantaggi delle cellule MC3T3-E1
Le cellule MC3T3-E1 offrono un modello ben definito e riproducibile dell’intera sequenza di sviluppo degli osteoblasti. A differenza degli osteoblasti primari del cranio, che sono eterogenei e difficili da mantenere, le cellule MC3T3-E1 sono di origine clonale e possono essere coltivate in modo coerente in diversi laboratori. La loro capacità di passare da pre-osteoblasti proliferanti a osteoblasti che depositano la matrice e infine a noduli mineralizzati incorporati negli osteociti le rende particolarmente adatte per studi temporali sull’osteogenesi. Il lavoro pionieristico di Yohay et al. ha definito le distinte fasi proliferative e di differenziazione delle cellule MC3T3-E1 in coltura, affermandole come modello in vitro quantitativo dello sviluppo degli osteoblasti. [5] Tale studio ha dimostrato che le cellule MC3T3-E1 subiscono una sequenza prevedibile di arresto della crescita, maturazione della matrice e mineralizzazione — fasi che rispecchiano fedelmente l’ontogenesi degli osteoblasti in vivo.
Un ulteriore vantaggio è rappresentato dalla disponibilità di sottocloni ben caratterizzati che garantiscono flessibilità sperimentale. Wang et al. hanno isolato una serie di sottocloni dalla linea parentale MC3T3-E1, dimostrando che i sottocloni mineralizzanti esprimono selettivamente la sialoproteina ossea, l’osteocalcina, e del recettore del PTH/PTHrP, mentre l’espressione della fosfatasi alcalina era presente sia nei sottocloni mineralizzanti che in quelli non mineralizzanti. [4] Questa risorsa consente ai ricercatori di selezionare sottocloni con fenotipi definiti, adeguati alle loro esigenze sperimentali. Inoltre, le cellule rispondono in modo marcato a un’ampia gamma di stimoli osteogenici — tra cui l’acido ascorbico, il beta-glicerofosfato, il BMP-2, il desametasone e numerose piccole molecole — rendendole ideali per studi farmacologici e meccanicistici.
Le cellule MC3T3-E1 sono inoltre altamente adatte alla manipolazione molecolare. Tollerano la trasfezione, la trasduzione virale e l’editing genetico basato su CRISPR ed esprimono vie di segnalazione endogene (Wnt/β-catenina, BMP/SMAD, PI3K/AKT) direttamente rilevanti per la fisiopatologia ossea. La loro origine murina facilita l’integrazione con modelli murini in vivo di osteoporosi e di guarigione delle fratture, rafforzando il valore traslazionale dei risultati ottenuti in vitro.
Limiti delle cellule MC3T3-E1
Nonostante il loro ampio utilizzo, le cellule MC3T3-E1 presentano alcune importanti limitazioni. Trattandosi di una linea immortalizzata spontaneamente, possono accumulare anomalie cariotipiche nel corso di passaggi prolungati. L’analisi tramite array SNP ha rivelato un’aneuploidia diffusa nelle colture di MC3T3-E1 e le alterazioni a livello genomico potrebbero influire sulla riproducibilità dei test di differenziazione a numeri elevati di passaggi. [3] Anche la linea parentale originale può subire una perdita spontanea della capacità di mineralizzazione, come dimostrato da Baba, il quale ha isolato un sottoclone non mineralizzante (MC3T3-NM4) dalla popolazione parentale MC3T3-E1 — una scoperta che sottolinea la necessità di un attento monitoraggio della competenza di differenziazione nel corso dei passaggi. [6]
La variabilità delle prestazioni osteogeniche dei sottocloni MC3T3-E1 disponibili in commercio rappresenta un’ulteriore fonte di variabilità sperimentale. La ricerca ha dimostrato che subcloni diversi (ad esempio, il Subclone 4 rispetto al Subclone 14) presentano cinetiche di mineralizzazione e profili di espressione dei geni marcatori marcatamente diversi; pertanto, il confronto diretto dei risultati tra laboratori che utilizzano subcloni diversi deve essere effettuato con cautela. Anche la composizione del terreno di coltura influenza in modo significativo i risultati osteogenici: studi che hanno valutato le cellule MC3T3-E1 in diversi terreni di coltura hanno riportato differenze sostanziali nell’attività dell’ALP, nella deposizione di collagene e nella calcificazione — evidenziando l’importanza della standardizzazione del terreno di coltura nella progettazione sperimentale.
Infine, le cellule MC3T3-E1 sono di origine murina, il che ne limita la rilevanza traslazionale diretta per la previsione delle risposte degli osteoblasti umani. Le differenze specifiche per specie nella farmacologia dei recettori, nella segnalazione delle citochine e nella regolazione genica implicano che i risultati debbano essere convalidati in sistemi di osteoblasti umani prima di qualsiasi estrapolazione clinica. Si raccomanda vivamente di effettuare l’autenticazione di routine delle linee cellulari tramite profilazione STR o metodi basati sul sequenziamento di nuova generazione, al fine di escludere la contaminazione incrociata prima di avviare gli esperimenti. [2]
Applicazioni
Differenziazione degli osteoblasti e modellizzazione dell'osteogenesi
L'applicazione fondamentale delle cellule MC3T3-E1 è quella di modello quantitativo della differenziazione osteoblastica. Lo studio di riferimento condotto da Yohay et al. ha caratterizzato distinti stadi proliferativi e di differenziazione delle cellule murine MC3T3-E1 in coltura, fornendo un quadro temporale per comprendere come questi pre-osteoblasti passino attraverso le fasi di crescita, maturazione della matrice e mineralizzazione. [5] Tale lavoro ha definito la linea cellulare come un modello in vitro idoneo per l’osteogenesi e ha stabilito parametri di riferimento sperimentali — quali l’attività dell’ALP, la deposizione della matrice di collagene e la mineralizzazione dei noduli — che sono ancora oggi di uso comune. La chiarezza di queste fasi di sviluppo ha reso la linea MC3T3-E1 lo standard di riferimento rispetto al quale vengono valutati i nuovi protocolli osteogenici e i terreni di coltura per la differenziazione.
Gli studi sulle vie di segnalazione hanno utilizzato le cellule MC3T3-E1 per analizzare i meccanismi molecolari dell’osteogenesi. Wang et al. hanno dimostrato che l’apelina-13 attiva la via BMP4/SMAD1/5/8 attraverso il suo recettore APJ, regolando al rialzo i marcatori osteogenici ALP, osteocalcina, osteopontina e Col1A1 e aumentando l’espressione di RUNX2 sia a livello di mRNA che a livello proteico nelle cellule MC3T3-E1. [7] È stata inoltre studiata la regolazione della differenziazione da parte dei microRNA: Zhai et al. hanno dimostrato che l’asse miR-211-5p/FOXO3 promuove la differenziazione osteogenica delle cellule MC3T3-E1 e delle BMSC attraverso l’attivazione della via Wnt/β-catenina, con implicazioni per la guarigione delle fratture osteoporotiche. [8] La ricerca sullo stress da taglio dei fluidi condotta utilizzando cellule MC3T3-E1 ha inoltre rivelato che l’autofagia mediata dall’Annexina A6 regola la differenziazione osteogenica indotta meccanicamente, una scoperta rilevante per la comprensione della fisiologia delle ossa sottoposte a carico. [9]
Le cellule MC3T3-E1 sono state utilizzate per formare sferoidi tridimensionali che riproducono meglio il microambiente osteoblastico in vivo. Wen et al. hanno generato sferoidi spontanei di MC3T3-E1 utilizzando un sistema di coltura a bassa adesione e hanno dimostrato un aumento significativo dell’attività dell’ALP e dell’espressione genica osteogenica rispetto alle colture monostrato. [10] Questi sferoidi hanno favorito la rigenerazione dell'osso alveolare e hanno inibito l'infiammazione in un modello murino di autotrapianto dentale, mettendo in evidenza l'importanza dei sistemi di coltura tridimensionali basati su cellule MC3T3-E1 per le applicazioni di ingegneria tissutale.
Ricerca sull'osteoporosi e sviluppo di farmaci
Le cellule MC3T3-E1 fungono da piattaforma primaria in vitro per la valutazione di potenziali terapie contro l’osteoporosi. È stato dimostrato che la quercetina, un flavonoide presente in natura, attenua la disfunzione degli osteoblasti nei ratti osteoporotici regolando la ferroptosi attraverso la via di segnalazione Nrf2/SLC7A11/GPX4; la validazione in vitro condotta sulle cellule MC3T3-E1 ha confermato il ruolo di tale via nella sopravvivenza e nella funzione degli osteoblasti. [11] Analogamente, l’estratto proteico di corna di cervo (PAE) ha favorito la vitalità, la proliferazione e la differenziazione osteogenica delle cellule MC3T3-E1, attivando al contempo la via di segnalazione Wnt/β-catenina, in linea con i suoi effetti benefici sulla microarchitettura trabecolare nei ratti ovariectomizzati. [12]
Anche i polisaccaridi derivati da piante medicinali tradizionali sono stati valutati utilizzando le cellule MC3T3-E1 come componente in vitro di una più ampia indagine sull’anti-osteoporosi. Yang et al. hanno caratterizzato due polisaccaridi di Psoralea corylifolia e ne hanno dimostrato la capacità di stimolare l’attività osteogenica nelle cellule MC3T3-E1, a conferma dei risultati in vivo relativi al miglioramento della densità minerale ossea in topi affetti da osteoporosi indotta da glucocorticoidi. [13] È stato dimostrato che le nanoparticelle di curcumina, in combinazione con il narlumosbart, potenziano in modo sinergico la differenziazione degli osteoblasti nelle cellule MC3T3-E1 attraverso la via Wnt/β-catenina, offrendo una strategia combinata basata sulle nanoparticelle per la riparazione dei traumi ossei. [14]
L’osteomielite, una grave infezione ossea, è stata studiata utilizzando cellule MC3T3-E1 trattate con la proteina A stafilococcica (SPA) come modello di infezione in vitro. Chen et al. hanno utilizzato la randomizzazione mendeliana in combinazione con questi esperimenti in vitro per dimostrare che il metabolita circolante p-cresolo solfato compromette la proliferazione delle cellule MC3T3-E1 e la differenziazione osteogenica, fornendo nuove informazioni meccanicistiche sui fattori metabolici alla base della patogenesi dell’osteomielite. [15] L'inibizione della ferroptosi mediante ferrostatina-1 è stata studiata anche nelle cellule MC3T3-E1, con risultati che suggeriscono che la soppressione della morte cellulare ferroptotica migliori la vitalità degli osteoblasti e l'attività di formazione ossea.
Biomateriali, scienza degli impianti e ingegneria dei tessuti ossei
Le cellule MC3T3-E1 rappresentano lo standard di riferimento per la valutazione della biocompatibilità e del potenziale osteoinduttivo dei nuovi biomateriali. Liu et al. hanno sviluppato uno scaffold in idrossiapatite carbonatica (Tb-CHA) e hanno utilizzato le cellule MC3T3-E1 per dimostrare che il materiale migliorava significativamente la proliferazione e la differenziazione cellulare in vitro; la successiva validazione in vivo, condotta su un modello di difetto cranico nel ratto, ne ha confermato le capacità osteogeniche e angiogeniche. [16] La possibilità di correlare le risposte in vitro della linea cellulare MC3T3-E1 con i risultati della rigenerazione ossea in vivo rende questa linea cellulare particolarmente preziosa nella progettazione iterativa di materiali sostitutivi dell'osso.
L'ingegneria delle superfici degli impianti in titanio si è basata in larga misura sulle cellule MC3T3-E1 per quantificare il potenziale di osteointegrazione. Liao e Li hanno realizzato un rivestimento composito a base di epigallocatechina-3-gallato (EGCG), idrossiapatite (HAP) e nanoparticelle d’argento (AgNPs) su superfici in titanio e hanno dimostrato che questo rivestimento a base di EGCG/HAP/AgNPs migliorava contemporaneamente l’attività antibatterica e favoriva l’adesione, la proliferazione e la differenziazione osteogenica delle cellule MC3T3-E1. [17] Questi risultati dimostrano come le cellule MC3T3-E1 contribuiscano a ottimizzare i rivestimenti degli impianti, che devono garantire un equilibrio tra efficacia antimicrobica e compatibilità con le cellule dell'ospite.
Le nanoparticelle di ossido di zinco (ZnO-NP) rappresentano un’altra classe di materiali biomedici valutati nelle cellule MC3T3-E1. Ryu et al. hanno valutato sistematicamente gli effetti, in funzione della concentrazione, degli estratti di ZnO-NP sulla citocompatibilità e sull’attività osteogenica, riscontrando che basse concentrazioni favorivano le risposte osteoblastiche, mentre concentrazioni più elevate risultavano citotossiche. [18] Questa caratterizzazione dose-dipendente sottolinea l’importanza di utilizzare test standardizzati su MC3T3-E1 nel definire i margini di sicurezza ed efficacia delle strategie di riparazione ossea basate sui nanomateriali. Anche la tecnologia del plasma atmosferico freddo (CAP) è stata valutata per la sua capacità di stimolare la differenziazione osteogenica delle cellule MC3T3-E1 in modo dipendente dal tempo, aprendo la strada a potenziali applicazioni nella rigenerazione dell’osso alveolare. [19]
Micrografità e meccanobiologia
Le cellule MC3T3-E1 hanno fornito informazioni fondamentali su come lo scarico meccanico e gravitazionale influisca sulla biologia degli osteoblasti. Hughes-Fulford e Lewis hanno lanciato gli osteoblasti MC3T3-E1 a bordo della missione dello Space Shuttle STS-56 e hanno dimostrato che le cellule attivate in condizioni di microgravità presentavano una crescita compromessa nonostante la normale stimolazione sierica, con un’alterazione dell’organizzazione del citoscheletro e una ridotta sintesi di prostaglandine rispetto ai controlli a terra. [20] Questi risultati hanno fornito una base meccanicistica a livello cellulare per la ben documentata perdita di densità minerale ossea riscontrata negli astronauti durante i voli spaziali di lunga durata.
Successivi studi condotti da Hughes-Fulford hanno esteso queste osservazioni all’espressione genica e alla trasduzione del segnale, dimostrando che la microgravità altera il programma trascrizionale degli osteoblasti MC3T3-E1 in modi che contribuiscono a spiegare la ridotta formazione ossea in assenza di carico gravitazionale. [21] Nel loro insieme, questi studi di biologia spaziale hanno consacrato le cellule MC3T3-E1 come il principale modello in vitro per lo studio delle conseguenze cellulari della microgravità sullo scheletro, con diretta rilevanza per lo sviluppo di contromisure contro la perdita ossea nella medicina spaziale.
Sulla Terra, gli studi di meccanobiologia hanno sfruttato il sistema MC3T3-E1 per comprendere in che modo lo stress da taglio dei fluidi — un indicatore del flusso interstiziale nelle reti lacunocanalicolari ossee — regoli la differenziazione degli osteoblasti. La ricerca ha dimostrato che l’autofagia mediata dall’AnnexinA6 collega la stimolazione meccanica all’espressione genica osteogenica nelle cellule MC3T3-E1, fornendo dettagli molecolari su come le cellule ossee percepiscono e rispondono al carico fisico. [9] Queste applicazioni nel campo della meccanobiologia collocano le cellule MC3T3-E1 all’intersezione tra la biofisica e la medicina rigenerativa.
Rigenerazione parodontale e dell'osso alveolare
La perdita ossea correlata alla parodontite rappresenta una delle principali sfide cliniche e le cellule MC3T3-E1 sono diventate uno strumento fondamentale in vitro per la valutazione delle strategie di rigenerazione parodontale. Kong et al. hanno sviluppato un nanomateriale multifunzionale a base di carbon dot (ASA-ALN-CDs) derivato dall’aspirina e dall’alendronato sodico che ha dimostrato una potente attività antibiofilm contro i patogeni parodontali e ha favorito la differenziazione osteogenica delle cellule MC3T3-E1 in condizioni infiammatorie. [22] In un modello di parodontite nei ratti, il materiale ha ridotto la perdita di osso alveolare e l'infiammazione inibendo la via di segnalazione HIF-1α; i dati in vitro ottenuti con le cellule MC3T3-E1 hanno fornito una conferma meccanicistica diretta degli effetti osservati in vivo.
Gli studi sul plasma atmosferico freddo (CAP) si sono concentrati specificatamente sulla rigenerazione dell’osso alveolare, esponendo le cellule MC3T3-E1 a una sorgente CAP a elio personalizzata. Negrescu et al. hanno dimostrato che il trattamento con CAP ha modulato la sopravvivenza cellulare e la differenziazione osteogenica in modo dipendente dal tempo, valutato tramite saggi live/dead, saggi di vitalità CCK-8, misurazioni dell’attività dell’ALP e caratterizzazione morfologica. [19] Questi risultati hanno indicato la CAP come potenziale terapia fisica complementare per i difetti dell'osso alveolare, mentre le cellule MC3T3-E1 hanno fornito i dati quantitativi sulla differenziazione necessari per ottimizzare i parametri del trattamento.
L'approccio basato sulla coltura tridimensionale di sferoidi sviluppato con le cellule MC3T3-E1 riveste un'importanza diretta per la medicina rigenerativa dentale. Il sistema costituito da sferoidi e scaffold di collagene valutato da Wen et al. in un modello di autotrapianto dentale ha ottenuto una rigenerazione dell’osso alveolare e un’espressione genica antinfiammatoria superiori rispetto ai controlli con cellule in monostrato, suggerendo che la maggiore attività paracrina degli sferoidi MC3T3-E1 possa tradursi in benefici clinicamente significativi nella guarigione dell’alveolo dentale. [10]
Conclusione
Le cellule MC3T3-E1 rimangono un modello indispensabile e ampiamente convalidato per la ricerca nel campo della biologia ossea. Dalla loro caratterizzazione originaria come linea clonale di pre-osteoblasti in grado di mineralizzarsi in vitro, al loro attuale impiego in campi all’avanguardia quali la bio-stampa 3D, la somministrazione di farmaci basata su nanoparticelle, la rigenerazione parodontale e la medicina spaziale, queste cellule hanno dimostrato una straordinaria versatilità scientifica. Le loro fasi di differenziazione ben definite, la forte espressione dei marcatori e la reattività a un’ampia gamma di stimoli osteogenici le rendono la linea cellulare di riferimento per la valutazione di nuovi biomateriali, l’identificazione di bersagli terapeutici nell’osteoporosi e nell’osteomielite e l’analisi delle vie di segnalazione che regolano la formazione ossea. Che si tratti di studi sulla ferroptosi, sulla meccanobiologia o sui rivestimenti per impianti di nuova generazione, le cellule MC3T3-E1 offrono la piattaforma riproducibile e biologicamente rilevante di cui la vostra ricerca ha bisogno. Esplorate le specifiche complete o effettuate l’ordine Cellule MC3T3-E1 direttamente su cytion.com.
Pubblicazioni principali
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- Hughes-Fulford M, Lewis ML (1996) Effetti della microgravità sull'attivazione della crescita degli osteoblasti. Experimental Cell Research. PMID: 8612673
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