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

연구는 국립 치과 및 두개 안면 연구소 (UG3-DE028869 및 R01-DE027930)의 보조금으로 아낌없이 지원되었습니다.

연구가 TAMU 기관 동물 관리 지침을 준수하는지 확인하기 위해 필요한 모든 기관 승인을 받았습니다.
1. 생물 반응기 조립 및 살균
<ol><li>바이오리액터를 위한 4개의 고종횡비 용기(HARV)를 플라스틱 기기 사이클의 오토클레이브에서 제조자가 권장하는 대로 121°C에서 20분 동안 멸균한다.</li>
	<li>멸균 후, 바이오 리액터와 함께 제공된 나사를 조여 세포 배양 후드에 용기를 조립 ...

<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>

미세중력에서 세포의 성장을 위한 프로토콜의 중요한 단계는 세포 분화를 유도하는 수단으로서 생물반응기, 스캐폴드, 3D 배양에 사용되는 세포, 및 스캐폴드 코팅을 포함한다. 우리 연구에 사용 된 생물 반응기의 유형은 시뮬레이션 된 미세 중력에서 세포를 성장시키기 위해 NASA가 개발 한 원래의 회전 세포 배양 시스템 (RCCS) 회전 원통형 조직 배양 장치의 최근 수정 인 RCCS-4 생물 반응기로 구성?...

중력은 개별 세포의 생물학과 유기체 내에서의 기능을 포함하여 지구상의 생명체의 모든 측면에 영향을 미칩니다. 세포는 기계 수용체를 통해 중력을 감지하고 세포 골격 구조를 재구성하고 세포 분열 1,2,3을 변경하여 중력 변화에 반응합니다. 미세 중력의 다른 영향으로는 유체로 채워진 소포의 정수압, 세포 기관의 침강, 흐름과 열의 부력 구동 대류4가 있습니다. 인간 세포와 기관에 대한 중력 손실의 영향에 대한 연구는 원래 우주 비행 임무 중 우주 비행사에 대한 우주의 무중력 환경을 시뮬레이션하기 위해 수행되었습니다5. 그러나 최근 몇 년 동안 NASA가 원래 미세 중력을 시뮬레이션하기 위해 개발 한 이러한 3D 생물 반응기 기술은 2D 배양 시스템에 적용 할 수없는 세포 집단의 배양을위한 새로운 접근 방식으로 점점 더 관련성이 높아지고 있습니다.
3D 바이오리액터는 현탁액에서 세포를 성장시켜 일정한 "자유 낙하" 효과를 생성하여 미세 중력을 시뮬레이션합니다. 회전식 바이오리액터의 다른 장점으로는 장기 배양 시스템에서 발생하는 공기 노출 부족, 전단 응력 및 난류 감소, 변화하는 영양소 공급에 대한 지속적인 노출 등이 있습니다. 회전식 세포 배양 시스템(RCCS) 생물반응기가 제공하는 이러한 동적 조건은 공간 공동 국소화 및 단일 세포를 응집체로 3차원 조립하는 데유리합니다6,7.
이전 연구에서는 뼈 재생8, 치아 배아 배양9 및 인간 치용 여포 세포배양10을 위한 회전식 바이오리액터의 이점을 입증했습니다. RCCS가 EOE 세포 증식 및 ameloblasts11로의 분화를 향상시킨다는 보고도 있었다. 그러나, 분화된 세포는 그들의 길쭉한 형태 또는 편광된 세포 형태를 고려하지 않고 아멜로블라스틴 면역형광 및/또는 아멜로게닌 발현 단독11 에 기초한 아멜로모세포로 간주되었다.
NASA가 개발한 회전 벽 용기(RWV) 바이오리액터 외에도 세포에서 3D 응집체를 생성하는 다른 기술로는 자기 부상, 랜덤 포지셔닝 머신(RPM) 및 clinostat12가 있습니다. 자기 부상 달성을 달성하기 위해, 자성 나노 입자로 표지 된 세포는 외부 자기력을 사용하여 부상되고, 지방 세포 구조13,14,15의 생체 가공에 사용 된 스캐 폴드가없는 3D 구조의 형성을 초래한다. 미세중력을 시뮬레이션하기 위한 또 다른 접근법은 clinostat16이라는 장치의 중심에서 누적 중력 벡터의 상쇄를 초래하는 2개의 축에 대한 동시 회전을 제어함으로써 다방향 G 힘의 생성이다. 골수 줄기세포를 클리노스탯에서 배양하였을 때, 조골세포 분화의 억제를 통해 새로운 골형성이 억제되었으며, 이는 미세중력의 역분화 효과 중 하나를 예시한다16.
ameloblasts의 충실한 배양을 촉진하기위한 시험관 내 시스템은 치아 법랑질 조직 공학17을 향한 중요한 진전을 제공 할 것이다. 불행히도, 현재까지 ameloblasts의 문화는 도전적인 사업이었습니다18,19. 지금까지 마우스 아멜로모세포 계통 세포주(ALC), 래트 치과 상피 세포주(HAT-7), 마우스 LS8 세포주20, 돼지 PABSo-E 세포주 21 및 래트 SF2-24 세포주22를 포함하여 5개의 서로 다른 아멜로모세포 유사 세포주가 보고되었습니다. 그러나 이러한 세포의 대부분은 2D 배양에서 독특한 편광 세포 모양을 잃었습니다.
본 연구에서 우리는 중간엽 전구세포와 공동 배양된 자궁경부 루프 상피에서 아멜로모세포 유사 세포의 성장을 촉진하고 영양분의 흐름 감소 및 중력으로 인한 세포골격 변화를 포함한 2D 배양 시스템의 문제를 극복하기 위해 회전식 세포 배양 생물반응기 시스템(RCCS)으로 전환했습니다. 또한 RCCS는 치주 조직 공학과 관련된 세포/스캐폴드 상호작용을 연구하고 시험관 내에서 폐포 조직에 대한 염증 매개체의 효과를 조사하기 위한 새로운 방법을 제공했습니다. 함께, 이러한 연구의 결과는 분화된 상피의 전파 및 세포/스캐폴드 상호 작용 및 염증 상태에 대한 조직 반응을 포함하여 시험관 내에서 성장한 세포에 대한 환경 영향 평가를 위한 미세 중력 기반 회전 배양 시스템의 이점을 강조합니다.

<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

중력은 인간 세포 기능, 증식, 세포골격 구조 및 방향의 핵심 결정 요인 중 하나입니다. 회전식 생물 반응기 시스템 (RCCS)은 우주에서 발생하는 중력 손실을 모방하고 대신 배양 된 세포 또는 조직의 연속 회전을 통해 미세 중력 환경을 제공합니다. 이러한 RCCS는 영양소, 성장 및 전사 인자, 산소의 중단 없는 공급을 보장하고 움직이지 않는 2D(2차원) 세포 또는 장기 배양 접시에서 중력의 일부 단점을 해결합니다. 본 연구에서 우리는 RCCS를 사용하여 자궁 경부 루프 세포와 치수 세포를 공동 배양하여 ameloblasts가되고, 치주 전구 세포 / 스캐 폴드 상호 작용을 특성화하고, 폐 폐포에 대한 염증의 영향을 결정했습니다. RCCS 환경은 아멜로모세포 유사 세포의 성장을 촉진하고, 스캐폴드 코팅에 반응하여 치주 전구체 증식을 촉진했으며, 배양된 폐포에 대한 염증 변화의 영향을 평가할 수 있었습니다. 이 원고는 환경 조건, 재료 및 단계를 요약하고 중요한 측면과 실험 세부 사항을 강조합니다. 결론적으로, RCCS는 시험관 내 세포의 배양 및 3D(3차원) 성장을 마스터하고 기존의 2D 배양 환경에 적합하지 않은 세포 시스템 또는 상호 작용을 연구할 수 있는 혁신적인 도구입니다.

생물 반응기의 내부 챔버는 세포가 증식 및 분화하거나 스캐 폴드에 부착되거나 집합체와 같은 조직을 형성하기 위해 모일 수있는 환경을 제공합니다. 각 HARV 용기는 최대 10 mL의 배지를 담을 수 있으며 영양소의 지속적인 순환을 촉진하여 각 세포가 생존할 수 있는 탁월한 기회를 제공합니다. 그림 1A 는 멸균 원스톱 밸브가 부착된 용기의 전면 플레이트에 주사기 포트를 부?...

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Propagation of Dental and Respiratory Cells and Organs in Microgravity

이 프로토콜은 미세중력에서 아멜로모세포 유사 세포의 배양 및 3D 성장을 통해 길쭉하고 분극된 형태와 에나멜 특이적 단백질 발현을 유지하는 방법을 제시합니다. 미세 중력에서 치주 공학 구조물 및 폐 기관의 배양을위한 배양 조건도 설명됩니다.

미세중력에서 치과 및 호흡기 세포와 장기의 전파

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

배양에서 아멜로게닌 분비 아멜로모세포를 길쭉하고 양극화했습니다. 이것은 또한 미세 중력에서 ameloblast 세포를 성장시키기위한 최초의 프로토콜입니다. 문화에서 ameloblasts의 성장은 법랑질 분야의 주요 과제 중 하나였습니다.그리고 우리에게는 이 바이오리액터 모델을 사용하고 있으며, 에나멜 연구에서 이 특징을 달성한 것은 이번이 처음입니다. 이 모델은 ameloblast 세포의 생물학을 이해하는 데 사용할 수 있습니다. 이 모델은 Dr.Mirali Pandya에 의해 시연 될 것입니다.출생 후 6 일 마우스에서 수집 한 조직을 해부 현미경과 해부 된 자궁 경부 루프 아래에 놓는 것으로 시작하십시오. 멸균 밸브를 주사기 포트에 부착하여 생물 반응기를 설정합니다. 코팅된 스캐폴드와 함께 두 세포, 경추 루프 및 치수를 바이오리액터에 추가하고 성장 인자와 세포외 기질 단백질이 보충된 10밀리리터의 각질세포 SFM 배지로 바이오리액터 용기를 채웁니다.생물 반응기 용기의 충전 포트 캡을 닫고 조인 다음 멸균 밸브를 엽니 다. 배지 교체를 위해 멸균 3 밀리리터 주사기 2 개를 사용하십시오. 이렇게 하려면 한 주사기에 새 배지를 채우고 다른 주사기는 비워 둡니다.두 주사기 밸브를 모두 열고 빈 주사기 포트를 향해 기포를 부드럽게 움직입니다. 전체 주사기의 새 배지가 용기에 조심스럽게 주입되면 빈 주사기 포트를 통해 모든 기포를 제거합니다. 캡으로 주사기 포트를 닫습니다.각 용기를 회전 장치 베이스에 부착합니다. 전원을 켜고 속도를 분당 10.1회전으로 설정합니다. 비계가 매달려 있고 용기 벽에 닿지 않도록 속도를 조정하십시오.24시간마다 배지를 교체하려면 혈관을 똑바로 세워 세포가 바닥에 고정되도록 합니다. 주사기 포트를 열어 멸균 주사기를 포트에 연결합니다. 영양이 고갈된 배지의 75%를 흡인하고 이전에 설명한 대로 다른 포트를 통해 새 배지를 주입합니다.그래핀 스캐폴드와 콜라겐 스캐폴드의 매크로그래프가 여기에 표시됩니다. 그래 핀 스캐 폴드는 표면 엠보싱의 평행 한 배열을 갖는 반면, 콜라겐 스캐 폴드는 다공성 구조를 나타 냈다. 골격화된 마우스 하악골을 해부하고 하부 마우스 앞니의 말단 대부분을 노출시켰다.절제 된 자궁 경부 루프의 정확한 위치는 출생 후 6 일 마우스 앞니에서 구분되는 반면, 성인 골격 마우스 하악골의 유사한 영역이 참조로 제공됩니다. hemimandibles는 3 개의 하악 어금니와 지속적으로 성장하는 앞니로 구성되었으며, 자궁 경부 루프 세포 틈새에는 법랑질 형성에 필요한 다양한 세포 집단이 포함되어있었습니다. 맞춤형 미세 환경에서 자궁 경부 루프 세포의 성공적인 분화는 한쪽 끝에 핵이 있고 다른 쪽 끝에 긴 세포 과정이있는 편광 된 세포의 전형적인 특성을 가진 ameloblasts의 형성을 가져 왔습니다.성장 인자와 스캐폴드 코팅 없이 배지에서만 세포를 배양한 결과 주요 법랑질 단백질을 분비하지만 늘어나거나 분극되지 않는 자궁 경부 루프 세포가 생성되었습니다. 갈라닌-코팅된 스캐폴드 그룹은 코팅되지 않은 스캐폴드를 함유하는 대조군에 비해 상당히 더 높은 증식률을 입증하였다. E15 마우스로부터 수확된 폐 조직 세그먼트를 바이오리액터의 3D 미세중력 환경에서 10일 동안 성공적으로 배양하였다.배양 배지에 인터루킨-6을 첨가하면 생체 내에서 보이는 것과 유사한 폐포 형태의 염증 관련 변화가 발생했습니다. 소개에서 법랑질 팀이 ameloblast 세포 배양 모델을 제시하는 것이 얼마나 어려웠는지 말씀 드렸습니다. 이제 우리는 스폰지 콜라겐 스캐폴드와 ameloblast 세포를 구별하기위한 매트릭스의 사용이라는 두 가지 측면에 초점을 맞춘 매우 혁신적인 절차를 사용하여이 문제를 해결했습니다.이 두 가지 혁신은 함께 3D 배양에서 ameloblast-like 세포의 분극화와 성장을 가져 왔습니다. 이 3D 배양 세포는 ameloblast 생물학을 이해하는 훌륭한 모델입니다. 그리고 이 생물학을 이해하기 위해 우리는 전자 현미경, 단백질체학 및 유전체학을 포함한 다양한 기술을 사용할 수 있습니다.아멜로 모세포는 환상적인 세포입니다. 예, 그들은 프리즘 치아 법랑질을 분비하는 능력이 있습니다. 이제이 생물 반응기 모델은 ameloblasts가 매트릭스를 분비하고 아파타이트 미네랄을 분비하여 프리즘 치아 법랑질을 성장시키는 방법을 이해할 수있는 위치에 있습니다.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Use of Human Perivascular Stem Cells for Bone Regeneration

뼈 재생을위한 인적 Perivascular 줄기 세포의 이용

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

연구

생체공학

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

다른 Lineages로 인간 배아 줄기 세포 (hESC)의 전파 및 차별 화를위한 3D 플랫폼으로서 알긴산의 Microcapsule

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

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

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

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