Dieses Projekt wurde vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF # 310030-127586/1) unterstützt.

1. Bandscheiben-Harvesting <ol><li> Ganze Länge Rinder Schwanz ist von einem örtlichen Schlachthof erhalten, wenn möglich, ohne Haut, da die Anwesenheit der Haut erhöht sich die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination (Abb. 2). </li><li> Bereiten Sie große Schneidebrett und bereiten sterile Arbeitsplatz und Instrumente auf einem Schneidebrett (Abb. 2). </li><li> Bereiten Sie unter der sterilen Laminarströmungshaube steriler Gaze angefeuchtet mit 0,9% Natriumchlorid enthalten, 55mm Natriumcitrat und in jedes Well der 6-Well-Platte. </li><li> Bereiten Sie eine Schüssel und verdünnt 1:100 Betadine Lösung mit Leitungswasser. </li><li> Tauchen Sie den gesamten Rinder-tail in einem Becken mit 1% Betadine Lösung für 5 min. </li><li> Kurz trocknen Schwanz mit steriler Gaze und legen Sie sie auf sterile Arbeitsplatz. </li><li> Entfernen Sie vorsichtig Muskeln rund um den Schwanz mit Skalpell Nr. 22. </li><li> Hacken weg die Teile des Schwanzes, die nicht benötigt werden, in der Regel an beiden Enden des Schwanzes, die relativ große und sehr kleine enthaltenIVD (Abb. 3). </li><li> Trim weiter die Muskeln und Sehnen auf der ganzen IVD mit Skalpell Nr. 10. Vorsicht nicht auf die äußeren Ring der Scheiben schneiden. </li><li> Mark der vorderen des IVD mit einem chirurgischen Hautmarker (dieser Schritt ist optional, hilft es, das Zentrum für axiale Rotation in unsere Bioreaktor zu bestimmen). </li><li> Suchen Sie den IVD und Wirbel Anschlusspunkt, indem Sie den Schwanz sanft. Spüren Sie die Grenze zwischen IVD und Knochen mit der stumpfen Seite eines Skalpell. Die Spaltung Website sollte 1-2 mm entfernt von der IVD in Richtung des Wirbels werden. Legen Sie maßgeschneiderte industrielle Messerhalter auf die Spaltung Website (Abb. 4). </li><li> Cleave IVD und Wirbel durch Hämmern auf der Oberseite des maßgeschneiderten industriellen Messerhalter (Abb. 3). </li><li> Wiederholen Sie auf der anderen Seite des IVD-Wirbel-Verbindung. </li><li> Wrap isoliert IVD mit steriler Gaze angefeuchtet mit 0,9% Natriumchlorid enthalten, 55mm Natriumcitrat. </li><li> Fahren Sie mit der Isolierung von IVD, um die gewünschte Sample-Nummer (in der Regel rund 6 könnengeerntet werden mit einem Durchmesser zwischen 10-20 mm). </li><li> Schließen Sie das Jet-Lavage System (Zimmer, inkl..) Mit steriler Ringer-Laktat-Lösung werden 5L Beutel eine nützliche Größe (alternativ sterile PBS oder 0,9% iger Kochsalzlösung). </li><li> Halten Sie die IVD mit einer Pinzette und Jet-Lavage beiden Seiten der Endplatte Oberfläche mit Zimmer Pulsavac Jet-Lavage System (Abb. 1C). Die Jet-Pistole sollte auf der Endplatte Oberfläche in einem Winkel zwischen 30 Schuss - 60 ° für ca. 30s auf jeder Seite. (Abb. 1 und 7) </li><li> Setzen Sie den IVD zurück zu den 6-Well-Platte und wickeln mit angefeuchteten Mull, während Jet Waschen eine andere Disc Probe. </li><li> IVD sind bereit für Orgel Kultur und down-stream-Applikationen (zB die Lebensfähigkeit der Zellen, mechanische Belastung, Orgelkultur) (Abb. 1D). </li></ol> 2. Repräsentative Ergebnisse Outcome-Messungen zu einer erfolgreichen Bandscheiben-Vorbereitung Richter kann eine Diffusion Experiment sein, wo ein kleines Molekulargewicht Fluoreszenzfarbstoff (zB Procion Red)bereit ist, als eine 1% ige Lösung in PBS 2. Der IVD ist dann mit mindestens 100 ml Farbstofflösung und der Farbstoff wird dann erlaubt, passiv diffundieren in die IVD für 24 Stunden unter freiem Schwellung gehalten. Der IVD ist dann in flüssigem Stickstoff schockgefroren und brachte wieder auf Raumtemperatur und dehydrierte durch eine Reihe von Aceton Transfers (first in -80 ° C, dann -20 ° C, dann 4 ° C und schließlich auf Raumtemperatur vorgekühlt ). Die Disc kann dann in Poly-Methyl-Acrylat (PMMA) eingebettet und mit einem scharfen Messer bis 100 Mikrometer dicke Schnitte erzeugen. Diese Abschnitte können dann von jedem Standard-Hellfeld-Mikroskop, sondern vorzugsweise durch Verwendung von Fluoreszenz-Mikroskopie seit Procion Red emittiert eine rote Fluoreszenz (Abb. 5-6) eingesehen werden. Die trabeculi der knöchernen Oberfläche erscheinen sehr sauber nach dem jet lavaging Schritt (Abb. 7). Parameter für eine erfolgreiche Orgelkultur sind in erster Linie das Fehlen von Verschmutzungen, erhalten die Lebensfähigkeit der Zellen (Abb. 8-9), Disc-Höhe undGesamt-Wertung &quot;Disc Integrität&quot;, mit histologischen Schnitten und Safranin O / schnell grün färben oder Meyers Hämatoxilin 3 gemessen. Wir entwickelten Protokolle und Makros an anderer Stelle veröffentlicht 4,5 zu leben Bandscheibengewebe färben und die Lebensfähigkeit der Zellen in 3D mit einem konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop und dem Live / Dead Färbekit (Molecular Probes, Invitrogen, Basel, Schweiz) zu scannen. Wir weiterentwickelt einem Makro und Routine, um automatisierte Zellzählung, um die Lebensfähigkeit der Zellen in 3D-Gewebe-oder 3D-Träger mit dem NIH ImageJ-Plattform 6.4 Schätzung durchzuführen. Alternate-Protokolle wurden vorgeschlagen, um die Lebensfähigkeit der Zellen des Disc-Zellen durch anfängliche Verdauung mit sequentiellen Verdau der extrazellulären Matrix mit Pronase und Kollagenase Typ zu bestimmen 2 und dann auf die Zelle Aufhängung 7 Fleck. Eine frühere Version des Protokolls beteiligt einem Inkubationsschritt in PBS, die zehn Mal stärker konzentriert Penicillin / Streptomycin-Konzentration für 10 Minuten nach der Ernte der Scheiben vor Organ culture. Mit dem Jet-Lavage Schritt dieser Schritt hinfällig, da dieser Schritt vorteilhaft erscheint für die Kultivierung Zwecke. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/3490/3490fig1.jpg" /> Abbildung 1. Überblick über die methodischen Schritte an Rinder coccygeal Bandscheiben mit intakten Endplatten und eine dünne Schicht (1-2mm) von Knochen vorzubereiten. A) Schematische Darstellung der Bandscheibe (IVD) und ihre ernährungsphysiologischen Wege. B) Verfahren zum Ausschneiden der IVD mit einer angepassten Klinge-Halter und ein industrielles scharfe Klinge. C) Jet Lavage Schritt, um eine hohe Lebensfähigkeit der Zellen und Stoffaustausch halten die Endplatten und 1-2 mm Knochen auf beiden Seiten angebracht zu ermöglichen. D) Schließlich wird die IVD kann in der Probenkammer eines Bioreaktors kultiviert werden oder für jede down-stream-Anwendung verwendet werden. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/3490/3490fig2.jpg" /> Abbildung 2 TOP:. Volle Länge frischem Rind Schwanz (idealerweise obtainiert innerhalb von 2-3 Stunden post mortem zu hohen Lebensfähigkeit der Zellen zu gewährleisten. Unten: Röntgenaufnahme eines Rinder-Schwanz um 6 Monate, welche die Existenz der Wachstumsfugen (GP), sekundäre Zentrum von Verknöcherung, zwischen den knöchernen Endplatten (EP) und der Wirbelkörpern (VB) im Alter. <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/3490/3490fig3.jpg" /> Abbildung 3. A) Tools, um die Rinder Schwanz unter sterilen Bedingungen zu sezieren. B) Customized Blade-Inhaber, cut-out Bewegungs-Segmente aus der Rinder-Schwanz in Aktion während des Schneidens der Bandscheibe. C) Side-Blick auf den kundenspezifischen Blade-Halter mit einem Standard-Industrie-Klinge (Lutz, Deutschland). <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/3490/3490fig4.jpg" /> Abbildung 4. Zeichnen und Bild von der Rinder-tail nach dem Entfernen der umgebenden Muskeln und Bänder, welche die Spaltung von Websites zum Ausschneiden der Bewegungs-Segmente. Teilweise Wirbel sollte &quot;geknackt&quot; werden with die maßgeschneiderte Messerhalter idealerweise 1-2 mm entfernt von der knorpeligen Endplatten, um sicherzustellen, voller Knochenoberfläche. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/3490/3490fig5.jpg" /> Abbildung 5. Demonstration der effektiven Reinigung des Jet-Lavage Schritt vor (A) und nach (B). Beachten Sie die saubere Knochenoberflächen der Bandscheibe Segmente nach dem Sprühverfahren. <img alt="Abbildung 6" src="/files/ftp_upload/3490/3490fig6.jpg" /> Abbildung 6. Free-Schwellungen Diffusionsversuch an frisch zubereiteten herausgeschnitten Rinder Schwanz Bandscheiben (IVD) für 24 Stunden in 1% Procion rote Lösung links, demonstriert Blockade-Effekt durch das Wachstum Platte. Ein digitales Röntgen sagittale Ansicht eines IVD noch mit dem Wachstum Platte und eine zweite Schicht von Knochen Fluoreszenzmikroskopie Bild sagittal durchschnitten des Steißbeins Rinder Bandscheibe Explantation mit knorpeligen und knöchernen Endplatte nach 24h freie Diffusion. GP: Epiphysenfuge, 2ndry CO: Mittelzentrum der Verknöcherung. <img alt="Abbildung 7" src="/files/ftp_upload/3490/3490fig7.jpg" /> Abbildung 7. Free-Schwellungen Experiment an frisch zubereiteten herausgeschnitten Rinder Schwanz Bandscheiben (IVD) für 24 Stunden in 1% Procion rote Lösung links, zeigt reinigende Wirkung der Jet Lavage Behandlung. Sagittal dicke Abschnitte (~ 100 mm) von Rindern herausgeschnitten IVD mit ~ 1,5-mmthick knöchernen Endplatten, die Jet-Lavage Behandlung (links) Steuerseite ohne Behandlung (rechts) jet-gespült Behandlung unterzog. Inlet zeigt das Spritzbild, die aus dem Zimmer Wundreinigung verwendet wurde 24 Stunden freie Diffusion Experimente von Rindern Bandscheibe Explantate in 1% Procion rot. <img alt="Abbildung 8" src="/files/ftp_upload/3490/3490fig8.jpg" /> Abbildung 8. Live / Dead Bilder von Projektionen der konfokalen Imaging-Stacks (250μm) aus bovin genommene Bandscheibe Segmente mit diesem Jet-Lavage-Methode unter freien Schwellungen für 0 und 14 Tagen jeweils für den Nucleus pulposus (NP), der inneren Faserring (IA) und dem äußeren Faserring (OA) gehalten vorbereitet. Grüne Zellen = lebende Zellen von Calcein AM (Acetyl-Methylester) gefärbt, rote Blutkörperchen = tote Zellen Kern von Ethidium Homodimer-1 gefärbt. <img alt="Abbildung 9" src="/files/ftp_upload/3490/3490fig9.jpg" /> Abbildung 9. Zellviabilitätsmessungen der Bandscheibe mit Hilfe der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie an lebenden Gewebe und 3D-Stapel scannen. Die Lebensfähigkeit der Zellen des Nucleus pulposus (NP) und Faserring (AF) über die 21-Tage-Kultur unter free-Schwellungen Zustand. (Mittelwert ± SEM, N = 6) Statistische Unterschiede wurden mit nicht-parametrischen Kruskal-Wallis unterzeichnet Rangsummentest zwischen den Gruppen. Signifikante Unterschiede wurden zwischen Tag 21 und allen anderen Zeitpunkten in NP gefunden. Während in AF signifikanten Unterschiede zwischen Tag 7 gefundenTag 0. (* P &lt;0,05, ** p &lt;0,01).

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	<li>Lee, C. R., Iatridis, J. C., Poveda, L., Alini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+organ+culture+of+the+bovine+intervertebral+disc:+effects+of+vertebral+endplate+and+potential+for+mechanobiology+studies.">In vitro organ culture of the bovine intervertebral disc: effects of vertebral endplate and potential for mechanobiology studies.</a> Spine (Phila Pa 1976). 31, 515-522 (1976).</li><li>Chan, S. C. W., Gantenbein-Ritter, B., Leung, V. Y., Chan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryopreserved+intervertebral+disc+with+injected+bone+marrow-derived+stromal+cells:+a+feasibility+study+using+organ+culture.">Cryopreserved intervertebral disc with injected bone marrow-derived stromal cells: a feasibility study using organ culture.</a> Spine. J. 10 (6), 486-496 (2010).</li><li>Chan, S. C., Ferguson, S. J., Wuertz, K., Gantenbein-Ritter, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+Response+of+the+Intervertebral+Disc+to+Repetitive+Short+Term+Cyclic+Torsion.">Biological Response of the Intervertebral Disc to Repetitive Short Term Cyclic Torsion.</a> Spine (Phila Pa 1976). , (2011).</li><li>Gantenbein-Ritter, B., Sprecher, C. M., Chan, S., Illien-J&#252;nger, S., Grad, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confocal+imaging+protocols+for+live/dead+staining+in+three-dimensional+carriers.">Confocal imaging protocols for live/dead staining in three-dimensional carriers.</a> Methods Mol. Biol. 740, 127-140 (2011).</li><li>Gantenbein-Ritter, B., Potier, E., Zeiter, S., van der Werf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accuracy+of+three+techniques+to+determine+cell+viability+in+3D+tissues+or+scaffolds.">Accuracy of three techniques to determine cell viability in 3D tissues or scaffolds.</a> Tissue Engineering Part C Methods. 14, 353-358 (2008).</li><li>Rasband, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ImageJ. , (1997).</li><li>Haschtmann, D., Stoyanov, J. V., Ettinger, L., Nolte, L. P., Ferguson, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishment+of+a+novel+intervertebral+disc/endplate+culture+model:+analysis+of+an+ex+vivo+in+vitro+whole-organ+rabbit+culture+system.">Establishment of a novel intervertebral disc/endplate culture model: analysis of an ex vivo in vitro whole-organ rabbit culture system.</a> Spine. 31, 2918-2925 (2006).</li><li>Gantenbein, B., Gr&#252;nhagen, T., Lee, C. R., van Donkelaar, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+in+vitro+organ+culturing+system+for+intervertebral+disc+explants+with+vertebral+endplates:+a+feasibility+study+with+ovine+caudal+discs.">An in vitro organ culturing system for intervertebral disc explants with vertebral endplates: a feasibility study with ovine caudal discs.</a> Spine. 31, 2665-2673 (2006).</li><li>Korecki, C. L., Kuo, C. K., Tuan, R. S., Iatridis, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intervertebral+disc+cell+response+to+dynamic+compression+is+age+and+frequency+dependent.">Intervertebral disc cell response to dynamic compression is age and frequency dependent.</a> J. Orthop. Res. 27, 800-806 (2009).</li><li>Korecki, C. L., MacLean, J. J., Iatridis, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+compression+effects+on+intervertebral+disc+mechanics+and+biology.">Dynamic compression effects on intervertebral disc mechanics and biology.</a> Spine (Phila Pa 1976). 33, 1403-1409 (1976).</li><li>Jim, B., Steffen, T., Moir, J., Roughley, P., Haglund, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+an+intact+intervertebral+disc+organ+culture+system+in+which+degeneration+can+be+induced+as+a+prelude+to+studying+repair+potential.">Development of an intact intervertebral disc organ culture system in which degeneration can be induced as a prelude to studying repair potential.</a> European Spine Journal. , 1-11 (2011).</li></ol>

Wir haben nichts zu offenbaren.

Der erste Schritt für eine erfolgreiche Orgelkultur ist, um sicherzustellen, dass die Explantation sollte nicht kontaminiert werden. Die Rute sollte gehäutet, bevor Sie mit dem Verfahren beginnen. Jedes Tier Haare in ein steriles Labor gebracht werden konnte in Bezug auf die Kontamination problematisch. Die Rinder Schwanz sollte idealerweise so frisch wie möglich (dies betrifft zunächst die Lebensfähigkeit der Zellen). Darüber hinaus ist die betadine Waschschritt empfohlen, das Risiko einer Kontamination weiter zu...

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare (optional) </td></tr><tr><td colspan="4"> Frischem Rind Bandscheibengewebe aus Rinder-Tails aus den örtlichen Schlachthof (im Idealfall innerhalb weniger Stunden post mortem und ohne Haut). </td></tr><tr><td> Pulsavac Plus AC-System </td><td> Zimmer inkl.., Schweiz </td><td> 00-5150-486-01 </td><td> Beste Leistung mit dem Hip-Sprühkopf und mit AC-Netzteil (das mit der 8 AA Akkus hat auch, ist aber weniger komfortabel) </td></tr><tr><td> High Capacity Fan Spray w / Splash Shield, 12,7 cm Länge </td><td> Zimmer inkl.., Schweiz </td><td> 00-5150-175-00 </td><td> Es gibt mehrere Sprühköpfe zur Verfügung, testeten wir diese erfolgreich </td></tr><tr><td> Skalpellklingen Nr. 22 und Nr. 10 </td><td> Swann-Mortauf, England </td><td> Nr. 10: 0201 Nr. 22: 0208 </td><td></td></tr><tr><td> Scalpel Messerhalter # 3 und # 4 </td><td> Hausmann, Deutschland </td><td> # 3: 06.103.00 # 4: 06.104.00 </td><td></td></tr><tr><td> Lutz industriellen Klinge </td><td> Lutz, Deutschland </td><td> 1022.0884 </td><td></td></tr><tr><td> Phosphat-gepufferte Saline (PBS) </td><td> Invitrogen, Schweiz </td><td> 10010-023 </td><td></td></tr><tr><td> Dulbecco Modified Eagle Medium (DMEM) </td><td> Gibco, Schweiz </td><td> 11960-044 </td><td></td></tr><tr><td> Ringer-Laktat-Lösung (ohne Glukose) </td><td> Bichsel, Schweiz </td><td> 133 0002 </td><td></td></tr><tr><td> 6-well Multi-Well-Platte </td><td> TPP, Schweiz </td><td> 92006 </td><td></td></tr><tr><td> Betadine Lösung </td><td> Mundipharma, Schweiz </td&gt; <td> 10055025 </td><td></td></tr><tr><td> Chirurgische Hautmarker </td><td> Porex Surgical, Schweiz </td><td> 9560 </td><td></td></tr><tr><td> Große Schneidebrett </td><td></td><td></td><td> Jede Marke ist möglich </td></tr></tbody></table>

preparation of intact bovine tail intervertebral discs for organ culture

Die Bandscheibe (IVD) ist das Gelenk der Wirbelsäule verbinden Wirbel zu Wirbel. Es funktioniert nach Belastung der Wirbelsäule übertragen und bieten die Flexibilität, um die Wirbelsäule. Es komponiert aus drei Abteilungen: der innerste Kern pulposus (NP) umfasst von der Faserring (AF), und zwei knorpeligen Endplatten Anschluss der NP und AF auf die Wirbelkörper auf beiden Seiten. Bandscheibenbedingte Schmerzen möglicherweise durch degenerative Bandscheibenleiden (DDD) und Bandscheibenvorfälle verursacht hat, als ein großes Problem in unserer modernen Gesellschaft identifiziert worden. Zur Untersuchung möglicher Mechanismen der IVD-Degeneration, sind in vitro Orgelkultur Systeme mit Live-CD-Zellen sehr ansprechend. Die in vitro-Kultur von intakten Rinder coccygeal IVD hat einen entsprechenden Modell, das die Untersuchung der mechanisch-biologischen Aspekten in einer gut kontrollierten physiologischen und mechanischen Umgebung ermöglicht fortgeschritten. Bovine Schwanz IVD erhalten relativ leicht in höhere Zahlen Seien Sie eind sind sehr ähnlich wie das menschliche Lendenwirbelsäule IVD in Bezug auf die Zelldichte, Zell-Population und Dimensionen. Allerdings gelang früheren Rinder caudal IVD Erntetechniken Beibehaltung knorpeligen und knöchernen Endplatten Endplatten nach 1-2 Tagen der Kultur, da die Ernährung Wege waren offensichtlich durch geronnenes Blut blockiert. IVD sind die größten avaskuläre Organe, so sind die Nährstoffe zu den Zellen in der NP allein abhängig von der Diffusion über die Kapillare Knospen aus der benachbarten Wirbelkörper. Präsenz von Knochen Schutt und geronnenes Blut auf der Endplatte Oberflächen können Nährstoffdiffusion in die Mitte der Scheibe und des Kompromisses die Lebensfähigkeit der Zellen zu verhindern. Unsere Gruppe wurde eine relativ schnelle Protokoll-out &quot;knacken&quot; des IVD vom Schwanz mit einem geringen Risiko für Verunreinigungen. Wir sind in der Lage, den frisch geschnittenen knöchernen Endplatte Oberflächen mit Hilfe eines chirurgischen Jet-Lavage System, das die Bildung von Blutgerinnseln und Schneidabfall entfernt und sehr effizient öffnet die Ernährung Diffusionsweg permeabilisierenum die Mitte des IVD. Die Anwesenheit des Wachstums Platten auf beiden Seiten der Wirbelknochen muss vermieden werden und vor der Kultur entfernt werden. In diesem Video stellen wir die entscheidenden Schritte bei der Vorbereitung und Demonstration der Schlüssel zu einer erfolgreichen Orgelkultur Beibehaltung der hohen Lebensfähigkeit der Zellen für 14 Tage unter freiem Schwellungen Kultur. Die Kultur der Zeit könnte erweitert werden, wenn geeignete mechanische Umwelt durch mechanische Belastung Bioreaktor aufrechterhalten werden kann. Das kann die Methode auf andere Tierarten wie Schweine, Schafe und leporine caudal-und Lendenwirbelsäule IVD Isolation erweitert werden.

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Preparation of Intact Bovine Tail Intervertebral Discs for Organ Culture

Dieses Protokoll stellt eine Erntetechnik für coccygeal Rinder Bandscheiben für Orgel Kultur<em&gt; In-vitro-</em&gt; Orgel Kultur.

Vorbereitung von Intact Bovine Rute Bandscheiben für Orgel Kultur

The intervertebral disc (IVD) is the joint of the spine connecting  vertebra to vertebra. It functions to transmit loading of the spine and give  ...

preparation-intact-bovine-tail-intervertebral-discs-for-organ

Research

JoVE Journal

Bioengineering

14.4K Aufrufe.  University of Bern. Dieses Protokoll stellt eine Erntetechnik für coccygeal Rinder Bandscheiben für Orgel Kultur In-vitro- Orgel Kultur.

Serie: Preparation of Intact Bovine Tail Intervertebral Discs for Organ Culture

Alginate Hydrogels for Three-Dimensional Organ Culture of Ovaries and Oviducts

Ovarian cancer is the fifth leading cause of cancer deaths in women and has a 63% mortality rate in the United States1. The cell type of origin for ovarian cancers is still in question and might be either the ovarian surface epithelium (OSE) or the distal epithelium of the fallopian tube fimbriae2,3. Culturing the normal cells as a primary culture in vitro will enable scientists to model specific changes that might lead to ovarian cancer in the distinct epithelium, thereby definitively determining the cell type of origin. This will allow development of more accurate biomarkers, animal models with tissue-specific gene changes, and better prevention strategies targeted to this disease.
Maintaining normal cells in alginate hydrogels promotes short term in vitro culture of cells in their three-dimensional context and permits introduction of plasmid DNA, siRNA, and small molecules. By culturing organs in pieces that are derived from strategic cuts using a scalpel, several cultures from a single organ can be generated, increasing the number of experiments from a single animal. These cuts model aspects of ovulation leading to proliferation of the OSE, which is associated with ovarian cancer formation. Cell types such as the OSE that do not grow well on plastic surfaces can be cultured using this method and facilitate investigation into normal cellular processes or the earliest events in cancer formation4.
Alginate hydrogels can be used to support the growth of many types of tissues5. Alginate is a linear polysaccharide composed of repeating units of &beta;-D-mannuronic acid and &alpha;-L-guluronic acid that can be crosslinked with calcium ions, resulting in a gentle gelling action that does not damage tissues6,7. Like other three-dimensional cell culture matrices such as Matrigel, alginate provides mechanical support for tissues; however, proteins are not reactive with the alginate matrix, and therefore alginate functions as a synthetic extracellular matrix that does not initiate cell signaling5. The alginate hydrogel floats in standard cell culture medium and supports the architecture of the tissue growth in vitro.
A method is presented for the preparation, separation, and embedding of ovarian and oviductal organ pieces into alginate hydrogels, which can be maintained in culture for up to two weeks. The enzymatic release of cells for analysis of proteins and RNA samples from the organ culture is also described. Finally, the growth of primary cell types is possible without genetic immortalization from mice and permits investigators to use knockout and transgenic mice.

Culture of normal cells in their three-dimensional context represents an alternative method to study early events required for cellular transformation and tumorigenesis. This method is used to grow normal ovarian and oviductal cells to study early events in ovarian cancer formation.

Alginat Hydrogele für Three-Dimensional Organ Culture der Eierstöcke und Eileitern

Ovarian cancer is the fifth leading cause of cancer deaths in women and has a 63% mortality rate in the United States1. The cell type of origin for ...

Forschung

Biotechnik

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells inside of 3D biomaterial scaffolds provides a way to accurately mimic these microenvironments, providing an advantage over traditional 2D culture methods using polystyrene as well as a method for engineering replacement tissues 2. While 2D tissue culture polystrene has been used for the majority of cell culture experiments, 3D biomaterial scaffolds can more closely replicate the microenvironments found in vivo by enabling more accurate establishment of cell polarity in the environment and possessing biochemical and mechanical properties similar to soft tissue.3 A variety of naturally derived and synthetic biomaterial scaffolds have been investigated as 3D environments for supporting stem cell growth. While synthetic scaffolds can be synthesized to have a greater range of mechanical and chemical properties and often have greater reproducibility, natural biomaterials are often composed of proteins and polysaccharides found in the extracelluar matrix and as a result contain binding sites for cell adhesion and readily support cell culture. Fibrin scaffolds, produced by polymerizing the protein fibrinogen obtained from plasma, have been widely investigated for a variety of tissue engineering applications both in vitro and in vivo 4. Such scaffolds can be modified using a variety of methods to incorporate controlled release systems for delivering therapeutic factors 5. Previous work has shown that such scaffolds can be used to successfully culture embryonic stem cells and this scaffold-based culture system can be used to screen the effects of various growth factors on the differentiation of the stem cells seeded inside 6,7.
 This protocol details the process of polymerizing fibrin scaffolds from fibrinogen solutions using the enzymatic activity of thrombin. The process takes 2 days to complete, including an overnight dialysis step for the fibrinogen solution to remove citrates that inhibit polymerization. These detailed methods rely on fibrinogen concentrations determined to be optimal for embryonic and induced pluripotent stem cell culture. Other groups have further investigated fibrin scaffolds for a wide range of cell types and applications - demonstrating the versatility of this approach 8-12.

This work details the preparation of 3D fibrin scaffolds for culturing and differentiating plutipotent stem cells. Such scaffolds can be used to screen the effects of various biological compounds on stem cell behavior as well as modified to contain drug delivery systems.

Erstellung von 3D-Fibrin-Gerüste für Stem Cell Culture Anwendungen

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

Sample Preparation Strategies for Mass Spectrometry Imaging of 3D Cell Culture Models

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with some of the spatial and molecular complexity of tissue. For example, many cell lines form 3D structures given appropriate in vitro conditions. Colon cancer cell lines form 3D cell culture spheroids, in vitro mimics of avascular tumor nodules. While immunohistochemistry and other classical imaging methods are popular for monitoring the distribution of specific analytes, mass spectrometric imaging examines the distribution of classes of molecules in an unbiased fashion. While MALDI mass spectrometric imaging was originally developed to interrogate samples obtained from humans or animal models, this report describes the analysis of in vitro three dimensional cell cultures, including improvements in sample preparation strategies. Herein is described methods for growth, harvesting, sectioning, washing, and analysis of 3D cell cultures via matrix-assisted laser desorption/ionization-mass spectrometry (MALDI-MS) imaging. Using colon carcinoma 3D cell cultures as a model system, this protocol demonstrates the ability to monitor analytes in an unbiased fashion across the 3D cell culture system with MALDI-MSI.

Immortalized cancer cell lines can be grown as 3D cell cultures, a valuable model for biological research. This protocol describes mass spectrometry imaging of 3D cell cultures, including improvements in the sample preparation platform. The goal of this protocol is to instruct users to prepare 3D cell cultures for mass spectrometry imaging analysis.

Probenvorbereitung Strategien für Massenspektrometrie Imaging von 3D-Zellkulturmodelle

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with ...

Studying the Stoichiometry of Epidermal Growth Factor Receptor in Intact Cells using Correlative Microscopy

This protocol describes the labeling of epidermal growth factor receptor (EGFR) on COS7 fibroblast cells, and subsequent correlative fluorescence microscopy and environmental scanning electron microscopy (ESEM) of whole cells in hydrated state. Fluorescent quantum dots (QDs) were coupled to EGFR via a two-step labeling protocol, providing an efficient and specific protein labeling, while avoiding label-induced clustering of the receptor. Fluorescence microscopy provided overview images of the cellular locations of the EGFR. The scanning transmission electron microscopy (STEM) detector was used to detect the QD labels with nanoscale resolution. The resulting correlative images provide data of the cellular EGFR distribution, and the stoichiometry at the single molecular level in the natural context of the hydrated intact cell. ESEM-STEM images revealed the receptor to be present as monomer, as homodimer, and in small clusters. Labeling with two different QDs, i.e.,&#160;one emitting at 655 nm and at 800 revealed similar characteristic results.

This protocol describes the labeling of epidermal growth factor receptor (EGFR) on COS7 fibroblast cells, and subsequent correlative light- and electron microscopy of whole cells in hydrated state. The label contained fluorescent quantum dots. The protocol can be used to study the stoichiometry of EGFR at the single molecule level.

Studieren der Stöchiometrie der Epidermal Growth Factor Receptor in intakten Zellen mit korrelative Mikroskopie

This protocol describes the labeling of epidermal growth factor receptor (EGFR) on COS7 fibroblast cells, and subsequent correlative fluorescence ...

An In Vitro Organ Culture Model of the Murine Intervertebral Disc

Intervertebral disc (IVD) degeneration is a significant contributor to low back pain. The IVD is a fibrocartilaginous joint that serves to transmit and dampen loads in the spine. The IVD consists of a proteoglycan-rich nucleus pulposus (NP) and a collagen-rich annulus fibrosis (AF) sandwiched by cartilaginous end-plates. Together with the adjacent vertebrae, the vertebrae-IVD structure forms a functional spine unit (FSU). These microstructures contain unique cell types as well as unique extracellular matrices. Whole organ culture of the FSU preserves the native extracellular matrix, cell differentiation phenotypes, and cellular-matrix interactions. Thus, organ culture techniques are particularly useful for investigating the complex biological mechanisms of the IVD. Here, we describe a high-throughput approach for culturing whole lumbar mouse FSUs that provides an ideal platform for studying disease mechanisms and therapies for the IVD. Furthermore, we describe several applications that utilize this organ culture method to conduct further studies including contrast-enhanced microCT imaging and three-dimensional high-resolution finite element modeling of the IVD.

An In Vitro Organ Culture Model of the Murine Intervertebral Disc

Whole organ culture of the intervertebral disc (IVD) preserves the native extracellular matrix, cell phenotypes, and cellular-matrix interactions. Here we describe an IVD culture system using mouse lumbar and caudal IVDs in their functional spinal units and several applications utilizing this system.

Ein<em&gt; In Vitro</em&gt; Organ Culture Modell der Murine Bandscheiben

Intervertebral disc (IVD) degeneration is a significant contributor to low back pain. The IVD is a fibrocartilaginous joint that serves to transmit and ...

Fabrication and Validation of an Organ-on-chip System with Integrated Electrodes to Directly Quantify Transendothelial Electrical Resistance

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful research tools for studying human health and disease. To characterize the barrier function of cell layers cultured inside organ-on-chip devices, often transendothelial or transepithelial electrical resistance (TEER) is measured. To this end, electrodes are usually integrated into the chip by micromachining methods to provide more stable measurements than is achieved with manual insertion of electrodes into the inlets of the chip. However, these electrodes frequently hamper visual inspection of the studied cell layer or require expensive cleanroom processes for fabrication. To overcome these limitations, the device described here contains four easily integrated electrodes that are placed and fixed outside of the culture area, making visual inspection possible. Using these four electrodes the resistance of six measurement paths can be quantified, from which the TEER can be directly isolated, independent of the resistance of culture medium-filled microchannels. The blood-brain barrier was replicated in this device and its TEER was monitored to show the device applicability. This chip, the integrated electrodes and the TEER determination method are generally applicable in organs-on-chips, both to mimic other organs or to be incorporated into existing organ-on-chip systems.

This publication describes the fabrication of an organ-on-chip device with integrated electrodes for direct quantification of transendothelial electrical resistance (TEER). For validation, the blood-brain barrier was mimicked inside this microfluidic device and its barrier function was monitored. The presented methods for electrode integration and direct TEER quantification are generally applicable.

Herstellung und Validierung von einer Orgel-on-Chip-System mit integrierten Elektroden, direkt Transendothelial elektrischen Widerstand zu quantifizieren

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful ...

Fragility Assessment of Bovine Cortical Bone Using Scratch Tests

Bone is a complex hierarchical material with five distinct levels of organization. Factors like aging and diseases like osteoporosis increase the fragility of bone, making it fracture-prone. Owing to the large socio-economic impact of bone fracture in our society, there is a need for novel ways to assess the mechanical performance of each hierarchical level of bone. Although stiffness and strength can be probed at all scales &#8211; nano-, micro-, meso-, and macroscopic &#8211; fracture assessment has so far been confined to macroscopic testing. This limitation restricts our understanding of bone fracture and constrains the scope of laboratory and clinical studies. In this research, we investigate the fracture resistance of bone from the microscopic to the mesoscopic length scales using micro scratch tests combined with nonlinear fracture mechanics. The tests are performed in the short longitudinal orientation on bovine cortical bone specimens. A meticulous experimental protocol is developed and a large number (102) of tests are conducted to assess the fracture toughness of cortical bone specimens while accounting for the heterogeneity associated with bone microstructure.

This study assesses the fracture toughness of bovine cortical bone at the sub-meso levels using microscopic scratch tests. This is an original, objective, rigorous, and reproducible method proposed to probe fracture toughness below the macroscopic scale. Potential applications are studying changes in bone fragility due to diseases like osteoporosis.

Zerbrechlichkeit Bewertung der bovinen kortikalen Knochen mit Kratztests

Bone is a complex hierarchical material with five distinct levels of organization. Factors like aging and diseases like osteoporosis increase the ...

Scalable Fabrication of Stretchable, Dual Channel, Microfluidic Organ Chips

A significant number of lead compounds fail in the pharmaceutical pipeline because animal studies often fail to predict clinical responses in human patients. Human Organ-on-a-Chip (Organ Chip) microfluidic cell culture devices, which provide an experimental in vitro platform to assess efficacy, toxicity, and pharmacokinetic (PK) profiles in humans, may be better predictors of therapeutic efficacy and safety in the clinic compared to animal studies. These devices may be used to model the function of virtually any organ type and can be fluidically linked through common endothelium-lined microchannels to perform in vitro studies on human organ-level and whole body-level physiology without having to conduct experiments on people. These Organ Chips consist of two perfused microfluidic channels separated by a permeable elastomeric membrane with organ-specific parenchymal cells on one side and microvascular endothelium on the other, which can be cyclically stretched to provide organ-specific mechanical cues (e.g., breathing motions in lung). This protocol details the fabrication of flexible, dual channel, Organ Chips through casting of parts using 3D printed molds, enabling combination of multiple casting and post-processing steps. Porous poly (dimethyl siloxane) (PDMS) membranes are cast with micrometer sized through-holes using silicon pillar arrays under compression. Fabrication and assembly of Organ Chips involves equipment and steps that can be implemented outside of a traditional cleanroom. This protocol provides researchers with access to Organ Chip technology for in vitro organ- and body-level studies in drug discovery, safety and efficacy testing, as well as mechanistic studies of fundamental biological processes.

Here, we present a protocol that describes the fabrication of stretchable, dual channel, organ chip microfluidic cell culture devices for recapitulating organ-level functionality in vitro.

Skalierbare Fertigung von dehnbar, Dual Channel, mikrofluidischen Orgel Chips

A significant number of lead compounds fail in the pharmaceutical pipeline because animal studies often fail to predict clinical responses in human ...

Anterior Segment Organ Culture Platform for Tracking Open Globe Injuries and Therapeutic Performance

Open globe injuries have poor visual outcomes, often resulting in permanent loss of vision. This is partly due to an extended delay between injury and medical intervention in rural environments and military medicine applications where ophthalmic care is not readily available. Untreated injuries are susceptible to infection after the eye has lost its watertight seal, as well as loss of tissue viability due to intraocular hypotension. Therapeutics to temporarily seal open globe injuries, if properly developed, may be able to restore intraocular pressure and prevent infection until proper ophthalmic care is possible. To facilitate product development, detailed here is the use of an anterior segment organ culture open globe injury platform for tracking therapeutic performance for at least 72 h post-injury. Porcine anterior segment tissue can be maintained in custom-designed organ culture dishes and held at physiological intraocular pressure. Puncture injuries can be created with a pneumatic-powered system capable of generating injury sizes up to 4.5 mm in diameter, similar to military-relevant injury sizes. Loss of intraocular pressure can be observed for 72 h post-injury confirming proper injury induction and loss of the eye&#39;s watertight seal. Therapeutic performance can be tracked by application to the eye after injury induction and then tracking intraocular pressure for multiple days. Further, the anterior segment injury model is applicable to widely used methods for functionally and biologically tracking anterior segment physiology, such as assessing transparency, ocular mechanics, corneal epithelium health, and tissue viability. Overall, the method described here is a necessary next step toward developing biomaterial therapeutics for temporarily sealing open globe injuries when ophthalmic care is not readily available.

Open globe eye injuries may go untreated for multiple days in rural or military-relevant scenarios, resulting in blindness. Therapeutics are needed to minimize loss of vision. Here, we detail an organ culture open globe injury model. With this model, potential therapeutics for stabilizing these injuries can be properly evaluated.

Anterior Segment Organ Culture Platform zur Verfolgung von Open Globe Verletzungen und therapeutischer Leistung

Open globe injuries have poor visual outcomes, often resulting in permanent loss of vision. This is partly due to an extended delay between injury and ...

Reconstituting Cytoarchitecture and Function of Human Epithelial Tissues on an Open-Top Organ-Chip

Nearly all human organs are lined with epithelial tissues, comprising one or multiple layers of tightly connected cells organized into three-dimensional (3D) structures. One of the main functions of epithelia is the formation of barriers that protect the underlining tissues against physical and chemical insults and infectious agents. In addition, epithelia mediate the transport of nutrients, hormones, and other signaling molecules, often creating biochemical gradients that guide cell positioning and compartmentalization within the organ. Owing to their central role in determining organ-structure and function, epithelia are important therapeutic targets for many human diseases that are not always captured by animal models. Besides the obvious species-to-species differences, conducting research studies on barrier function and transport properties of epithelia in animals is further compounded by the difficulty of accessing these tissues in a living system. While two-dimensional (2D) human cell cultures are useful for answering basic scientific questions, they often yield poor in vivo predictions. To overcome these limitations, in the last decade, a plethora of micro-engineered biomimetic platforms, known as organs-on-a-chip, have emerged as a promising alternative to traditional in vitro and animal testing. Here, we describe an Open-Top Organ-Chip (or Open-Top Chip), a platform designed for modeling organ-specific epithelial tissues, including skin, lungs, and the intestines. This chip offers new opportunities for reconstituting the multicellular architecture and function of epithelial tissues, including the capability to recreate a 3D stromal component by incorporating tissue-specific fibroblasts and endothelial cells within a mechanically active system. This Open-Top Chip provides an unprecedented tool for studying epithelial/mesenchymal and vascular interactions at multiple scales of resolution, from single cells to multi-layer tissue constructs, thus allowing molecular dissection of the intercellular crosstalk of epithelialized organs in health and disease.

The present protocol describes the capabilities and the essential culture modalities of the Open-Top Organ-Chip for the successful establishment and maturation of full-thickness organ-on-chip cultures of primary tissues (skin, alveolus, airway, and intestine), providing the opportunity to investigate different functional aspects of the human epithelial/mesenchymal and vascular niche interface in vitro.

Rekonstitution der Zytoarchitektur und Funktion von humanem Epithelgewebe auf einem offenen Organchip

Nearly all human organs are lined with epithelial tissues, comprising one or multiple layers of tightly connected cells organized into three-dimensional ...