Name: an in vitro organ culture model of the murine intervertebral disc
Uploaded: 2017-04-11T14:00:00
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Este trabalho foi apoiado pela Universidade Musculoskeletal Research Center Washington (NIH P30 AR057235), Molecular Imaging Center (NIH P50 CA094056), mechanobiology Formação Grant (NIH 5T32EB018266), NIH R21AR069804, e NIH K01AR069116. Os autores gostariam de agradecer a Patrick Wong por suas contribuições na coleta de dados.

Todos os experimentos com animais foram realizados de acordo com a Universidade de Washington em Comissão Estudos Animais St. Louis. 1. Os animais <ol><li> Obter duas estirpes de ratinhos: 10 semanas de idade BALB / c (n = 6, Balb-H, BALB / cAnNTac) e 10 semanas os animais velhos do factor nuclear kappa-B-luciferase repórter (NF-κβ-luc) criado numa ratinhos BALB / c de fundo (n = 6, ratinhos BALB / c-Tg (Rela-luc) 31Xen). </li><li> Antes da dissecção, sacrificar os animais com CO <su...

<ol>
	<li>Dagenais, S., Caro, J., Haldeman, 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+systematic+review+of+low+back+pain+cost+of+illness+studies+in+the+United+States+and+internationally.">A systematic review of low back pain cost of illness studies in the United States and internationally.</a> Spine J. 8 (1), 8-20 (2008).</li><li>Urban, J., Roberts, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degeneration+of+the+intervertbral+disc.">Degeneration of the intervertbral disc.</a> Arthritis Res Ther. 5 (6), 1-48 (2003).</li><li>Mirza, S. K., White, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anatomy+of+intervertebral+disc+and+pathophysiology+of+herniated+disc+disease.">Anatomy of intervertebral disc and pathophysiology of herniated disc disease.</a> J Clin Laser Med Surg. 13 (3), 131-142 (1995).</li><li>Acaroglu, E. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degeneration+and+aging+affect+the+tensile+behavior+of+human+lumbar+anulus+fibrosus.">Degeneration and aging affect the tensile behavior of human lumbar anulus fibrosus.</a> Spine. 20 (24), 2690-2701 (1995).</li><li>Abraham, A. C., Liu, J. W., Tang, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Longitudinal+changes+in+the+structure+and+inflammatory+response+of+the+intervertebral+disc+due+to+stab+injury+in+a+murine+organ+culture+model.">Longitudinal changes in the structure and inflammatory response of the intervertebral disc due to stab injury in a murine organ culture model.</a> J Orthop Res. 34 (8), 1431-1438 (2016).</li><li>Ohtori, S., Inoue, G., Miyagi, M., Takahashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathomechanisms+of+discogenic+low+back+pain+in+humans+and+animal+models.">Pathomechanisms of discogenic low back pain in humans and animal models.</a> Spine J. 15 (6), 1347-1355 (2015).</li><li>Pelle, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+and+functional+studies+of+the+intervertebral+disc:+A+novel+murine+intervertebral+disc+model.">Genetic and functional studies of the intervertebral disc: A novel murine intervertebral disc model.</a> PLoS ONE. 9 (12), (2014).</li><li>Zhang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time+course+investigation+of+intervertebral+disc+degeneration+produced+by+needle-stab+injury+of+the+rat+caudal+spine.">Time course investigation of intervertebral disc degeneration produced by needle-stab injury of the rat caudal spine.</a> J Neurosurg: Spine. 15 (4), 404-413 (2011).</li><li>Liu, J. W., Abraham, A. C., Tang, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+high-throughput+phenotyping+of+the+viscoelastic+behavior+of+whole+mouse+intervertebral+discs+using+a+novel+method+of+dynamic+mechanical+testing.">The high-throughput phenotyping of the viscoelastic behavior of whole mouse intervertebral discs using a novel method of dynamic mechanical testing.</a> J Biomech. 48 (10), 2189-2194 (2015).</li><li>Lin, K. H., Wu, Q., Leib, D. J., Tang, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+technique+for+the+contrast-enhanced+microCT+imaging+of+murine+intervertebral+discs.">A novel technique for the contrast-enhanced microCT imaging of murine intervertebral discs.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 63, (2016).</li><li>Pasparakis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+tissue+homeostasis+by+NF-kappaB+signalling:+implications+for+inflammatory+diseases.">Regulation of tissue homeostasis by NF-kappaB signalling: implications for inflammatory diseases.</a> Nat Rev: Immunol. 9 (11), 778-788 (2009).</li><li>O&#8217;Connell, G. D., Vresilovic, E. J., Elliott, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+animals+used+in+disc+research+to+human+lumbar+disc+geometry.">Comparison of animals used in disc research to human lumbar disc geometry.</a> Spine. 32 (3), 328-333 (2007).</li><li>Lee, C. R., et al. <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. 31, 515-522 (2006).</li><li>Chan, S. C., 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=Preparation+of+Intact+Bovine+Tail+Intervertebral+Discs+for+Organ+Culture.">Preparation of Intact Bovine Tail Intervertebral Discs for Organ Culture.</a> J. Vis. Exp. (60), e3490 (2012).</li><li>Holguin, N., Aguilar, R., Harland, R. A., Bomar, B. A., Silva, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+aging+mouse+partially+models+the+aging+human+spine:+lumbar+and+coccygeal+disc+height,+composition,+mechanical+properties,+and+Wnt+signaling+in+young+and+old+mice.">The aging mouse partially models the aging human spine: lumbar and coccygeal disc height, composition, mechanical properties, and Wnt signaling in young and old mice.</a> J Appl Physiol. 116 (12), (2014).</li></ol>

Este protocolo descreve uma cultura de órgão do FSU murino com ênfase sobre o controlo das alterações biológicas no IVD. A manutenção bem-sucedida dessas culturas requer técnicas estéreis cuidadosos. Em particular, a dissecção passos 2,1-2,6 e a cultura passos 3,1-3,6 requerem um cuidado especial para garantir condições estéreis são mantidas, e estes passos deverá ser realizada preferencialmente numa sala de procedimentos isolado com um fluxo de ar HEPA para minimizar co...

Dor lombar (LBP) é o principal fator para a deficiência global e perda de produtividade no local de trabalho, e os americanos sozinho gastar em excesso de 50 bilhões de dólares em tratamento LBP 1. Embora prevalente, a etiologia da LBP permanece complexa e multifatorial. No entanto, disco intervertebral (IVD) degeneração está entre os factores de risco mais importantes para a LBP 2. O IVD é feito de três microestruturas: a fibrose exterior do anel (FA), o interior do núcleo pulposo (NP), e duas placas extremas cartilaginosos que sanduíche toda a estrutura proximal e distalmente 3. Com o envelhecimento ea degeneração, os componentes IVD mudar estruturalmente, de composição, e mecanicamente 4. Estas alterações incluem a perda de proteoglicanos e hidratação da NP, diminuição da altura do disco, e deteriorou competência mecânico 5. Estas alterações sãomuitas vezes acompanhada de citoquinas que promovem uma resposta inflamatória, bem como de neutrófilos e gânglio da raiz dorsal de intrusão no espaço da articulação culminando numa cascata de eventos que levam à sintomas LBP 6. O estudo dos mecanismos de degeneração IVD é um desafio em seres humanos, porque muitas vezes não é possível isolar a causa da degeneração antes da ocorrência de dor lombar. Assim, uma abordagem redutora de simplificar o sistema experimental para baixo para o órgão IVD permite o ajuste fino mecanicista de variáveis causais e examinando os seus efeitos a jusante 5. O sistema é reduzida para apenas a população celular nativo e matriz extracelular circundante, permitindo assim que a interpretação directa dos efeitos de estulos externos sobre a degeneração IVD. Além disso, o custo mais baixo e escalabilidade de modelos de murino, bem como o grande número de animais geneticamente modificados 7, para permitir que tele triagem direcionada rápida de mecanismos degenerativas IVD e terapias potenciais. Aqui, descrevemos um sistema de cultura de órgãos de murino em que IVD estabilidade celular e do tecido é mantida ao longo de 21 dias, com foco específico dado de padrões homeostáticos, mecânicas, estruturais e inflamatórias dos IVDs. Usando esse método, podemos monitorar as mudanças funcionais dos IVDs em um modelo de lesão induzida por facada 8 de compreender os mecanismos por trás degeneração do disco. Além disso, nós descrevemos várias aplicações deste processo de cultura de órgão para conduzir mais estudos de imagiologia incluindo microCT com contraste e modelação tridimensional de alta resolução da IVD.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>96 well plate</td>
			<td>Midwest Scientific</td>
			<td>TP92096</td>
			<td>Used for biochemical assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 well plate</td>
			<td>Midwest Scientific</td>
			<td>TP92024</td>
			<td>Used for organ culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25 ml pipettes</td>
			<td>Midwest Scientific</td>
			<td>TP94024</td>
			<td>Used for organ culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 ml pipettes</td>
			<td>Midwest Scientific</td>
			<td>TP94010</td>
			<td>Used for organ culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 ml pipettes</td>
			<td>Midwest Scientific</td>
			<td>TP94005</td>
			<td>Used for organ culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>500 ml bottle top filters, 22um</td>
			<td>Midwest Scientific</td>
			<td>TP99505</td>
			<td>Used for filter media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 ul pipette tips</td>
			<td>Midwest Scientific</td>
			<td>NP89140098</td>
			<td>Used for biochemical assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>200 ul pipette tips</td>
			<td>Midwest Scientific</td>
			<td>NP89140900</td>
			<td>Used for biochemical assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1000 ul pipette tips</td>
			<td>Midwest Scientific</td>
			<td>NP89140920</td>
			<td>Used for biochemical assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM /F-12</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>11330032</td>
			<td>Used for culture media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optiray 350</td>
			<td>Guebert</td>
			<td>19133341</td>
			<td>Used for contrast enhanced microCT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F2442</td>
			<td>Used for culture media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin Streptomycin&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P4333</td>
			<td>Used for culture media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrazolium Blue Chloride</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T4375</td>
			<td>Used for biochemical assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-Luciferin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>L6152</td>
			<td>Used for bioluminescence imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chondroitin Sulfate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>C9819</td>
			<td>Used for biochemical assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10% Phosphomolybdic Acid Solution</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>HT152</td>
			<td>Used for contrast enhanced microCT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Safranin O</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S8884</td>
			<td>diluted to .1% concentration (in water)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fast Green FCF</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F7258</td>
			<td>.001% concentration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Papain from papaya latex</td>
			<td>Sigma&#160;</td>
			<td>P3125</td>
			<td>Used for biochemical assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D9542</td>
			<td>Nucleic acid staining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyanoacrylate Glue</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>234790</td>
			<td>Adhesive&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 ml Microcentrifuge Tubes&#160;</td>
			<td>Fischer Scientific</td>
			<td>S348903</td>
			<td>Used for biochemical assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Big Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BioDent</td>
			<td>ActiveLife</td>
			<td></td>
			<td>For mechanical testing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cytation 5</td>
			<td>Biotek</td>
			<td></td>
			<td>Spectrophotometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AxioCam503</td>
			<td>Carl Zeiss AG</td>
			<td></td>
			<td>Microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VivaCT40</td>
			<td>Scanco</td>
			<td></td>
			<td>MicroCT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analytical balance</td>
			<td>Denver Instrument Company</td>
			<td>A-200DS</td>
			<td>Analytical balance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator HERAcell 150i</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Organ Culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissection Scope</td>
			<td>VistaVision</td>
			<td></td>
			<td>Used during dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Micrometer</td>
			<td>Keyence</td>
			<td>LK-081</td>
			<td>Measuring disc height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge 5810 R</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td></td>
			<td>Used for biochemical assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microtome</td>
			<td>Leica&#160;</td>
			<td>RM2255</td>
			<td>Used for histology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prism 7</td>
			<td>GraphPad</td>
			<td></td>
			<td>For statistics</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB R2014a</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td></td>
			<td>For modeling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Osiri-LXIV</td>
			<td>Pixmeo</td>
			<td></td>
			<td>Open Source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MeshLab v1.3.3</td>
			<td>Visual Computing Lab - ISTI - CNR</td>
			<td></td>
			<td>Open Source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PreView/FEBio 2.3</td>
			<td>Utah MRL &#38; Columbia MBL</td>
			<td></td>
			<td>Open Source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>NIH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsoft Excel</td>
			<td>Windows</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissection Tools</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cohan-Vannas Spring Scissors&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools&#160;&#160;</td>
			<td>15000-02</td>
			<td>Or any nice pair of spring scissors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fine Scissors - Sharp&#160; (small)</td>
			<td>Fine Science Tools&#160;&#160;</td>
			<td>14060-09</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fine Scissors - Sharp&#160; (larger)</td>
			<td>Fine Science Tools&#160;&#160;</td>
			<td>14060-11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5 Forceps</td>
			<td>Fine Science Tools&#160;&#160;</td>
			<td>11252-40</td>
			<td>At least 2; can also use #3&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extra Fine Graefe Forceps, serrated</td>
			<td>Fine Science Tools&#160;&#160;</td>
			<td>11150-10</td>
			<td>At least 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-Adson Forceps, serrated</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>503719-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-Adson Forceps, teeth</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>501244</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel Handle - #3</td>
			<td>Fine Science Tools&#160;&#160;</td>
			<td>10003-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel Handle - #4</td>
			<td>Fine Science Tools&#160;&#160;</td>
			<td>10004-13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel Blades - #23</td>
			<td>Fine Science Tools&#160;&#160;</td>
			<td>10023-00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insect Pins , size 000</td>
			<td>Fine Science Tools&#160;&#160;</td>
			<td>26000-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>27G Needle</td>
			<td>BD PrecisionGlide Needles</td>
			<td>BD305109</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an in vitro organ culture model of the murine intervertebral disc

degeneração do disco intervertebral (IVD) é um contribuinte significativo para a dor lombar. O IVD é uma joint fibrocartilaginous que serve para transmitir e amortecer cargas na coluna vertebral. O IVD consiste de um pulposo rica em proteoglicanos núcleo (NP) e um anel fibrose rico em colagénio (AF) ensanduichado por placas terminais cartilaginosas. Juntamente com as vértebras adjacentes, a estrutura vértebras-IVD forma uma unidade funcional coluna (FSU). Estas microestruturas contêm tipos de células únicas, bem como matrizes extracelulares únicas. cultura de órgão inteiro do FSU preserva a matriz extracelular nativa, fenótipos de diferenciação celular, e interacções de matriz celular. Assim, as técnicas de cultura de órgãos são particularmente úteis para a investigação dos mecanismos biológicos complexos da IVD. Aqui, descrevemos uma abordagem de alto rendimento para a cultura FSUs rato lombar inteiro que fornece uma plataforma ideal para estudar os mecanismos da doença e terapias para o IVD. Além disso, descrevemos several aplicações que utilizam este processo de cultura de órgão para conduzir mais estudos de imagiologia incluindo microCT com contraste e tridimensional de alta resolução de modelagem de elemento finito da IVD.

As Figuras 2-3 mostram resultados representativos de distribuição de proteoglicano, a expressão de NF-kB, a rigidez, a viscosidade, a altura do disco, e peso molhado para IVDs cultivadas de ratinho. Se cultivadas adequadamente, os parâmetros IVD do grupo de controlo não deve ser significativamente diferente do grupo de fresco. Se a cultura está infectado ou de outro modo comprometida, o grupo de controlo irá ser diferente do grupo de fresco, especialmente na expressão de NF-kB e de distribuiçã...

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An In Vitro Organ Culture Model of the Murine Intervertebral Disc

cultura de órgão inteiro do disco intervertebral (IVD) preserva a matriz extracelular nativa, fenótipos celulares, e interacções de matriz celular. Aqui nós descrevemos um sistema de cultura IVD utilizando lombar do mouse e IVDs caudal em suas unidades da coluna vertebral funcionais e várias aplicações que utilizam este sistema.

A<em&gt; In Vitro</em&gt; Modelo Cultura Órgão da Murino 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 ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

An In Vitro Organ Culture Model of the Murine Intervertebral Disc

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

Hidrogéis alginato para Tridimensional Cultura Órgão de ovários e tubas uterinas

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 ...

Bioengenharia

Preparation of Intact Bovine Tail Intervertebral Discs for Organ Culture

Preparação de Intact Discos cauda bovina Intervertebral de Cultura de Órgãos

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

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Engenharia de Tecidos do Intestino num modelo murino

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Irritação dos olhos Test (EIT) para identificação de perigos de olho irritantes químicos usando reconstruída Humano Córnea-like epitelial (RHCE) Modelo Tissue

To comply with the Seventh Amendment to the EU Cosmetics Directive and EU REACH legislation, validated non-animal alternative methods for reliable and ...

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