JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Neuroscience

Analys av Utveckling Tooth Germ Innervation Använda mikroflödes Co-kultur-enheter

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.

Innervation spelar en nyckelroll i utvecklingen, homeostas och förnyelse av organ och vävnader. Emellertid är de mekanismer som ligger bakom dessa fenomen inte förstått än. Framför allt försummas roll innervation i tand utveckling och förnyelse.

Flera in vivo-studier har gett viktig information om mönster innervation av tandvävnad under utveckling och reparationsprocesser i olika djurmodeller. Men de flesta av dessa tillvägagångssätt är inte optimala för att belysa den molekylära grunden för växelverkan mellan nervfibrer och målorgan och vävnader.

Samodlingar utgör en värdefull metod för att undersöka och manipulera interaktioner mellan nervfibrer och tänder i en kontrollerad och isolerad miljö. Under de senaste årtiondena har konventionella samkulturer med samma odlingsmedium utförts under mycket korta perioder (t.ex., två dagar)att undersöka de attraktiva eller motbjudande effekterna av att utveckla orala och dentala vävnader på sensoriska nervfibrer. Dock är en förlängning av odlingsperioden som krävs för att undersöka effekterna av innervation på tand morfogenes och cytodifferentiation.

Mikrofluidik system kan co-kulturer av nervceller och olika celltyper i sitt lämpligt odlingsmedia. Vi har nyligen visat att trigeminala ganglierna (TG) och tänderna kan överleva under en lång tidsperiod när samodlade i mikrofluidikanordningar, och att de upprätthåller under dessa förhållanden samma innervation mönster som de visar in vivo.

På grundval av detta beskriver vi hur man isolera och co-kultur utvecklar trigeminala ganglier och tand bakterier i en mikroflödessystem co-kultur system.Detta protokoll beskriver ett enkelt och flexibelt sätt att samarbeta kultur ganglierna / nerver och målvävnader och att studera rollerna specifika molekyler på sådana interaktioner i en controlled och isolerad miljö.

Innervation spelar en nyckelroll i utvecklingen, homeostas och förnyelse av organ och vävnader 1,2. Dessutom är innervationen involverat i regleringen av stamcellsproliferering, mobilisering och differentiering 3 - 5. I själva verket har nya studier genomförda i vävnader i orofacial komplex visat att parasympatiska nerver är nödvändiga för epitel progenitorceller funktion under utveckling och förnyelse av spottkörtlarna 6,7. På samma sätt har det visat sig att innervation är nödvändigt för utveckling och underhåll av smaklökar 8-11. Därför är det viktigt att analysera ännu försummade roller innervation i utvecklingen av and....

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

Alla möss bibehölls och hanteras enligt den schweiziska djurskyddslagen och i enlighet med bestämmelserna i kontoret Cantonal veterinär, Zürich.

1. Framställning av Dissection Material, Kultur Media, mikroflödessystem enheter

  1. Autoklav mikro-dissektion pincett och sax (121 ° C, sterilisering tid: 20 min) och lagra dem i en steril behållare.
  2. Sterilisera glas täckglas (24 mm x 24 mm) genom att inkubera dem i en 1 M HCl under 24 timmar på en orbital skakanordning .......

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

Dessa resultat visar att isolerade trigeminala ganglier kan växa i en avdelning av mikroflödessystem enheten och dessutom att utvecklingen av de isolerade tand bakterier upprätthålls under en lång tid i den andra avdelningen av mikroflödessystem enhet. Olika odlingsmedier används i de båda avdelningarna, och mikrospåren mellan de två avdelningarna medger förlängning av Axon från trigeminala ganglion mot utvecklingstand bakterier. Figur 3 representerar en visualisering av neurofilament via i.......

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

Tidigare in vitro studier av tand innervation baserades på konventionella samkulturer av trigeminala ganglier och dentala vävnader eller celler 26,28,29. Dessa studier genomfördes för att undersöka huvudsakligen de attraktiva effekterna av dessa celler eller vävnader på sensoriska axoner 38. Även föra betydande framsteg inom området, har flera tekniska frågor upp. Tand bakterier börjar urarta efter några dagars odling 37. Baserat på dessa observationer, växande ne.......

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