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Method Article
이 프로토콜은 효소 소화를 통해 치수에서 다분화능 줄기 세포의 추출, 배양 및 보존을 강조합니다. 또한 조골세포, 지방세포 및 연골세포로 분화할 수 있는 잠재력을 보여주며 공정에서 정밀도와 일관성의 중요성을 강조합니다.
재생 의학 및 치료 응용 분야에서 줄기 세포 연구는 빠르게 견인력을 얻고 있습니다. 낙엽치와 영구치 모두에 존재하는 치과용 치수줄기세포(DPSC)는 접근성, 적응성, 선천적 분화 능력으로 인해 중요한 줄기세포 공급원으로 부상했습니다. DPSC는 쉽게 구할 수 있고 풍부한 중간엽 줄기 세포 저장소를 제공하며, 특히 재생 목적에서 인상적인 다양성과 잠재력을 보여줍니다. 이러한 약속에도 불구하고, 주요 장애물은 치과 치수세포 내에서 미세한 분획으로 표현되는 DPSC를 효과적으로 분리하고 특성화하는 데 있습니다. 이 귀중한 세포 자원을 적절하게 보존하는 것도 마찬가지로 중요합니다. DPSC 분리를 위한 두 가지 주요 방법은 효소 소화(ED)와 조직 외식물로부터의 증식(OG)이며, 종종 자연 성장이라고 합니다. 이 프로토콜은 주로 DPSC 분리를 위한 효소 분해 접근법에 중점을 두고 추출, 실험실 내 처리 및 세포 보존을 포괄하는 단계를 복잡하게 자세히 설명합니다. 추출 및 보존을 넘어 이 프로토콜은 DPSC의 분화 능력을 탐구합니다. 특히, 이러한 줄기 세포가 지방세포, 조골세포 및 연골세포로 분화하도록 유도하는 데 사용되는 절차를 간략하게 설명하고 다능한 특성을 보여줍니다. 이후에 비색 염색 기법을 활용하면 정확한 시각화와 성공적인 분화를 확인할 수 있어 분리된 DPSC의 구경과 기능을 검증할 수 있습니다. 이 포괄적인 프로토콜은 치과용 치수줄기세포 추출, 배양, 보존 및 특성화의 전체 스펙트럼을 포괄하는 청사진으로 기능합니다. 이는 DPSC가 품고 있는 상당한 잠재력을 강조하며, 줄기세포 연구를 추진하고 미래의 재생 및 치료 돌파구에 대한 약속을 담고 있습니다.
줄기 세포 연구는 재생 의학 및 조직 공학 분야의 유망한 응용 분야로 인해 생물 의학 분야에서 번창했습니다. 인간 낙엽 및 영구치의 치수 조직에서 파생된 치과 치수줄기세포(DPSC)는 즉시 사용 가능하고 다능한 용량으로 인해 줄기세포의 공급원으로 상당한 관심을 끌고 있습니다 1,2. 이러한 세포는 지방세포, 조골세포, 연골세포를 포함한 다양한 세포 유형으로 분화할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 이는 수많은 연구에서 확인되었습니다3.
지난 수십 년 동안 줄기 세포의 연구 및 치료 응용 분야가 급증했습니다. 줄기 세포의 무한한 잠재력은 줄기 세포를 얻는 원천을 다양화할 것을 요구합니다. 몇 가지 요인이 선택한 세포의 효율성, 생존력 및 줄기에 영향을 미칩니다. 골수 및 지방 조직과 같은 다양한 알려진 줄기 세포 저장소가 존재함에도 불구하고 이러한 출처와 관련된 침습적 절차, 현장 이환율 및 윤리적 문제로 인해 종종 탐색이 제한됩니다 4,5. 다양한 줄기세포 원료 중 치과줄기세포는 접근성이 용이하고 가소성이 높으며 다양한 응용분야로 주목받고 있다. 특히 인간 치수 줄기세포는 치료 가능성을 위해 광범위하게 연구되어 왔다6. 일반적으로 의료 폐기물로 버려지는 치아에는 중간엽 줄기세포가 풍부하게 함유되어 있다7. 이 귀중한 줄기 세포 풀을 보호하려면 환자, 치과 의사 및 의사의 집단적 노력이 필요하며, 이러한 자원이 낭비되지 않도록 하여 각 치과 치수줄기 세포를 미래의 재생 요구 사항에 사용할 수 있도록 해야 합니다.
인간 성인 치수 줄기 세포(DPSC) 및 박리된 인간 낙엽치(SHED)의 줄기 세포와 같은 치과 치수에서 유래한 줄기 세포는 치수의 혈관 주위 틈새에 있습니다. 이 세포는 두개신경능선세포(cranial neural crest cell)에서 유래한 것으로 여겨지며 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cells, MSCs)와 신경외배엽 줄기세포(neuroectodermal stem cells) 모두에 대한 초기 마커를 나타냅니다. DPSC와 SHED는 다능성과 다양한 조직 유형을 재생할 수 있는 능력을 입증했다8.
치아 줄기 세포의 잠재적 공급원은 건강한 낙엽 치아와 영구치를 포함합니다. 줄기세포는 펄프의 전체 세포 개체군의 약 1%만을 구성하므로 효과적인 분리 및 증식 기술의 중요성이 강조되고 있습니다9. 결과적으로, 이러한 줄기 세포의 추출 및 증식은 DPSC분리 10에서 중추적인 단계입니다. 발치되거나 박리된 치아는 인산염 완충 식염수(PBS) 또는 행크스 완충 식염수(HBSS)와 같은 영양이 풍부한 수송 매체에 보관해야 합니다.
치수를 얻는 것은 치아 유형 7,11에 따라 다양한 방법을 통해 얻을 수 있습니다. 뿌리가 재흡수된 낙엽 치아의 경우 뿌리 정점을 통해 발치를 수행할 수 있습니다. 유사하게, 멸균 가시 브로치는 미성숙한 열린 정점을 가진 영구치에서 치수를 얻는 데 사용할 수 있습니다. 뿌리가 완전히 발달한 영구치의 경우, 치수실에 접근하려면 치근에서 치관 크라운을 분리해야 합니다. 이것은 cementoenamel 접합부에서 다이아몬드 디스크를 사용하여 치아를 절단함으로써 수행됩니다. 이 절개는 펄프 챔버를 노출시켜 펄프 조직 12,13,14를 회수할 수 있습니다.
치수 줄기 세포(DPSC)는 효소 소화(ED) 또는 조직 외식물(OG)에서 발육(자연 성장이라고도 함)을 통해 분리할 수 있습니다. ED 방법은 주로 콜라겐 분해 효소 I 및 dispase를 사용하여 조직을 단일 세포 현탁액15,16으로 분해합니다. 더 간단하고 빠른 OG 방법은 펄프 단편을 잘게 잘라 배양 플레이트에 직접 넣어 세포 조직이 조직 이식물로부터 성장할 수 있도록 하는 것을 수반한다17. 연구자들은 세포 증식 속도, 분리된 줄기 세포 특성의 보존, 분화 및 표면 마커 발현을 평가하기 위해 두 가지 기술을 모두 활용하고 비교했습니다18. 효율성이 높고 줄기가 좋은 DPSC를 획득하기 위한 프로토콜을 수립하고 표준화하면 효과적이고 안전한 치료법을 위한 길을 열 수 있습니다19. 이 프로토콜은 효소 분해, 실험실 공정, 보존 및 지방 형성, 골형성 및 연골 형성을 위한 비색 염색을 통한 세포 분화를 사용하여 DPSC를 추출하는 것을 포함합니다.
이 기사에서 설명하는 프로토콜은 치아에서 치수를 처음 분리하는 것부터 시작하여 실험실에서 DPSC의 배양 및 유지 관리, 특정 줄기 세포 마커를 사용하여 특성화하는 것으로 마무리되는 단계별 절차를 제시합니다(그림 1). 이러한 줄기 세포를 다른 세포 계통으로 유도하여 다능성을 강조하는 기술도 설명되어 있습니다.
여기에 설명된 프로토콜은 기관 인간 연구 윤리 위원회(IRB, Pushpagiri Research Center, Kerala)의 지침을 따릅니다. 발치된 치아의 사용은 참가자의 무결성, 존엄성 및 권리를 보장하기 위해 윤리적 기준에 따라 수행되었습니다. 이 연구를 위해 선발된 참가자는 교정 치료를 위해 발치가 필요한 30세 미만의 건강한 개인이었습니다. 광범위한 치아우식증이나 심한 치주염이 있는 사람들은 연구에서 제외되었다. 남아 있는 치아를 발치해야 하는 어린이로부터 낙엽 치아를 수집했습니다. 이 연구에 참여한 피험자로부터도 정보에 입각한 서면 동의를 얻었습니다.
1. 치아의 발치 및 운송
2. 펄프 조직의 수집
3. 치수조직 분해 및 세포 분리
4. 세포 배양
5. DPSC의 특성화
6. 다계통 분화
참고: 다음 단계에서는 치아 줄기 세포의 골형성(osteogenic), 지방형성(adipogenic) 및 연골형성(chondrogenic) 분화를 위한 프로토콜을 간략하게 설명합니다. 완전한 배지(CM)가 있는 피브로넥틴 코팅된 조직 배양 플레이트에서 웰당 1 x 105 개 세포 밀도로 배양물을 파종하는 것으로 시작합니다. 원하는 분화 프로토콜을 시작하기 전에 80%-90% 밀도가 달성될 때까지 세포 성장을 모니터링합니다. DPSC의 다중 계통 분화 잠재력을 평가하려면 세포를 24웰 플레이트에 파종하고 적절한 분화 배지에서 배양하여 골아세포, 지방세포 및 연골세포에 대한 분화 과정을 시작합니다.
요약된 프로토콜의 성공적인 실행으로 다중 계통 분화가 가능한 치과 치수줄기세포(DPSC)가 생성되어 다능성을 입증했습니다.
생존도 분석
DPSC의 생존 가능성은 다양한 시점에서 Trypan Blue 배제 분석을 사용하여 평가되었습니다. 그 결과 배양 기간 동안 일관되게 높은 생존율(95% 이상)을 보여 주어 당사의 분리 및 배양 프로토콜의 견고성을 입증합니다.
이 프로토콜은 인간의 낙엽 및 영구치에서 치수 줄기 세포(DPSC)의 분리, 배양 및 특성화를 간략하게 설명합니다. 여기에는 이들 세포의 저장 및 증식에 대한 설명뿐만 아니라 골아세포, 지방세포 및 연골세포로의 시험관 내 분화 가능성에 대한 평가가 포함된다35.
Chen et al.36은 치주염, 치근 흡수, 관상주위염 및 치아 ...
저자는 밝힐 것이 없습니다.
저자들은 티루발라(Thiruvalla)에 있는 푸쉬파기리 연구 센터(Pushpagiri Research Centre)의 소장 겸 책임자인 매튜 마자반체릴(Mathew Mazhavancheril) 박사에게 연구 센터의 절차를 문서화하는 데 도움을 준 것에 대해 감사를 표합니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-isobuty-l-methyl-xanthine | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | I5879 | |
Acetic acid | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | AS001 | |
Alcian Blue | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | RM471 | |
Alizarin Red S staining solution | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | GRM894 | |
Alkaline phosphatase -Staining kit | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Alpha Minimum Essential Medium (α-MEM) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | Gibco | |
Alpha Minimum Essential Medium (α-MEM) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | Gibco | |
Alpha-MEM, or Alpha Minimum Essential Medium | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | Gibco | |
Alpha-MEM, or Alpha Minimum Essential Medium | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | Gibco | |
Antibiotic/Antimycotic | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | P4333 | |
Ascorbate-2-phosphate | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | 012-04802 | |
Beta-glycerophosphate | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | G9422-10G | |
Biosafety cabinet-Laminar flow hood | Labconco Corporation,MO 64132-2696,USA | ||
CD90, CD105, CD73, CD34, CD45, and HLA-DR | BioLegend, Inc.CA 92121,USA | ||
Cell strainer (70 µm ) | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | TCP025 | Cell strainer |
Centrifuge | REMI Elektrotechnik Limited (REMI) | ||
Centrifuge | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | 1101 | 1102 | |
CO2 Incubator | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Collagenase type I | Worthington Biochem. Corp. NJ 08701, USA | ||
Collagenase type I | Worthington Biochem. Corp. NJ 08701, USA | ||
Complete Growth Medium | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | AT006 | DMEM |
Conical tubes (15 or 50 ) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 546021P/546041P | 15 mL and 50 mL |
Cryo freezing container | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | 15-350-50 | |
Cryolabels | Label India: | ||
Cryovial storage boxes | Cryostore Storage Boxes | ||
Cryovials | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Cryovials (1.8 mL) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | PW1282 | Self standing |
Culture flask (25 cm²) | Corning Inc.NY 14831,USA | ||
Culture flasks | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | TCG4/TCG6 | T25/T75 |
Culture Plates | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | TCP129/TCP008 | 60 mm/100 mm |
Dental Diamond Discs | Komet SC 29730, USA | Komet | |
Dental Spoon Excavator | Brasseler,GA 31419,USA | 5023591U0 | |
Dexamethasone | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | D4902-25MG | |
Dexamethosone | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | D4902-25MG | |
Dexamethosone | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | D4902-25MG | |
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | TC185 | |
Dispase | Roche Diagnostics,Mannheim,Germany. | ||
Dispase | Roche Diagnostics GmbH, Mannheim,Germany | ||
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | ||
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Ethanol (70%) | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | MB106 | |
Ethanol -70% | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | Fisher Scientific | |
Extraction forceps | Dentsply Sirona, USA | ||
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific Inc.,MA,USA | F2442-500ML | |
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific Inc.,MA,USA | F2442-500ML | |
Fetal bovine serum (FBS) | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | RM9954 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific Inc.,MA,USA | F2442-500ML | |
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific Inc.,MA,USA | F2442-500ML | |
Fibronectin-coated tissue culture plate | Corning Inc.Corning, NY 14831,USA | ||
Flow cytometer | BD Biosciences,CA 95131,USA | ||
Flow cytometry buffer | BD Biosciences,CA 95131,USA | ||
Glass cover slip 22 x 22 mm | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | TCP017 | |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | Lonza Group Ltd,4002 Basel, Switzerland | ||
High-speed dental handpiece | NSK Ltd,Tokyo 8216, Japan | Ti-Max Z series | |
Horse Serum | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
IBMX, or 3-isobutyl-1-methylxanthine | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | ||
Indomethacin | Pfizer Inc. NY 10017,USA | ||
Insulin-Transferrin-Selenium (ITS) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | I5523 | |
Insulin-Transferrin-Selenium (ITS) | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | I5523 | |
Insulin-Transferrin-Selenium (ITS) premix | Corning Incorporated,MA 01876,USA | ||
Inverted microscope | Olympus Corp.,Tokyo 163-0914,Japan | ||
Isopropanol (60% ) | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | I9516 | |
Isopropyl alcohol | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | MB063 | |
Laminar flow hood | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | ||
Lidocaine mixed with epinephrine | DENTSPLY,NC 28277,USA | Citanest | |
Liquid Nitrogen | Air Liquide,75007 Paris,France | ||
Liquid nitrogen storage tank | Cryo Scientific Systems Pvt. Ltd. | ||
Micropipettes | Eppendorf AG,22339 Hamburg,Germany | 30020 | Accupipet-2-20 µL |
Mini tissue grinder | Bio-Rad Lab, Inc. CA 94547,USA | ReadyPrep mini grinders | |
Minus 80 freezer | Blue Star Limited | ||
Neubauer counting chamber | Marienfeld Superior,arktheidenfeld,Germany | ||
Oil red O stain | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | 1024190250 | |
Osteogenic Differentiation Medium (ODM) | STEMCELL Technologies Inc.Vancouver, BC, V5Z 1B3,Canada | ||
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | TCL119 | |
Penicillin-Streptomycin | Gibco-Thermo Fisher Scientific Inc.,MA 02451,USA | ||
Phosphate Buffered Solution (PBS) without Ca++ and Mg++ | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | TS1101 | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | Gibco | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific,MA, USA | Gibco | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | ||
Phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | P3813-1PAK | 1x PBS, pH 7.4 |
Proline | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | ||
Scalpel Blade Size 15 | Swann-Morton Ltd, Sheffield, S6 2BJ,UK | BDF-6955C | |
Sodium Hypochlorite | HiMedia Laboratories Ltd.Mumbai,India | AS102 | 4% w/v solution |
Sterile centrifuge tubes | Tarsons Products Pvt. Ltd. | ||
Sterile container -20 mL | 3M Center, MN 55144-1000,USA | 3 M | |
Sterile phosphate-buffered saline (PBS) | Sigma Aldrich, USA | P3813-1PAK | 1x PBS, pH 7.4 |
Sterile pipettes (2, 5, and 10 mL ) | Eppendorf AG,22339 Hamburg,Germany | ||
Sterile pipettes and tips | Eppendorf India Limited | ||
Surgical Blade Handle | Becton, Dickinson and Co.,NJ,USA | 371030 | BP Handle 3 |
Transforming Growth Factor-beta 3 (TGF-β3) | R&D Systems, Inc.MN 55413,USA | ||
Transforming Growth Factor-beta 3 (TGF-β3) | R&D Systems, Inc.MN 55413,USA | ||
Trypan Blue 0.4% | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | ||
Trypan Blue 0.4% | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | TCL046 | |
Trypan Blue 0.4% | Sigma-Aldrich Co. St. Louis, MO 63103.USA | TCL046 | |
Trypsin-EDTA | Gibco-Thermo Fisher Scientific Inc.,MA 02451,USA | ||
Trypsin-EDTA 0.25% | Gibco-Thermo Fisher Scientific Inc.,MA 02451,USA | ||
Water bath | Thermo Fisher Scientific ,MA 02451,USA | BSW-01D |
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