Name: propagation of dental and respiratory cells and organs in microgravity
Uploaded: 2021-05-25T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Propagation of Dental and Respiratory Cells and Organs in Microgravity at JoVE.com

تم دعم الدراسات بسخاء بمنح من المعهد الوطني لأبحاث الأسنان والقحف الوجهي (UG3-DE028869 و R01-DE027930).

تم الحصول على جميع الموافقات المؤسسية اللازمة لضمان امتثال الدراسة للمبادئ التوجيهية المؤسسية لرعاية الحيوان في جامعة تكساس الطبية والصناعية.
1. تجميع المفاعل الحيوي والتعقيم
<ol><li>تعقيم أربع أوعية ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية (HARV) للمفاعل الحيوي في الأوتوكلاف على دورة ال...

<ol>
	<li>Horneck, G., 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=Life+sciences:+microorganisms+in+the+space+environment.">Life sciences: microorganisms in the space environment.</a> Science. 225 (4658), 226-228 (1984).</li><li>Helmstetter, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravity+and+the+orientation+of+cell+division.">Gravity and the orientation of cell division.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 94 (19), 10195-10198 (1997).</li><li>Bizzarri, M., Monici, M., van Loon, J. J. W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+microgravity+affects+the+biology+of+living+systems.">How microgravity affects the biology of living systems.</a> BioMed Research International. 2015, 863075 (2015).</li><li>Freed, L. E., Vunjak-Novakovic, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spaceflight+bioreactor+studies+of+cells+and+tissues.">Spaceflight bioreactor studies of cells and tissues.</a> Advances in Space Biology and Medicine. 8, 177-195 (2002).</li><li>Walther, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Space+bioreactors+and+their+applications.">Space bioreactors and their applications.</a> Advances in Space Biology and Medicine. 8, 197-213 (2002).</li><li>Morabito, C., 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=RCCS+bioreactor-based+modelled+microgravity+induces+significant+changes+on+in+vitro+3D+neuroglial+cell+cultures.">RCCS bioreactor-based modelled microgravity induces significant changes on in vitro 3D neuroglial cell cultures.</a> BioMed Research International. 2015, 754283 (2015).</li><li>Schwarz, R. P., Goodwin, T. J., Wolf, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+culture+for+three-dimensional+modeling+in+rotating-wall+vessels:+An+application+of+simulated+microgravity.">Cell culture for three-dimensional modeling in rotating-wall vessels: An application of simulated microgravity.</a> Journal of Tissue Culture Methods. 14 (2), 51-57 (1992).</li><li>Nokhbatolfoghahaei, 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=Computational+modeling+of+media+flow+through+perfusion-based+bioreactors+for+bone+tissue+engineering.">Computational modeling of media flow through perfusion-based bioreactors for bone tissue engineering.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H. 234 (12), 1397-1408 (2020).</li><li>Sun, F. -. y., Wang, X. -. m., Li, X. -. y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+innovative+membrane+bioreactor+(MBR)+system+for+simultaneous+nitrogen+and+phosphorus+removal.">An innovative membrane bioreactor (MBR) system for simultaneous nitrogen and phosphorus removal.</a> Process Biochemistry. 48 (11), 1749-1756 (2013).</li><li>Steimberg, N., 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=Advanced+3D+Models+Cultured+to+Investigate+Mesenchymal+Stromal+Cells+of+the+Human+Dental+Follicle.">Advanced 3D Models Cultured to Investigate Mesenchymal Stromal Cells of the Human Dental Follicle.</a> Tissue Engineering Methods (Part C). 24 (3), 187-196 (2018).</li><li>Li, P., 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=RCCS+enhances+EOE+cell+proliferation+and+their+differentiation+into+ameloblasts.">RCCS enhances EOE cell proliferation and their differentiation into ameloblasts.</a> Molecular Biology Reports. 39 (1), 309-317 (2012).</li><li>Grimm, D., 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=Tissue+engineering+under+microgravity+conditions-use+of+stem+cells+and+specialized+cells.">Tissue engineering under microgravity conditions-use of stem cells and specialized cells.</a> Stem Cells and Development. 27 (12), 787-804 (2018).</li><li>Tasoglu, S., 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=Magnetic+Levitational+Assembly+for+Living+Material+Fabrication.">Magnetic Levitational Assembly for Living Material Fabrication.</a> Advanced Healthcare Materials. 4 (10), 1469-1476 (2015).</li><li>Sarigil, O., 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=Scaffold-free+biofabrication+of+adipocyte+structures+with+magnetic+levitation.">Scaffold-free biofabrication of adipocyte structures with magnetic levitation.</a> Biotechnology and Bioengineering. 118 (3), 1127-1140 (2021).</li><li>Anil-Inevi, M., 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=Biofabrication+of+in+situ+Self+Assembled+3D+Cell+Cultures+in+a+Weightlessness+Environment+Generated+using+Magnetic+Levitation.">Biofabrication of in situ Self Assembled 3D Cell Cultures in a Weightlessness Environment Generated using Magnetic Levitation.</a> Scientific Reports. 8 (1), 7239 (2018).</li><li>Nishikawa, M., 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=The+effect+of+simulated+microgravity+by+three-dimensional+clinostat+on+bone+tissue+engineering.">The effect of simulated microgravity by three-dimensional clinostat on bone tissue engineering.</a> Cell Transplant. 14 (10), 829-835 (2005).</li><li>Pandya, M., Diekwisch, T. G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enamel+biomimetics-fiction+or+future+of+dentistry.">Enamel biomimetics-fiction or future of dentistry.</a> International Journal of Oral Science. 11 (1), 8 (2019).</li><li>Klein, O. D., 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=Meeting+report:+a+hard+look+at+the+state+of+enamel+research.">Meeting report: a hard look at the state of enamel research.</a> International Journal of Oral Science. 9 (11), 3 (2017).</li><li>Liu, H., Yan, X., Pandya, M., Luan, X., Diekwisch, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Daughters+of+the+Enamel+Organ:+Development,+Fate,+and+Function+of+the+Stratum+Intermedium,+Stellate+Reticulum,+and+Outer+Enamel+Epithelium.">Daughters of the Enamel Organ: Development, Fate, and Function of the Stratum Intermedium, Stellate Reticulum, and Outer Enamel Epithelium.</a> Stem Cells and Development. 25 (20), 1580-1590 (2016).</li><li>Chen, L. S., Couwenhoven, R. I., Hsu, D., Luo, W., Snead, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintenance+of+amelogenin+gene+expression+by+transformed+epithelial+cells+of+mouse+enamel+organ.">Maintenance of amelogenin gene expression by transformed epithelial cells of mouse enamel organ.</a> Archives of Oral Biology. 37 (10), 771-778 (1992).</li><li>DenBesten, P. K., Gao, C., Li, W., Mathews, C. H., Gruenert, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+characterization+of+an+SV40+immortalized+porcine+ameloblast-like+cell+line.">Development and characterization of an SV40 immortalized porcine ameloblast-like cell line.</a> European Journal of Oral Sciences. 107 (4), 276-281 (1999).</li><li>Arakaki, M., 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=Role+of+epithelial-stem+cell+interactions+during+dental+cell+differentiation.">Role of epithelial-stem cell interactions during dental cell differentiation.</a> Journal of Biological Chemistry. 287 (13), 10590-10601 (2012).</li><li>Au - Chavez, M. G., 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=Isolation+and+Culture+of+Dental+Epithelial+Stem+Cells+from+the+Adult+Mouse+Incisor.">Isolation and Culture of Dental Epithelial Stem Cells from the Adult Mouse Incisor.</a> Journal of Visualized Experiments. (87), e51266 (2014).</li><li>Pandya, M., 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=Posttranslational+Amelogenin+Processing+and+Changes+in+Matrix+Assembly+during+Enamel+Development.">Posttranslational Amelogenin Processing and Changes in Matrix Assembly during Enamel Development.</a> Frontiers in Physiology. 8, 790 (2017).</li><li>Dangaria, S. J., Ito, Y., Luan, X., Diekwisch, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentiation+of+neural-crest-derived+intermediate+pluripotent+progenitors+into+committed+periodontal+populations+involves+unique+molecular+signature+changes,+cohort+shifts,+and+epigenetic+modifications.">Differentiation of neural-crest-derived intermediate pluripotent progenitors into committed periodontal populations involves unique molecular signature changes, cohort shifts, and epigenetic modifications.</a> Stem Cells and Development. 20 (1), 39-52 (2011).</li><li>Ahadian, S., 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=Electrical+stimulation+as+a+biomimicry+tool+for+regulating+muscle+cell+behavior.">Electrical stimulation as a biomimicry tool for regulating muscle cell behavior.</a> Organogenesis. 9 (2), 87-92 (2013).</li><li>Smith, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+and+chemical+events+during+enamel+maturation.">Cellular and chemical events during enamel maturation.</a> Critical Reviews in Oral Biology &amp; Medicine. 9 (2), 128-161 (1998).</li><li>Pei, M., 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=Bioreactors+mediate+the+effectiveness+of+tissue+engineering+scaffolds.">Bioreactors mediate the effectiveness of tissue engineering scaffolds.</a> The FASEB Journal. 16 (12), 1691-1694 (2002).</li><li>Ahmed, S., Chauhan, V. M., Ghaemmaghami, A. M., Aylott, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+generation+of+bioreactors+that+advance+extracellular+matrix+modelling+and+tissue+engineering.">New generation of bioreactors that advance extracellular matrix modelling and tissue engineering.</a> Biotechnology Letters. 41 (1), 1-25 (2019).</li><li>Seidel, K., 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=Resolving+stem+and+progenitor+cells+in+the+adult+mouse+incisor+through+gene+co-expression+analysis.">Resolving stem and progenitor cells in the adult mouse incisor through gene co-expression analysis.</a> Elife. 6, (2017).</li><li>Green, H., Rheinwald, J. G., Sun, T. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+of+an+epithelial+cell+type+in+culture:+the+epidermal+keratinocyte+and+its+dependence+on+products+of+the+fibroblast.">Properties of an epithelial cell type in culture: the epidermal keratinocyte and its dependence on products of the fibroblast.</a> Progress in Clinical and Biological Research. 17, 493-500 (1977).</li><li>Green, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+birth+of+therapy+with+cultured+cells.">The birth of therapy with cultured cells.</a> Bioessays. 30 (9), 897-903 (2008).</li><li>Zeichner-David, M., 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=Control+of+ameloblast+differentiation.">Control of ameloblast differentiation.</a> International Journal of Developmental Biology. 39 (1), 69-92 (1995).</li><li>Bei, M., Stowell, S., Maas, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Msx2+controls+ameloblast+terminal+differentiation.">Msx2 controls ameloblast terminal differentiation.</a> Developmental Dynamics. 231 (4), 758-765 (2004).</li><li>Dangaria, S. J., Ito, Y., Luan, X., Diekwisch, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Successful+periodontal+ligament+regeneration+by+periodontal+progenitor+preseeding+on+natural+tooth+root+surfaces.">Successful periodontal ligament regeneration by periodontal progenitor preseeding on natural tooth root surfaces.</a> Stem Cells and Development. 20 (10), 1659-1668 (2011).</li><li>Del Moral, P. M., Warburton, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Explant+culture+of+mouse+embryonic+whole+lung,+isolated+epithelium,+or+mesenchyme+under+chemically+defined+conditions+as+a+system+to+evaluate+the+molecular+mechanism+of+branching+morphogenesis+and+cellular+differentiation.">Explant culture of mouse embryonic whole lung, isolated epithelium, or mesenchyme under chemically defined conditions as a system to evaluate the molecular mechanism of branching morphogenesis and cellular differentiation.</a> Methods in Molecular Biology. 633, 71-79 (2010).</li><li>Hermanns, M. I., Unger, R. E., Kehe, K., Peters, K., Kirkpatrick, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lung+epithelial+cell+lines+in+coculture+with+human+pulmonary+microvascular+endothelial+cells:+development+of+an+alveolo-capillary+barrier+in+vitro.">Lung epithelial cell lines in coculture with human pulmonary microvascular endothelial cells: development of an alveolo-capillary barrier in vitro.</a> Laboratory Investigation. 84 (6), 736-752 (2004).</li><li>Duell, B. L., Cripps, A. W., Schembri, M. A., Ulett, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epithelial+cell+coculture+models+for+studying+infectious+diseases:+benefits+and+limitations.">Epithelial cell coculture models for studying infectious diseases: benefits and limitations.</a> Journal of Biomedicine and Biotechnolog. 2011, 852419 (2011).</li><li>Kuppan, P., Sethuraman, S., Krishnan, U. 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+co-culture+of+epithelial+cells+and+smooth+muscle+cells+on+aligned+nanofibrous+scaffolds.">In vitro co-culture of epithelial cells and smooth muscle cells on aligned nanofibrous scaffolds.</a> Materials Science and Engineering: C. 81, 191-205 (2017).</li><li>Navran, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+low+shear+modeled+microgravity+to+3-D+cell+biology+and+tissue+engineering.">The application of low shear modeled microgravity to 3-D cell biology and tissue engineering.</a> Biotechnology Annual Review. 14, 275-296 (2008).</li></ol>

تشمل الخطوات الحاسمة لبروتوكول نمو الخلايا في الجاذبية الصغرى المفاعل الحيوي ، والسقالة ، والخلايا المستخدمة في ثقافة 3D ، وطلاء السقالة كوسيلة للحث على تمايز الخلايا. يتكون نوع المفاعل الحيوي المستخدم في دراساتنا من المفاعل الحيوي RCCS-4 ، وهو تعديل حديث لجهاز زراعة الأنسجة الأسطوانية الد?...

تؤثر الجاذبية على جميع جوانب الحياة على الأرض ، بما في ذلك بيولوجيا الخلايا الفردية ووظيفتها داخل الكائنات الحية. تستشعر الخلايا الجاذبية من خلال المستقبلات الميكانيكية وتستجيب للتغيرات في الجاذبية عن طريق إعادة تكوين البنى الهيكلية الخلوية وتغيير انقسام الخلايا1،2،3. تشمل التأثيرات الأخرى للجاذبية الصغرى الضغط الهيدروستاتيكي في الحويصلات المملوءة بالسوائل ، وترسيب العضيات ، والحمل الحراري المدفوع بالطفو للتدفق والحرارة4. أجريت دراسات حول تأثير فقدان الجاذبية على الخلايا والأعضاء البشرية في الأصل لمحاكاة بيئة الفضاء عديمة الوزن على رواد الفضاء أثناء بعثات الرحلات الفضائية5. ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، أصبحت تقنيات المفاعلات الحيوية ثلاثية الأبعاد هذه التي طورتها ناسا في الأصل لمحاكاة الجاذبية الصغرى ذات أهمية متزايدة كنهج جديدة لثقافة مجموعات الخلايا التي لا تكون قابلة لأنظمة الثقافة 2D.
تحاكي المفاعلات الحيوية 3D الجاذبية الصغرى عن طريق نمو الخلايا المعلقة وبالتالي خلق تأثير "السقوط الحر" المستمر. تشمل المزايا الأخرى للمفاعلات الحيوية الدوارة عدم التعرض للهواء الذي تصادفه أنظمة زراعة الأعضاء ، وتقليل إجهاد القص والاضطراب ، والتعرض المستمر لإمدادات متغيرة من العناصر الغذائية. هذه الظروف الديناميكية التي يوفرها المفاعل الحيوي لنظام زراعة الخلايا الدوارة (RCCS) تفضل التوطين المكاني المشترك والتجميع ثلاثي الأبعاد للخلايا المفردة في مجاميع 6,7.
أظهرت الدراسات السابقة مزايا المفاعل الحيوي الدوار لتجديد العظام8 ، وزراعة جرثومة الأسنان9 ، ولزراعة خلايا بصيلات الأسنان البشرية10. كان هناك أيضا تقرير يشير إلى أن RCCS يعزز تكاثر خلايا EOE والتمايز إلى الأرومات المينائية11. ومع ذلك ، تم اعتبار الخلايا المتمايزة أرومات مينائية بناء على التألق المناعي للأميلوبلاستين و / أو تعبير الأميلوجينين وحده11 دون النظر في مورفولوجيتها الممدودة أو شكل الخلية المستقطبة.
بالإضافة إلى المفاعل الحيوي لأوعية الجدار الدوار (RWV) الذي طورته وكالة ناسا ، تشمل التقنيات الأخرى لتوليد مجاميع 3D من الخلايا الرفع المغناطيسي ، وآلة تحديد المواقع العشوائية (RPM) و clinostat12. لتحقيق الرفع المغناطيسي ، يتم رفع الخلايا الموسومة بجسيمات نانوية مغناطيسية باستخدام قوة مغناطيسية خارجية ، مما يؤدي إلى تكوين هياكل ثلاثية الأبعاد خالية من السقالات تم استخدامها للتصنيع الحيوي لهياكل الخلايا الشحمية13،14،15. هناك طريقة أخرى لمحاكاة الجاذبية الصغرى وهي توليد قوى G متعددة الاتجاهات عن طريق التحكم في الدوران المتزامن حول محورين مما يؤدي إلى إلغاء متجه الجاذبية التراكمي في مركز جهاز يسمى clinostat16. عندما تم استزراع الخلايا الجذعية لنخاع العظم في كلينستات ، تم تثبيط تكوين عظام جديدة من خلال قمع تمايز بانيات العظم ، مما يوضح أحد التأثيرات غير المتمايزة للجاذبية الصغرى16.
من شأن الأنظمة المختبرية لتسهيل الثقافة المخلصة للأرومات المينائية أن توفر خطوة كبيرة إلى الأمام نحو هندسة أنسجة مينا الأسنان17. لسوء الحظ ، حتى هذا التاريخ ، كانت ثقافة الأرومات المينائية مهمة صعبة18,19. حتى الآن ، تم الإبلاغ عن خمسة خطوط خلايا مختلفة تشبه الأرومة المينائية ، بما في ذلك خط خلية سلالة الأرومة المينائية للفأر (ALC) ، وخط الخلايا الظهارية لأسنان الفئران (HAT-7) ، وخط خلية الفأر LS8 20 ، وخط خلية PABSo-E الخنازير21 وخط خلية الفئران SF2-2422. ومع ذلك ، فقد فقدت غالبية هذه الخلايا شكل الخلية المستقطبة المميزة في ثقافة 2D.
في هذه الدراسة ، لجأنا إلى نظام المفاعل الحيوي لثقافة الخلايا الدوارة (RCCS) لتسهيل نمو الخلايا الشبيهة بالأرومة المينائية من ظهارة عنق الرحم المستزرعة بالاشتراك مع أسلاف اللحمة المتوسطة وللتغلب على تحديات أنظمة الاستزراع 2D ، بما في ذلك انخفاض تدفق العناصر الغذائية والتغيرات الهيكلية الخلوية بسبب الجاذبية. بالإضافة إلى ذلك ، قدمت RCCS طرقا جديدة لدراسة تفاعلات الخلايا / السقالات المتعلقة بهندسة أنسجة اللثة وفحص آثار الوسطاء الالتهابيين على الأنسجة السنخية الرئوية في المختبر. وتسلط نتائج هذه الدراسات مجتمعة الضوء على فوائد نظم الاستزراع الدوار القائمة على الجاذبية الصغرى لتكاثر الظهارة المتمايزة ولتقييم الآثار البيئية على الخلايا المزروعة في المختبر، بما في ذلك تفاعلات الخلايا/السقالات واستجابة الأنسجة للحالات الالتهابية.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Antibiotic-antimycotic</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>15240096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ascorbic Acid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A4544</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BGJb Fitton-Jackson Modification media</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>12591</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BIOST PGA scaffold</td>
			<td>Synthecon</td>
			<td>Custom</td>
			<td>Available from the company through a custom order</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BMP-2</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>355-BM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BMP-4</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>314-BP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM Media</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D6429-500mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>16140071</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibricol</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>5133-20mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibronectin</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354008</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Galanin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G-0278</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin disc</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>CytoForm 500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphene sheets</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>CytoForm 300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hEGF</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>AF-100-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hFGF</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>AA1-155</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydroxyapatite disc</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>CytoForm 200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Il-6 protein</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>200-06</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Keratinocyte SFM media (1X)</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>17005042</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminin</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354259</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LRAP peptide</td>
			<td>Peptide 2.0</td>
			<td>Custom made sequence: MPLPPHPGSPGYINLSYEVLT 
			PLKWYQSMIRQPPLSPILPEL 
			PLEAWPATDKTKREEVD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrigel</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354234</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millipore Nitrocellulose membrane</td>
			<td>Merck Millipore</td>
			<td>AABP04700</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RCCS Bioreactor</td>
			<td>Synthecon</td>
			<td>RCCS 4HD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SpongeCol</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>5135-25EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syring valve one way stopcock w/swivel male luer lock</td>
			<td>Smiths Medical</td>
			<td>MX5-61L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes with needle 3cc</td>
			<td>McKESSON</td>
			<td>16-SN3C211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin EDTA (0.25%)</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>25200056</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

propagation of dental and respiratory cells and organs in microgravity

الجاذبية هي واحدة من المحددات الرئيسية لوظيفة الخلية البشرية ، والانتشار ، والبنية الهيكلية الخلوية والتوجه. تحاكي أنظمة المفاعلات الحيوية الدوارة (RCCSs) فقدان الجاذبية عند حدوثه في الفضاء وتوفر بدلا من ذلك بيئة الجاذبية الصغرى من خلال الدوران المستمر للخلايا أو الأنسجة المستزرعة. تضمن هذه RCCSs إمدادا غير منقطع من العناصر الغذائية وعوامل النمو والنسخ والأكسجين ، وتعالج بعض أوجه القصور في قوى الجاذبية في أطباق زراعة الخلايا أو الأعضاء 2D (ثنائية الأبعاد) بلا حراك. في الدراسة الحالية ، استخدمنا RCCSs لمشاركة خلايا حلقة عنق الرحم وخلايا لب الأسنان لتصبح أرومات مينائية ، لتوصيف تفاعلات السلف / السقالة اللثوية ، ولتحديد تأثير الالتهاب على الحويصلات الهوائية الرئوية. سهلت بيئات RCCS نمو الخلايا الشبيهة بالأرومات المينائية ، وعززت تكاثر السلف اللثوي استجابة لطلاء السقالات ، وسمحت بتقييم آثار التغيرات الالتهابية على الحويصلات الهوائية الرئوية المزروعة. تلخص هذه المخطوطة الظروف البيئية والمواد والخطوات على طول الطريق وتسلط الضوء على الجوانب الهامة والتفاصيل التجريبية. في الختام ، RCCSs هي أدوات مبتكرة لإتقان الثقافة والنمو ثلاثي الأبعاد (ثلاثي الأبعاد) للخلايا في المختبر والسماح بدراسة الأنظمة الخلوية أو التفاعلات غير القابلة لبيئات ثقافة 2D الكلاسيكية.

توفر الغرفة الداخلية للمفاعل الحيوي بيئة للخلايا للتكاثر والتمايز ، أو الالتصاق بسقالة أو التجمع لتشكيل أنسجة مثل التجميعات. تحتوي كل سفينة HARV على ما يصل إلى 10 مل من الوسط وتسهل الدوران المستمر للعناصر الغذائية بحيث تتمتع كل خلية بفرصة ممتازة للبقاء على قيد الحياة. يوضح الشكل 1...

Watch this Scientific Journal Video about Propagation of Dental and Respiratory Cells and Organs in Microgravity at JoVE.com

Propagation of Dental and Respiratory Cells and Organs in Microgravity

يقدم هذا البروتوكول طريقة للثقافة ونمو 3D للخلايا الشبيهة بالأرومة المينائية في الجاذبية الصغرى للحفاظ على شكلها الممدود والمستقطب بالإضافة إلى تعبير البروتين الخاص بالمينا. كما يتم وصف ظروف الثقافة لثقافة التركيبات الهندسية للثة وأعضاء الرئة في الجاذبية الصغرى.

انتشار خلايا وأعضاء الأسنان والجهاز التنفسي في الجاذبية الصغرى

Gravity is one of the key determinants of human cell function, proliferation, cytoskeletal architecture and orientation. Rotary bioreactor systems (RCCSs) ...

ممدود ومستقطب الأرومة المينائية التي تفرز الأميلوجينين في الثقافة. هذا هو أيضا البروتوكول الأول لزراعة خلايا الأرومة المينائية في الجاذبية الصغرى. كان نمو الأرومات المينائية في الثقافة أحد التحديات الرئيسية في مجال المينا.وبالنسبة لنا ، إنها تستخدم نموذج المفاعل الحيوي هذا ، إنها المرة الأولى التي ننجز فيها هذه السمة المميزة في أبحاث المينا. يمكن استخدام هذا النموذج لفهم بيولوجيا خلايا الأرومة المينائية. سيتم عرض هذا النموذج من قبل الدكتورة ميرالي بانديا.ابدأ بوضع الأنسجة التي تم جمعها من الفئران بعد الولادة لمدة ستة أيام تحت مجهر التشريح وحلقات عنق الرحم التشريح. قم بإعداد مفاعل حيوي عن طريق ربط الصمامات المعقمة بمنافذ الحقن. أضف كلتا الخليتين ، حلقة عنق الرحم ولب الأسنان ، جنبا إلى جنب مع السقالة المطلية إلى المفاعل الحيوي واملأ وعاء المفاعل الحيوي ب 10 ملليلتر من وسائط SFM الكيراتينية المكملة بعوامل النمو وبروتينات المصفوفة خارج الخلية.أغلق وشد غطاء منفذ التعبئة لوعاء المفاعل الحيوي ، ثم افتح الصمامات المعقمة. استخدم حقنتين معقمتين سعة ثلاثة ملليلتر لتغيير الوسائط. للقيام بذلك ، املأ حقنة واحدة بالوسط الطازج واترك المحقنة الأخرى فارغة.افتح كلا صمامي المحقنة وقم بمناورة الفقاعات برفق نحو منفذ المحقنة الفارغ. بمجرد حقن الوسط الطازج من المحقنة الكاملة بعناية في الوعاء ، قم بإزالة جميع الفقاعات من خلال منفذ المحقنة الفارغ. أغلق منافذ المحاقن بأغطية.نعلق كل وعاء إلى قاعدة المدور. قم بتشغيل الطاقة واضبط السرعة على 10.1 دورة في الدقيقة. اضبط السرعة للتأكد من تعليق السقالات وعدم ملامستها لجدار الوعاء.لتغيير الوسائط كل 24 ساعة ، ضع الأوعية في وضع مستقيم لضمان استقرار الخلايا في القاع. افتح منافذ المحاقن لتوصيل المحاقن المعقمة بالمنافذ. نضح 75٪ من الوسط المستنفد للتغذية وحقن الوسط الطازج من خلال المنفذ الآخر كما هو موضح سابقا.تظهر هنا الماكروجرافات لسقالة الجرافين وسقالة الكولاجين. تحتوي سقالة الجرافين على مجموعة متوازية من النقوش السطحية ، بينما أظهرت سقالة الكولاجين البنية المسامية. تم تشريح الفك السفلي للفأر الهيكلي وكشف الجزء الأكبر البعيد من قاطعة الفأر السفلية.يتم تحديد الموضع الدقيق لحلقة عنق الرحم المقطوعة في قاطعة الفأر بعد الولادة لمدة ستة أيام ، في حين يتم توفير منطقة مماثلة في الفك السفلي للفأر البالغ الهيكل العظمي كمرجع. كانت الهيمماندابل تتكون من ثلاثة أضراس الفك السفلي وقاطعة تنمو باستمرار ، في حين احتوت مكانة خلية عنق الرحم على مجموعة متنوعة من الخلايا اللازمة لتشكيل المينا. أدى التمايز الناجح لخلايا حلقة عنق الرحم في بيئة دقيقة مخصصة إلى تكوين الأرومات المينائية ذات الخاصية النموذجية للخلايا المستقطبة مع النواة في أحد طرفيها والعمليات الخلوية الطويلة في الطرف الآخر.نتج عن زراعة الخلايا في الوسائط وحدها بدون عوامل نمو وطلاء سقالة خلايا حلقة عنق الرحم التي تفرز بروتينات المينا الرئيسية ، لكنها لم تستطيل أو تستقطب. أظهرت مجموعة السقالات المغلفة بالجالانين معدل انتشار أعلى بكثير مقارنة بمجموعة التحكم التي تحتوي على سقالات غير مطلية. تم استزراع أجزاء أنسجة الرئة التي تم حصادها من الفئران E15 بنجاح لمدة 10 أيام في بيئة الجاذبية الصغرى ثلاثية الأبعاد في المفاعل الحيوي.أدت إضافة إنترلوكين -6 إلى وسط الاستزراع إلى تغيرات مرتبطة بالالتهاب في التشكل السنخي مماثلة لتلك التي شوهدت في الجسم الحي. في المقدمة ، أخبرتك كم كان من الصعب على فريق المينا التوصل إلى نموذج لزراعة الخلايا الأرومية المينائية. لقد واجهنا الآن هذا التحدي باستخدام إجراء مبتكر للغاية يركز على جانبين: سقالة الكولاجين الإسفنجية وكذلك استخدام المصفوفة للتمييز بين خلايا الأرومة المينائية.معا ، أدى هذان الابتكاران إلى استقطاب ونمو الخلايا الشبيهة بالأرومات المينائية في ثقافة 3D. هذه الخلايا المستزرعة 3D هي نموذج رائع لفهم بيولوجيا الأرومة المينائية. ولفهم هذه البيولوجيا ، يمكننا استخدام مجموعة متنوعة من التقنيات بما في ذلك المجهر الإلكتروني والبروتينات وعلم الجينوم.الأرومات المينائية هي خلايا رائعة. نعم ، لديهم القدرة على إفراز مينا الأسنان المنشورية. الآن ، يضعنا نموذج المفاعل الحيوي هذا في وضع يسمح لنا بفهم كيفية إفراز الأرومات المينائية للمصفوفة وإفراز معادن الأباتيت لزراعة مينا الأسنان المنشورية.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Use of Human Perivascular Stem Cells for Bone Regeneration

استخدام الخلايا الجذعية البشرية ارتشاح لتجديد العظام

Human perivascular stem cells (PSCs) can be isolated in sufficient numbers from multiple tissues for purposes of skeletal tissue engineering1-3. PSCs are ...

Alginate Microcapsule as a 3D Platform for Propagation and Differentiation of Human Embryonic Stem Cells (hESC) to Different Lineages

Alginate Microcapsule as a 3D Platform for Propagation and Differentiation of Human Embryonic Stem Cells hESC to Different Lineages

Microcapsule الجينات كمنصة 3D لإكثار وتمايز الخلايا الجذعية الجنينية البشرية (hESC) إلى أنساب مختلفة

Human embryonic stem cells (hESC) are emerging as an attractive alternative source for cell replacement therapy since they can be expanded in culture ...

Micropipette Aspiration of Substrate-attached Cells to Estimate Cell Stiffness

شفط Micropipette من خلايا الركيزة المرفقة لتقدير تصلب الخليوي

Growing number of studies show that biomechanical properties of individual cells play major roles in multiple cellular functions, including cell ...

Transplantation of Induced Pluripotent Stem Cell-derived Mesoangioblast-like Myogenic Progenitors in Mouse Models of Muscle Regeneration

زرع المستحثة متعددة القدرات الخلايا الجذعية المشتقة من Mesoangioblast مثل السلف الميوجينيك في نماذج الماوس من تجديد العضلات

Patient-derived iPSCs could be an invaluable source of cells for future autologous cell therapy protocols. iPSC-derived myogenic stem/progenitor cells ...

Ordering Single Cells and Single Embryos in 3D Confinement: A New Device for High Content Screening

طلب خلايا واحدة والأجنة واحدة في 3D الحبس: جهاز جديد لفحص المحتوى العالي

Biological cells are usually observed on flat (2D) surfaces. This condition is not physiological, and phenotypes and shapes are highly variable. Screening ...

Adapting the Electrospinning Process to Provide Three Unique Environments for a Tri-layered In Vitro Model of the Airway Wall

Adapting the Electrospinning Process to Provide Three Unique Environments for a Tri-layered In Vitro Model of the Airway Wall

تكييف عملية Electrospinning لتوفير ثلاث بيئات فريدة من نوعها لثلاثي الطبقات<em&gt; في المختبر</em&gt; نموذج جدار مجرى الهواء

Electrospinning is a highly adaptable method producing porous 3D fibrous scaffolds that can be exploited in in vitro cell culture. Alterations to ...

Development of a Multicellular Three-dimensional Organotypic Model of the Human Intestinal Mucosa Grown Under Microgravity

تطوير عضوي نموذج متعددة الخلايا ثلاثي الأبعاد من الأمعاء الغشاء المخاطي الإنسان نمت في ظل الجاذبية

Because cells growing in a three-dimensional (3-D) environment have the potential to bridge many gaps of cell cultivation in 2-D environments (e.g., ...

Interfacing Microfluidics with Microelectrode Arrays for Studying Neuronal Communication and Axonal Signal Propagation

ميكروفلويديكس التواصل مع صفائف ميكروليكترودي لدراسة الاتصالات العصبية ونشر إشارة محواري

Microelectrode arrays (MEAs) are widely used to study neuronal function in vitro. These devices allow concurrent non-invasive recording/stimulation of ...

Calvarial Model of Bone Augmentation in Rabbit for Assessment of Bone Growth and Neovascularization in Bone Substitution Materials

نموذج كالفاري لتكبير العظام في الأرنب لتقييم نمو العظام والأوعية الدموية الجديدة في مواد استبدال العظام

The basic principle of the rabbit calvarial model is to grow new bone tissue vertically on top of the cortical part of the skull. This model allows ...

In vitro Induction of Human Dental Pulp Stem Cells Toward Pancreatic Lineages

In vitro Induction of Human Dental Pulp Stem Cells Toward Pancreatic Lineages

في المختبر تحريض الخلايا الجذعية لب الأسنان البشري نحو أنساب البنكرياس

As of 2000, the success of pancreatic islet transplantation using the Edmonton protocol to treat type I diabetes mellitus still faced some obstacles. ...