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

המחקרים נתמכו בנדיבות על ידי מענקים מהמכון הלאומי למחקר דנטלי וקרניופציאלי (UG3-DE028869 ו-R01-DE027930).

כל האישורים המוסדיים הדרושים הושגו כדי להבטיח שהמחקר תואם את ההנחיות המוסדיות לטיפול בבעלי חיים של TAMU.
1. הרכבה ועיקור של ביוריאקטורים
<ol><li>יש לעקר ארבעה כלי בעלי יחס גובה-רוחב גבוה (HARV) עבור הביוריאקטור באוטוקלאב במחזור המכשירים הפלסטיים למשך 20 דקות בטמפרטורה של 121 מעלות צ?...

<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>

שלבים קריטיים בפרוטוקול לצמיחת תאים במיקרו-כבידה כוללים את הביוריאקטור, הפיגום, התאים המשמשים לתרבית תלת-ממדית וציפוי הפיגומים כאמצעי להשראת התמיינות תאים. סוג הביוריאקטור המשמש במחקרים שלנו כולל את הביוריאקטור RCCS-4, שינוי שנערך לאחרונה במערכת תרבית התאים הסיבובית המקורית (RCCS) של מתקן תר...

כוח הכבידה משפיע על כל היבטי החיים על פני כדור הארץ, כולל הביולוגיה של תאים בודדים ותפקודם בתוך אורגניזמים. תאים חשים את כוח הכבידה באמצעות מכנורצפטורים ומגיבים לשינויים בכוח הכבידה על ידי הגדרה מחדש של ארכיטקטורות ציטוסקטליות ועל ידי שינוי חלוקת התא 1,2,3. השפעות אחרות של מיקרו-כבידה כוללות את הלחץ ההידרוסטטי בבועיות מלאות בנוזל, שקיעה של אברונים, והסעה מונעת ציפה של זרימה וחום4. מחקרים על השפעת אובדן כוח הכבידה על תאים ואיברים אנושיים נערכו במקור כדי לדמות את הסביבה חסרת המשקל של החלל על אסטרונאוטים במהלך משימות טיסה בחלל5. עם זאת, בשנים האחרונות, טכנולוגיות הביו-ריאקטור התלת-ממדיות הללו, שפותחו במקור על ידי נאס"א כדי לדמות מיקרו-כבידה, הופכות רלוונטיות יותר ויותר כגישות חדשניות לתרבית של אוכלוסיות תאים, שאחרת אינן מקובלות על מערכות תרבית דו-ממדיות.
ביוריאקטורים תלת-ממדיים מדמים מיקרו-כבידה על-ידי גידול תאים בתרחיף ובכך יוצרים אפקט קבוע של "נפילה חופשית". יתרונות נוספים של הביוריאקטורים המסתובבים כוללים את היעדר החשיפה לאוויר במערכות תרבית איברים, הפחתה בלחץ הגזירה ובמערבולות, וחשיפה מתמשכת לאספקה משתנה של חומרי מזון. תנאים דינמיים אלה המסופקים על ידי ביוריאקטור של מערכת תרביות תאים סיבובית (RCCS) מעדיפים לוקליזציה של קו-לוקליזציה מרחבית והרכבה תלת-ממדית של תאים בודדים לתוך אגרגטים 6,7.
מחקרים קודמים הדגימו את היתרונות של ביוריאקטור סיבובי להתחדשות עצם8, תרבית נבט שיניים9, ולתרבית של תאי זקיק דנטלייםאנושיים 10. כמו כן, פורסם דו"ח המצביע על כך ש-RCCS מגביר את התפשטות תאי ה-EOE ואת התמיינותם לאמלובלסטים11. עם זאת, תאים ממוינים נחשבו לאמלובלסטים המבוססים על אימונופלואורסצנציה של אמלובלסטין ו/או ביטוי אמלוגנין בלבד11 מבלי לקחת בחשבון את המורפולוגיה המוארכת שלהם או את צורת התא המקוטבת שלהם.
בנוסף לביוריאקטור של כלי קיר מסתובבים (RWV) שפותח על ידי נאס"א, טכנולוגיות אחרות ליצירת אגרגטים תלת-ממדיים מתאים כוללות ריחוף מגנטי, מכונת המיקום האקראית (RPM) והקלינוסטט12. כדי להשיג ריחוף מגנטי, תאים המסומנים בננו-חלקיקים מגנטיים מרחפים באמצעות כוח מגנטי חיצוני, וכתוצאה מכך נוצרים מבנים תלת-ממדיים נטולי פיגומים ששימשו לייצור ביולוגי של מבנים אדיפוציטים13,14,15. גישה נוספת להדמיית מיקרו-כבידה היא יצירת כוחות G רב-כיווניים על ידי שליטה בסיבוב סימולטני על שני צירים וכתוצאה מכך ביטול וקטור הכבידה המצטבר במרכז התקן הנקרא קלינוסטט16. כאשר תאי גזע של מח עצם גודלו בתרבית בקלינוסטט, היווצרות עצם חדשה עוכבה באמצעות דיכוי התמיינות אוסטאובלסט, מה שממחיש את אחת ההשפעות המפרישות של מיקרו-כבידה16.
מערכות במבחנה כדי להקל על התרבות הנאמנה של אמלובלסטים יספקו צעד גדול קדימה לקראת הנדסת רקמת אמייל השן17. למרבה הצער, עד כה, תרבות האמלובלסטים הייתה משימה מאתגרת18,19. עד כה דווח על חמישה קווי תאים שונים דמויי אמלובלסטים, כולל קו תאי שושלת האמלובלסטים של העכבר (ALC), קו תאי האפיתל הדנטלי של החולדה (HAT-7), קו תאי LS8 של העכבר20, קו התאים PABSo-E החזירי 21 וקו התאים SF2-24 של החולדה22. עם זאת, רוב התאים האלה איבדו את צורת התא המקוטבת הייחודית שלהם בתרבית דו-ממדית.
במחקר הנוכחי פנינו למערכת ביוריאקטורים של תרבית תאים סיבוביים (RCCS) כדי להקל על צמיחתם של תאים דמויי אמלובלסט מאפיתליה של לולאת צוואר הרחם בתרבית משותפת עם אבות מזנכימליים ולהתגבר על האתגרים של מערכות תרבית דו-ממדיות, כולל זרימה מופחתת של חומרים מזינים ושינויים ציטוסקטליים עקב כוח הכבידה. בנוסף, ה-RCCS סיפק אפיקים חדשניים לחקר אינטראקציות בין תאים לפיגומים הקשורים להנדסת רקמות חניכיים ולבחינת ההשפעות של מתווכי דלקת על רקמות נאדיות ריאה במבחנה. יחד, תוצאות מחקרים אלה מדגישות את היתרונות של מערכות תרבית סיבוביות מבוססות מיקרו-כבידה להפצת אפיתליה מובחנת ולהערכת השפעות סביבתיות על תאים הגדלים במבחנה, כולל אינטראקציות בין תאים לפיגומים ותגובת הרקמות למצבים דלקתיים.

<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

כוח הכבידה הוא אחד הגורמים המרכזיים המשפיעים על תפקוד התא האנושי, התפשטותו, ארכיטקטורה ציטוסקטלית והתמצאות. מערכות ביוריאקטורים סיבוביים (RCCSs) מחקות את אובדן הכבידה כפי שהוא מתרחש בחלל ובמקום זאת מספקות סביבת מיקרו-כבידה באמצעות סיבוב מתמשך של תאים או רקמות בתרבית. RCCSs אלה מבטיחים אספקה ללא הפרעה של חומרים מזינים, גורמי גדילה ושעתוק וחמצן, ומטפלים בכמה מהחסרונות של כוחות הכבידה בכלים דו-ממדיים (דו-ממדיים) של תאים דו-ממדיים או של תרביות איברים ללא תנועה. במחקר הנוכחי השתמשנו ב-RCCSs כדי לתרבת תאים של לולאת צוואר הרחם ותאי מוך השן כדי להפוך לאמלובלסטים, כדי לאפיין אינטראקציות של אבות חניכיים/פיגומים, וכדי לקבוע את ההשפעה של דלקת על נאדיות ריאה. סביבות ה-RCCS הקלו על צמיחה של תאים דמויי אמלובלסט, קידמו שגשוג אבות חניכיים בתגובה לציפויי פיגומים, ואפשרו הערכה של ההשפעות של שינויים דלקתיים על נאדיות ריאה בתרבית. כתב יד זה מסכם את התנאים הסביבתיים, החומרים והצעדים לאורך הדרך ומדגיש היבטים קריטיים ופרטים ניסיוניים. לסיכום, RCCSs הם כלים חדשניים כדי לשלוט בתרבית ובצמיחה התלת-ממדית (תלת-ממדית) של תאים במבחנה ולאפשר מחקר של מערכות תאיות או אינטראקציות שאינן מקובלות על סביבות תרבית דו-ממדיות קלאסיות.

החדר הפנימי של הביוריאקטור מספק סביבה לתאים להתרבות ולהתמיין, להתחבר לפיגום או להתכנס ליצירת רקמות כמו מכלולים. כל כלי HARV מחזיק עד 10 מ"ל של בינוני ומאפשר מחזור קבוע של חומרים מזינים, כך שלכל תא יש סיכוי מצוין לשרוד. איור 1A ממחיש את החיבור של יציאות המזרק ללוח הקדמי של כלי השי...

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

פרוטוקול זה מציג שיטה לתרבית ולצמיחה תלת-ממדית של תאים דמויי אמלובלסט במיקרו-כבידה כדי לשמור על צורתם המוארכת והמקוטבת, כמו גם על ביטוי חלבונים ספציפיים לאמייל. כמו כן מתוארים תנאי תרבית לתרבית של מבנים הנדסיים פריודונטליים ואיברי ריאה במיקרו-כבידה.

ריבוי תאים ואיברים דנטליים ונשימתיים במיקרו-כבידה

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

מוארך ומקוטב האמלובלסט מפריש אמלוגנין בתרבית. זהו גם הפרוטוקול הראשון לגידול תאי אמלובלסט במיקרו-כבידה. צמיחת האמלובלסטים בתרבות הייתה אחד האתגרים הגדולים בתחום האמייל.ומבחינתנו, זה שימוש במודל הביוריאקטור הזה, זו הפעם הראשונה שאנחנו משיגים את סימן ההיכר הזה בחקר האמייל. מודל זה יכול לשמש להבנת הביולוגיה של תאי אמלובלסט. מודל זה יודגם על ידי ד"ר מיראלי פנדיה.התחילו בהנחת הרקמה שנאספה מעכברים לאחר הלידה במשך שישה ימים מתחת למיקרוסקופ הדיסקציה ולולאות צוואר הרחם המנותחות. הגדר ביוריאקטור על ידי חיבור השסתומים הסטריליים ליציאות המזרק. הוסף את שני התאים, לולאת צוואר הרחם ואת מוך השן, יחד עם פיגום מצופה לביוריאקטור ומלא את כלי הביוריאקטור ב-10 מיליליטר של מדיית SFM קרטינוציטים בתוספת גורמי גדילה וחלבוני מטריצה חוץ-תאיים.סגור והדק את מכסה יציאת המילוי של כלי הביוריאקטור, ולאחר מכן פתח את השסתומים הסטריליים. השתמש בשני מזרקים סטריליים של שלושה מיליליטר לשינוי מדיה. לשם כך, מלאו מזרק אחד במדיום הטרי והשאירו את המזרק השני ריק.פתח את שני שסתומי המזרק ותמרן בעדינות את הבועות לכיוון יציאת המזרק הריקה. לאחר שהמדיום הטרי מהמזרק המלא מוזרק בזהירות לתוך כלי השיט, הסר את כל הבועות דרך יציאת המזרק הריקה. סגור את יציאות המזרק עם כובעים.חבר כל כלי לבסיס המסובב. הפעל את הכוח והגדר את המהירות ל -10.1 סיבובים לדקה. כוונן את המהירות כדי לוודא שהפיגומים נמצאים במתלה ואינם נוגעים בדופן כלי השיט.להחלפת מדיה כל 24 שעות, הניחו את כלי הדם זקופים כדי להבטיח שהתאים ישקעו בתחתית. פתח את יציאות המזרק כדי לחבר את המזרקים הסטריליים ליציאות. שאפו 75% מהמדיום המדולדל בתזונה והזריקו את המדיום הטרי דרך הנמל השני כפי שהוכח קודם לכן.המאקרוגרפים של פיגומי גרפן ופיגום קולגן מוצגים כאן. לפיגום הגרפן היה מערך מקביל של הבלטות פני השטח, ואילו פיגומי הקולגן הציגו את המבנה הנקבובי. מנדיבל עכבר שלד נותח והחלק הדיסטלי ביותר של חותך העכבר התחתון נחשף.המיקום המדויק של לולאת צוואר הרחם שנכרתה מתוחם בחותך העכבר לאחר הלידה במשך שישה ימים, בעוד שאזור דומה במנדיבל עכבר שלד בוגר מסופק כהפניה. ההמימנדבילים הורכבו משלוש טוחנות מנדיבולריות וחתך שגדל ללא הרף, בעוד שנישת תאי הלולאה הצווארית הכילה אוכלוסיית תאים מגוונת הדרושה ליצירת אמייל. ההתמיינות המוצלחת של תאי לולאת צוואר הרחם במיקרו-סביבה מותאמת הביאה להיווצרות אמלובלסטים עם מאפיין אופייני של תאים מקוטבים עם הגרעין בקצה אחד ותהליכים תאיים ארוכים בקצה השני.תרבית התאים במדיה בלבד ללא גורמי גדילה וציפוי פיגומים הביאה לתאי לולאה צווארית שהפרישו חלבוני אמייל מרכזיים, אך לא התארכו או התקרבו. קבוצת הפיגומים המצופים גלנין הדגימה שיעור התפשטות גבוה משמעותית בהשוואה לקבוצת הביקורת שהכילה פיגומים לא מצופים. מקטעי רקמת הריאה שנקטפו מעכברי E15 גודלו בהצלחה במשך 10 ימים בסביבת מיקרו-כבידה תלת-ממדית בביוריאקטור.התוספת של אינטרלוקין-6 למדיום התרבית גרמה לשינויים הקשורים לדלקת במורפולוגיה של הנאדיות, בדומה לאלה שנראו ב-vivo. בהקדמה סיפרתי לכם כמה קשה היה לצוות האמייל להמציא מודל של תרבית תאים אמלובלסט. כעת התמודדנו עם אתגר זה באמצעות הליך חדשני ביותר המתמקד בשני היבטים: פיגומי קולגן ספוגי וגם שימוש במטריצה כדי להבדיל בין תאי האמלובלסט.יחד, שני החידושים הללו הביאו לקיטוב ולצמיחה של תאים דמויי אמלובלסט בתרבית תלת-ממדית. התאים התלת-ממדיים האלה בתרבית הם מודל נפלא להבנת הביולוגיה של האמלובלסט. וכדי להבין את הביולוגיה הזו, אנו יכולים להשתמש במגוון טכניקות, כולל מיקרוסקופיית אלקטרונים, פרוטאומיקה וגנומיקה.אמלובלסטים הם תאים פנטסטיים. כן, יש להם את היכולת להפריש אמייל שן פריזמטי. כעת, מודל ביוריאקטור זה מציב אותנו בעמדה להבין כיצד אמלובלסטים מפרישים מטריצה ומפרישים מינרלים אפטיטים כדי לגדל אמייל שן פריזמטי.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Use of Human Perivascular Stem Cells for Bone Regeneration

שימוש בתאי גזע לשחזור עצם Perivascular

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

אלגינט microcapsule כפלטפורמה 3D עבור ריבוי והתמיינות של בתאי גזע עובריים אנושיים (hESC) כדי שושלות שונות

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

שאיפת micropipette של תאי מצע מצורפים להערכת נוקשות סלולריות

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

השתלה של תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרה נגזר Mesoangioblast כמו אבות מיוגניים במודלים עכבר של התחדשות שרירים

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

הזמנת תאים בודדים עוברים יחיד מאסר 3D: התקן חדש עבור הקרנת תוכן גבוהה

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

התאמת תהליך Electrospinning לספק שלוש סביבות ייחודיות לTri-שכבתי<em&gt; במבחנה</em&gt; דגם של חומת Airway

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

פיתוח תאיים תלת ממד Organotypic דגם של אדם המעיים הריריים Grown במיקרוגרבטיציה

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

התממשקות מיקרופלואידיקה עם מערכים Microelectrode ללמוד תקשורת עצביים והתפשטות אות עצב

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

מודל calvarial של הגדלת עצם בארנב להערכת צמיחת העצם ונינובאסקולריזציה בחומרים החלפת עצם

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

במבחנה אינדוקציה של תאי גזע עיסת שיניים אנושית לכיוון שושלות הלבלב

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