JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Neuroscience

تحليل وضع الأسنان جرثومة تعصيب استخدام أجهزة ميكروفلويديك المشارك الثقافة

Published: August 14th, 2015

DOI:

10.3791/53114

1Institute of Oral Biology, Unit of Orofacial Development and Regeneration, University of Zurich

Co-cultures represent a valuable method to study the interactions between nerves and target tissues and organs. Microfluidic systems allow co-culturing ganglia and whole developing organs or tissues in different culture media, thus representing a valuable tool for the in vitro study of the crosstalk between neurons and their targets.

تعصيب يلعب دورا رئيسيا في تطوير والتوازن وتجديد الأعضاء والأنسجة. ومع ذلك، فإن الآليات الكامنة وراء هذه الظواهر ليست مفهومة جيدا حتى الآن. على وجه الخصوص، وإهمال دور تعصيب في نمو الأسنان والتجدد.

قدمت عدة الدراسات المجراة على معلومات هامة حول أنماط تعصيب من أنسجة الأسنان خلال عمليات التنمية وإصلاح مختلف النماذج الحيوانية. ومع ذلك، فإن معظم هذه الأساليب ليست الأمثل لتسليط الضوء على الأساس الجزيئي للتفاعلات بين الألياف العصبية والأجهزة المستهدفة والأنسجة.

المشترك الثقافات تشكل وسيلة قيمة للتحقيق والتعامل مع التفاعلات بين الألياف العصبية والأسنان في بيئة تسيطر عليها والمعزولة. في العقود الأخيرة، وقد أجريت التقليدية المشترك الثقافات باستخدام نفس مستنبت لفترات قصيرة جدا (على سبيل المثال، يومين)للتحقيق في الآثار جذابة أو مثيرة للاشمئزاز لتطوير أنسجة الفم والأسنان على الألياف العصبية الحسية. ومع ذلك، لا بد من تمديد فترة ثقافة للتحقيق في آثار تعصيب على التشكل الأسنان وتمايز خلوي.

نظم على microfluidics تسمح المشترك الثقافات من الخلايا العصبية وأنواع مختلفة من الخلايا في وسائل الإعلام ثقافة المناسب لها. لقد أثبتنا في الآونة الأخيرة أن العقد الثلاثي التوائم (TG) والأسنان قادرين على البقاء على قيد الحياة لفترة طويلة من الزمن عندما شارك في تربيتها في أجهزة ميكروفلويديك، وأنها تحافظ في هذه الظروف نمط تعصيب نفسه أنها تظهر في الجسم الحي.

على هذا الأساس، نحن تصف كيفية عزل ويصف التعاون ثقافة تطوير مثلث التوائم العقد والأسنان الجراثيم في البروتوكول ميكروفلويديك شارك في الثقافة system.This وسيلة بسيطة ومرنة للمشاركة في ثقافة العقد / الأعصاب والأنسجة المستهدفة ودراسة الأدوار من جزيئات محددة بشأن هذه التفاعلات في مقاولاتolled وبيئة معزولة.

تعصيب يلعب دورا رئيسيا في تطوير والتوازن وتجديد الأعضاء والأنسجة 1،2. وعلاوة على ذلك، تشارك تعصيب في تنظيم تكاثر الخلايا الجذعية، وتعبئة والتمايز 3-5. في الواقع، أظهرت الدراسات الأخيرة التي تحققت في أنسجة مجمع فموي وجهي أن الأعصاب الحركية ضرورية لالظهارية وظيفة الخلايا الاصلية خلال تطوير وتجديد اللعابية الغدد 6،7. وبالمثل، فقد ثبت أن تعصيب ضروري لتطوير وصيانة براعم الذوق 8-11. وبالتالي، فمن المهم تحليل الأدوار إلا أنها مهملة من تعصيب في تطوير أجهزة فموي وجهي الهامة الأخرى والأنسجة مثل الأسنان.

على الرغم من تعصيب غنية....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

واستمرت كل الفئران والتعامل معها وفقا لقانون رعاية الحيوان السويسري وامتثالا لتعليمات مكتب كانتون البيطرية، زيورخ.

1. إعداد تشريح المواد، الثقافة وسائل الإعلام، أجهزة ميكروفلويديك

    Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

    وتشير هذه النتائج إلى أن العقد الثلاثي التوائم معزولة يمكن أن تنمو في حجرة واحدة من الجهاز ميكروفلويديك وبالإضافة إلى ذلك، أن تطور جراثيم الأسنان معزولة وتدوم لفترة طويلة من الوقت في حجرة أخرى من الجهاز ميكروفلويديك. وتستخدم وسائل الإعلام ثقافة مختلفة في القسمين، و.......

    Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

    سابقة في الدراسات المختبرية من تعصيب الأسنان استندت شارك الثقافات التقليدية من العقد مثلث التوائم وأنسجة الأسنان أو خلايا 26،28،29. وأجريت هذه الدراسات للتحقيق أساسا الآثار جذابة من هذه الخلايا أو الأنسجة على محاور الحسية 38. على الرغم من تحقيق تق?.......

    Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

    The work was funded by the University of Zurich. The authors would like to thank Estrela Neto and Dr. Meriem Lamghari for helping in establishing the co-culture conditions.

    ....

    Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

    NameCompanyCatalog NumberComments
    AXIS Axon Isolation DevicesMilliporeAX15010-TCMicrochannels of different lenght are available
    LamininSigma AldrichL2020
    NeurobasalGibco21103-049
    B27Gibco17504
    Recombinant Mouse beta-NGFR&D Systems1156-NG-100Human and Rat beta-NGF (R&D Systems) are equivalent
    DMEM-F12Gibco11320-033

    1. Pagella, P., Jiménez-Rojo, L., Mitsiadis, T. A. Roles of innervation in developing and regenerating orofacial tissues. Cellular and molecular life sciences : CMLS. 71, 2241-2251 (2014).
    2. Kumar, A., Brockes, J. P. Nerve dependence in tissue, organ, and appendage regeneration. Trends in neurosciences. 35 (11), 691-699 (2012).
    3. Brownell, I., Guevara, E., Bai, C. B., Loomis, C. A., Joyner, A. L. Nerve-derived sonic hedgehog defines a niche for hair follicle stem cells capable of becoming epidermal stem cells. Cell stem cell. 8 (5), 552-565 (2011).
    4. Katayama, Y., Battista, M., et al. Signals from the sympathetic nervous system regulate hematopoietic stem cell egress from bone marrow. Cell. 124 (2), 407-421 (2006).
    5. Fitch, S. R., Kimber, G. M., et al. Signaling from the sympathetic nervous system regulates hematopoietic stem cell emergence during embryogenesis. Cell stem cell. 11 (4), 554-566 (2012).
    6. Knox, S. M., Lombaert, I. M. a., Reed, X., Vitale-Cross, L., Gutkind, J. S., Hoffman, M. P. Parasympathetic innervation maintains epithelial progenitor cells during salivary organogenesis. Science(New York, N.Y.). 329 (5999), 1645-1647 (2010).
    7. Knox, S. M., Lombaert, I. M. A., et al. Parasympathetic stimulation improves epithelial organ regeneration. Nature communications. 4, 1494 (2013).
    8. Oakley, B., Witt, M. Building sensory receptors on the tongue. Journal of neurocytology. 33 (6), 631-646 (2004).
    9. Oakley, B., Brandemihl, A., Cooper, D., Lau, D., Lawton, A., Zhang, C. The morphogenesis of mouse vallate gustatory epithelium and taste buds requires BDNF-dependent taste neurons. Brain research. Developmental brain research. 105 (1), 85-96 (1998).
    10. Sun, H., Oakley, B. Development of anterior gustatory epithelia in the palate and tongue requires epidermal growth factor receptor. Developmental biology. 242 (1), 31-43 (2002).
    11. Mistretta, C. M., Goosens, K. a., Farinas, I., Reichardt, L. F. Alterations in size, number, and morphology of gustatory papillae and taste buds in BDNF null mutant mice demonstrate neural dependence of developing taste organs. The Journal of comparative neurology. 409 (1), 13-24 (1999).
    12. Mitsiadis, T. a., Graf, D. Cell fate determination during tooth development and regeneration. Birth defects research. Part C, Embryo today reviews. 87 (3), 199-211 (2009).
    13. Mohamed, S. S., Atkinson, M. E. A histological study of the innervation of developing mouse teeth. Journal of anatomy. 136 (Pt 4), 735-749 (1983).
    14. Luukko, K. Immunohistochemical localization of nerve fibres during development of embryonic rat molar using peripherin and protein gene product 9.5 antibodies. Archives of oral biology. 42 (3), 189-195 (1997).
    15. Johnsen, D. Innervation of teeth: qualitative, quantitative, and developmental assessment. Journal of dental research. 64, 555-563 (1985).
    16. Mitsiadis, T. a., Dicou, E., Joffre, A., Magloire, H. Immunohistochemical localization of nerve growth factor (NGF) and NGF receptor (NGF-R) in the developing first molar tooth of the rat. Differentiation; research in biological diversity. 49 (1), 47-61 (1992).
    17. Mitsiadis, T. a., Luukko, K. Neurotrophins in odontogenesis. The International journal of developmental biology. 39 (1), 0214-6282 (1995).
    18. Moe, K., Sijaona, A., Shrestha, A., Kettunen, P., Taniguchi, M., Luukko, K. Semaphorin 3A controls timing and patterning of the dental pulp innervation. Differentiation; research in biological diversity. 84 (5), 371-379 (2012).
    19. Kettunen, P., Løes, S., et al. Coordination of trigeminal axon navigation and patterning with tooth organ formation: epithelial-mesenchymal interactions and epithelial Wnt4 and Tgfbeta1 regulate semaphorin 3a expression in the dental mesenchyme. Development (Cambridge, England). 132 (2), 323-334 (2005).
    20. Tuisku, F., Hildebrand, C. Evidence for a neural influence on tooth germ generation in a polyphyodont species. Developmental biology. 165, 1-9 (1994).
    21. Zhao, H., Feng, J., et al. Secretion of shh by a neurovascular bundle niche supports mesenchymal stem cell homeostasis in the adult mouse incisor. Cell stem cell. 14 (2), 160-173 (2014).
    22. Kettunen, P., Kvinnsland, H., Luukko, K. Mouse rudimentary diastema tooth primordia are devoid of peripheral nerve fibers. Anatomy and embryology. 205 (3), 187-191 (2002).
    23. Lumsend, A., Buchanan, J. An experimental study of timing and topography of early tooth development in the mouse embryo. Archives of oral biology. , 301-311 (1986).
    24. Kollar, E., Lumsend, A. Tooth morphogenesis: the role of the innervation during induction and pattern formation. Journal de Biologia Buccale. 7 (1), 49-60 (1979).
    25. Luukko, K., Kettunen, P. Coordination of tooth morphogenesis and neuronal development through tissue interactions: lessons from mouse models. Experimental cell research. 325 (2), 72-77 (2014).
    26. Lillesaar, C., Eriksson, C., Johansson, C. S., Fried, K., Hildebrand, C. Tooth pulp tissue promotes neurite outgrowth from rat trigeminal ganglia in vitro. Journal of neurocytology. 28 (8), 663-670 (1999).
    27. Lumsend, A., Davies, A. M. Chemotropic effect of specific target epithelium in the developing mammalian nervous system. Nature. 323 (9), 538-539 (1986).
    28. Lillesaar, C., Fried, K. Neurites from trigeminal ganglion explants grown in vitro are repelled or attracted by tooth-related tissues depending on developmental stage. Neuroscience. 125 (1), 149-161 (2004).
    29. Lillesaar, C., Eriksson, C., Fried, K. Rat tooth pulp cells elicit neurite growth from trigeminal neurones and express mRNAs for neurotrophic factors in vitro. Neuroscience letters. 308 (3), 161-164 (2001).
    30. Petrinovic, M. M., Duncan, C. S., et al. Neuronal Nogo-A regulates neurite fasciculation, branching and extension in the developing nervous system. Development(Cambridge, England). 137 (15), 2539-2550 (2010).
    31. Otsu, K., Fujiwara, N., Harada, H. Odontogenesis. Methods in Molecular Biology. 887, (2012).
    32. Mitsiadis, T. a., Drouin, J. Deletion of the Pitx1 genomic locus affects mandibular tooth morphogenesis and expression of the Barx1 and Tbx1 genes. Developmental biology. 313 (2), 887-896 (2008).
    33. Park, J. W., Vahidi, B., Taylor, A. M., Rhee, S. W., Jeon, N. L. Microfluidic culture platform for neuroscience research. Nature protocols. 1 (4), 2128-2136 (2006).
    34. Hosmane, S., Tegenge, M. A., et al. Toll/interleukin-1 receptor domain-containing adapter inducing interferon-β mediates microglial phagocytosis of degenerating axons. The Journal of neuroscience the official journal of the Society for Neuroscience. 32 (22), 7745-7757 (2012).
    35. Delamarche, E., Tonna, N., Lovchik, R. D., Bianco, F., Matteoli, M. Pharmacology on microfluidics: multimodal analysis for studying celll-cell interaction. Current opinion in pharmacology. 13 (5), 821-828 (2013).
    36. Neto, E., Alves, C. J., et al. Sensory neurons and osteoblasts: close partners in a microfluidic environment. Integrative Biology. , (2014).
    37. Pagella, P., Neto, E., Jiménez-Rojo, L., Lamghari, M., Mitsiadis, T. A. Microfluidics co-culture systems for studying tooth innervation. Frontiers in physiology. 5 (August), (2014).
    38. Connor, R., Tessier-Lavigne, M. Identification of maxillary factor, a maxillary process-derived chemoattractant for developing trigeminal sensory axons. Neuron. 24, 165-178 (1999).

    This article has been published

    Video Coming Soon

    JoVE Logo

    Privacy

    Terms of Use

    Policies

    Research

    Education

    ABOUT JoVE

    Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved