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

Undersøgelser blev generøst støttet af tilskud fra National Institute of Dental and Craniofacial Research (UG3-DE028869 og R01-DE027930).

Al nødvendig institutionel godkendelse blev opnået for at sikre, at undersøgelsen var i overensstemmelse med TAMU's institutionelle retningslinjer for dyrepleje.
1. Samling og sterilisering af bioreaktorer
<ol><li>Steriliser fire beholdere med højt billedformat (HARV) til bioreaktoren i en autoklave på plastinstrumentcyklussen i 20 minutter ved 121 °C som anbefalet af producenten.</li>
	<li>Efter sterilisering samles karrene i en cellekulturhætte ved at stramme skruerne, der følger m...

<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>

Kritiske trin i protokollen for vækst af celler i mikrogravitet inkluderer bioreaktoren, stilladset, cellerne, der anvendes til 3D-kultur, og stilladsbelægningen som et middel til at inducere celledifferentiering. Den type bioreaktor, der anvendes i vores undersøgelser, omfatter RCCS-4 bioreaktoren, en nylig ændring af det originale Rotary Cell Culture System (RCCS) roterende cylindrisk vævskulturenhed udviklet af NASA til at dyrke celler i simuleret mikrogravitet. Dette RCCS-4-miljø giver ekstremt lave forskydning...

Tyngdekraften påvirker alle aspekter af livet på Jorden, herunder biologien af individuelle celler og deres funktion i organismer. Celler registrerer tyngdekraften gennem mekanoreceptorer og reagerer på ændringer i tyngdekraften ved at omkonfigurere cytoskeletale arkitekturer og ved at ændre celledeling 1,2,3. Andre virkninger af mikrogravitet inkluderer det hydrostatiske tryk i væskefyldte vesikler, sedimentering af organeller og opdriftsdrevet konvektion af flow og varme4. Undersøgelser af effekten af tab af tyngdekraft på humane celler og organer blev oprindeligt udført for at simulere det vægtløse miljø i rummet på astronauter under rumflyvningsmissioner5. I de senere år er disse 3D-bioreaktorteknologier, der oprindeligt blev udviklet af NASA til at simulere mikrogravitet, imidlertid blevet mere og mere relevante som nye tilgange til kulturen af cellepopulationer, der ellers ikke er modtagelige for 2D-kultursystemer.
3D-bioreaktorer simulerer mikrogravitet ved at dyrke celler i suspension og dermed skabe en konstant "frit fald" -effekt. Andre fordele ved de roterende bioreaktorer omfatter manglen på lufteksponering i organkultursystemer, en reduktion i forskydningsspænding og turbulens og en kontinuerlig eksponering for en skiftende forsyning af næringsstoffer. Disse dynamiske betingelser leveret af en Rotary Cell Culture System (RCCS) bioreaktor favoriserer rumlig co-lokalisering og tredimensionel samling af enkeltceller i aggregater 6,7.
Tidligere undersøgelser har vist fordelene ved en roterende bioreaktor til knogleregenerering8, tandkimkultur9 og til dyrkning af humane tandfollikelceller10. Der har også været en rapport, der tyder på, at RCCS forbedrer EOE-celleproliferation og differentiering i ameloblaster11. Imidlertid blev differentierede celler betragtet som ameloblaster baseret på ameloblastinimmunfluorescens og / eller amelogeninekspression alene11 uden at overveje deres aflange morfologi eller polariserede celleform.
Ud over den NASA-udviklede roterende vægbeholder (RWV) bioreaktor omfatter andre teknologier til generering af 3D-aggregater fra celler magnetisk levitation, den tilfældige positioneringsmaskine (RPM) og clinostat12. For at opnå magnetisk levitation leviteres celler mærket med magnetiske nanopartikler ved hjælp af en ekstern magnetisk kraft, hvilket resulterer i dannelsen af stilladsfrie 3D-strukturer, der er blevet brugt til biofabrikation af adipocytstrukturer13,14,15. En anden tilgang til simulering af mikrogravitet er dannelsen af multidirektionelle G-kræfter ved at kontrollere samtidig rotation omkring to akser, hvilket resulterer i en annullering af den kumulative tyngdekraftsvektor i midten af en enhed kaldet clinostat16. Når knoglemarvsstamceller blev dyrket i en clinostat, blev ny knogledannelse hæmmet gennem undertrykkelse af osteoblastdifferentiering, hvilket illustrerer en af de dedifferentierende virkninger af mikrogravitet16.
In vitro-systemer til at lette den trofaste ameloblastkultur ville være et stort skridt fremad mod tandemaljevævsteknik17. Desværre har ameloblastskulturen indtil nu været en udfordrende opgave18,19. Indtil videre er fem forskellige ameloblast-lignende cellelinjer blevet rapporteret, herunder musens ameloblast-afstamningscellelinje (ALC), rottetandepitelcellelinjen (HAT-7), musens LS8-cellelinje20, den svine PABSo-E-cellelinje 21 og rotten SF2-24 cellelinje22. Imidlertid har størstedelen af disse celler mistet deres karakteristiske polariserede celleform i 2D-kultur.
I denne undersøgelse har vi henvendt os til et Rotary Cell Culture Bioreactor System (RCCS) for at lette væksten af ameloblastlignende celler fra cervikal loop-epitelia, der er samdyrket med mesenkymale forfædre og for at overvinde udfordringerne ved 2D-kultursystemer, herunder reduceret strøm af næringsstoffer og cytoskeletale ændringer på grund af tyngdekraften. Derudover har RCCS givet nye muligheder for undersøgelse af celle / stilladsinteraktioner relateret til periodontal vævsteknik og til at undersøge virkningerne af inflammatoriske mediatorer på lungealveolært væv in vitro. Tilsammen fremhæver resultaterne fra disse undersøgelser fordelene ved mikrogravity-baserede rotatoriske kultursystemer til udbredelse af differentieret epitel og til vurdering af miljøvirkninger på celler dyrket in vitro, herunder celle/stilladsinteraktioner og vævets respons på inflammatoriske tilstande.

<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

Tyngdekraften er en af de vigtigste determinanter for menneskelig cellefunktion, proliferation, cytoskeletal arkitektur og orientering. Roterende bioreaktorsystemer (RCCS'er) efterligner tabet af tyngdekraften, når det forekommer i rummet, og giver i stedet et mikrogravitetsmiljø gennem kontinuerlig rotation af dyrkede celler eller væv. Disse RCCS'er sikrer en uafbrudt forsyning af næringsstoffer, vækst- og transkriptionsfaktorer og ilt og adresserer nogle af manglerne ved tyngdekraften i ubevægelige 2D (todimensionelle) celle- eller organkulturretter. I denne undersøgelse har vi brugt RCCS'er til at samdyrke cervikale loopceller og tandmasseceller til at blive ameloblaster, til at karakterisere periodontale stamfader / stilladsinteraktioner og til at bestemme effekten af betændelse på lungealveoler. RCCS-miljøerne lettede væksten af ameloblast-lignende celler, fremmede periodontal progenitorproliferation som reaktion på stilladsbelægninger og tillod en vurdering af virkningerne af inflammatoriske ændringer på dyrkede lungealveoler. Dette manuskript opsummerer miljøforholdene, materialerne og trinene undervejs og fremhæver kritiske aspekter og eksperimentelle detaljer. Afslutningsvis er RCCS'er innovative værktøjer til at mestre kulturen og 3D (tredimensionel) vækst af celler in vitro og give mulighed for undersøgelse af cellulære systemer eller interaktioner, der ikke er modtagelige for klassiske 2D-kulturmiljøer.

Bioreaktorens indvendige kammer giver cellerne et miljø til at sprede sig og differentiere, fastgøres til et stillads eller samles for at danne væv som samlinger. Hvert HARV-fartøj rummer op til 10 ml medium og letter en konstant cirkulation af næringsstoffer, så hver celle har en fremragende chance for at overleve. Figur 1A illustrerer fastgørelsen af sprøjteportene til beholderens forplade, hvor sterile one-stop-ventiler er fastgjort. Disse ventiler fungerer som dørvogtere til kul...

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

Denne protokol præsenterer en metode til dyrkning og 3D-vækst af ameloblast-lignende celler i mikrogravity for at opretholde deres aflange og polariserede form samt emaljespecifikke proteinekspression. Kulturbetingelser for kulturen af periodontale ingeniørkonstruktioner og lungeorganer i mikrogravitet er også beskrevet.

Formering af tand- og åndedrætsceller og organer i mikrogravity

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

Langstrakt og polariseret den amelogenin-udskillende ameloblast i kultur. Dette er også den første protokol til dyrkning af ameloblastceller i mikrogravitet. Væksten af ameloblaster i kulturen har været en af de største udfordringer på emaljeområdet.Og for os er det ved hjælp af denne bioreaktormodel, det er første gang, at vi har opnået dette kendetegn inden for emaljeforskning. Denne model kan bruges til at forstå ameloblastcellernes biologi. Denne model vil blive demonstreret af Dr.Mirali Pandya.Begynd med at placere det indsamlede væv fra seks-dages postnatale mus under dissektionsmikroskopet og dissekerede cervikale sløjfer. Opsæt en bioreaktor ved at fastgøre de sterile ventiler til sprøjteportene. Tilsæt begge celler, livmoderhalssløjfen og tandmassen sammen med belagt stillads til bioreaktoren og fyld bioreaktorbeholderen med 10 ml keratinocyt SFM-medier suppleret med vækstfaktorer og ekstracellulære matrixproteiner.Luk og stram bioreaktorbeholderens påfyldningsporthætte, og åbn derefter de sterile ventiler. Brug to sterile tre milliliter sprøjter til et medieskift. For at gøre det skal du fylde den ene sprøjte med det friske medium og lade den anden sprøjte være tom.Åbn begge sprøjteventiler, og manøvrer forsigtigt boblerne mod den tomme sprøjteport. Når det friske medium fra den fulde sprøjte er omhyggeligt injiceret i beholderen, skal du fjerne alle boblerne gennem den tomme sprøjteport. Luk sprøjteportene med hætter.Fastgør hvert fartøj til rotatorbasen. Tænd for strømmen og indstil hastigheden til 10,1 rotationer pr. Minut. Juster hastigheden for at sikre, at stilladserne er ophængt og ikke rører ved karvæggen.Ved medieskift hver 24. time skal du placere karrene lodret for at sikre, at cellerne sætter sig i bunden. Åbn sprøjteportene for at forbinde de sterile sprøjter til portene. Aspirer 75% af det ernæringsudtømte medium og injicer det friske medium gennem den anden port som tidligere demonstreret.Makrograferne af grafenstillads og kollagenstillads er vist her. Grafenstilladset havde et parallelt udvalg af overfladeprægninger, mens kollagenstilladset udstillede den porøse struktur. En skeleteret museunderkæbe blev dissekeret, og den distale del af den nederste musefortænder blev udsat.Den præcise position af den resekterede cervikale sløjfe er afgrænset i den seks-dages postnatale musefortænder, mens en lignende region i en voksen skeleteret museunderkæbe er angivet som reference. Hemimandiblerne bestod af tre mandibulære molarer og en konstant voksende fortand, mens den cervikale loopcelleniche indeholdt en varieret cellepopulation, der var nødvendig for emaljedannelse. Den vellykkede differentiering af livmoderhalssløjfecellerne i et skræddersyet mikromiljø resulterede i dannelsen af ameloblaster med et typisk kendetegn ved polariserede celler med kernen i den ene ende og lange cellulære processer i den anden.Kulturen af celler i medier alene uden vækstfaktorer og stilladsbelægning resulterede i cervikale loopceller, der udskilte vigtige emaljeproteiner, men ikke forlængede eller polariserede. Den galaninbelagte stilladsgruppe viste en signifikant højere spredningshastighed sammenlignet med kontrolgruppen, der indeholdt ubelagte stilladser. Lungevævssegmenterne høstet fra E15-mus blev med succes dyrket i 10 dage i et 3D-mikrogravitetsmiljø i bioreaktoren.Tilsætningen af interleukin-6 til kulturmediet resulterede i inflammationsassocierede ændringer i alveolær morfologi svarende til dem, der ses in vivo. I introduktionen fortalte jeg dig, hvor svært det var for emaljeteamet at komme med en ameloblastcellekulturmodel. Nu har vi løst denne udfordring ved at bruge en meget innovativ procedure, der fokuserer på to aspekter: svampekollagenstillads og også anvendelse af matrix til at differentiere ameloblastcellerne.Sammen resulterede disse to innovationer i polarisering og vækst af ameloblast-lignende celler i 3D-kultur. Disse 3D-dyrkede celler er en vidunderlig model til at forstå ameloblastbiologi. Og for at forstå denne biologi kan vi bruge en række forskellige teknikker, herunder elektronmikroskopi, proteomik og genomik.Ameloblaster er fantastiske celler. Ja, de har evnen til at udskille prismatisk tandemalje. Nu sætter denne bioreaktormodel os i stand til at forstå, hvordan ameloblaster udskiller matrix og udskiller apatitmineraler for at dyrke prismatisk tandemalje.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Use of Human Perivascular Stem Cells for Bone Regeneration

Brug af menneskelige perivaskulær stamceller til Bone Regeneration

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

Alginat mikrokapselsammensætning som en 3D-platform for Formering og differentiering af humane embryonale stamceller (embryonale) til forskellige linier

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

Mikropipette Aspiration af substrat-vedhæftede celler til at estimere Cell Stivhed

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

Transplantation af induceret pluripotente stamcelle-afledt Mesoangioblast-lignende Myogenic Stamfadere i Mouse Modeller af muskel regenerering

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

Bestilling enkelte celler og Single Embryoner i 3D Indespærring: En ny enhed for High Content Screening

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

Tilpasning af Electrospinning proces med at give tre unikke miljøer for en Tri-lags<em&gt; In vitro</em&gt; Model af Airway Wall

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

Udvikling af en flercellet Tre-dimensionel organotypisk Model af menneskelige tarmslimhinden Grown Under Microgravity

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

Interfacing mikrofluidik med mikroelektrode Arrays til at studere Neuronal kommunikation og cytoskeletale Signal formering

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

Calvarial model af knogle augmentation i kanin til vurdering af knoglevækst og Neovaskularisering i knogle substitutions materialer

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

In vitro Induktion af humane dental pulp stamceller mod bugspytkirtel afstamning

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