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

Studier ble sjenerøst støttet av tilskudd fra National Institute of Dental and Craniofacial Research (UG3-DE028869 og R01-DE027930).

All nødvendig institusjonell godkjenning ble innhentet for å sikre at studien var i samsvar med TAMU institusjonelle dyrepleieretningslinjer.
1. Bioreaktormontering og sterilisering
<ol><li>Steriliser fire HARV-beholdere (High Aspect Ratio) for bioreaktoren i en autoklav på plastinstrumentsyklusen i 20 minutter ved 121 °C som anbefalt av produsenten.</li>
	<li>Etter sterilisering, monter karene i en cellekulturhette ved å stramme skruene som følger med bioreaktoren, hvoretter karene er...

<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 trinn i protokollen for vekst av celler i mikrogravitasjon inkluderer bioreaktoren, stillaset, cellene som brukes til 3D-kultur og stillasbelegget som et middel til å indusere celledifferensiering. Den type bioreaktor som brukes i våre studier omfatter RCCS-4 bioreaktor, en nylig modifikasjon av den opprinnelige Rotary Cell Culture System (RCCS) roterende sylindrisk vev kultur enhet utviklet av NASA for å vokse celler i simulert mikrogravitasjon. Dette RCCS-4-miljøet gir ekstremt lave skjærspenninger, noe s...

Gravity påvirker alle aspekter av livet på jorden, inkludert biologien til individuelle celler og deres funksjon i organismer. Celler registrerer tyngdekraften gjennom mekanoreceptorer og reagerer på endringer i tyngdekraften ved å omkonfigurere cytoskeletale arkitekturer og ved å endre celledeling 1,2,3. Andre effekter av mikrogravitasjon inkluderer det hydrostatiske trykket i væskefylte vesikler, sedimentering av organeller og oppdriftsdrevet konveksjon av strømning og varme4. Studier på effekten av tap av tyngdekraften på menneskelige celler og organer ble opprinnelig utført for å simulere det vektløse miljøet i rommet på astronauter under romferder5. Men de siste årene har disse 3D-bioreaktorteknologiene som opprinnelig ble utviklet av NASA for å simulere mikrogravitasjon, blitt stadig mer relevante som nye tilnærminger for kulturen av cellepopulasjoner som ellers ikke er mottagelige for 2D-kultursystemer.
3D-bioreaktorer simulerer mikrogravitasjon ved å dyrke celler i suspensjon og dermed skape en konstant "fritt fall" -effekt. Andre fordeler med de roterende bioreaktorene inkluderer mangel på lufteksponering som oppstår i organkultursystemer, en reduksjon i skjærspenning og turbulens, og en kontinuerlig eksponering for en skiftende tilførsel av næringsstoffer. Disse dynamiske forholdene gitt av en Rotary Cell Culture System (RCCS) bioreaktor favoriserer romlig samlokalisering og tredimensjonal montering av enkeltceller i aggregater 6,7.
Tidligere studier har vist fordelene med en roterende bioreaktor for beinregenerering8, tannkimkultur9 og for kulturen av humane tannfollikelceller10. Det har også vært en rapport som tyder på at RCCS forbedrer EOE-celleproliferasjon og differensiering i ameloblaster11. Imidlertid ble differensierte celler vurdert ameloblaster basert på ameloblastin immunfluorescens og / eller amelogeninuttrykk alene11 uten å vurdere deres langstrakte morfologi eller polariserte celleform.
I tillegg til den NASA-utviklede roterende veggfartøy (RWV) bioreaktoren, inkluderer andre teknologier for å generere 3D-aggregater fra celler magnetisk levitasjon, tilfeldig posisjoneringsmaskin (RPM) og clinostat12. For å oppnå magnetisk levitasjon leviteres celler merket med magnetiske nanopartikler ved hjelp av en ekstern magnetisk kraft, noe som resulterer i dannelsen av stillasfrie 3D-strukturer som har blitt brukt til biofabrikasjon av adipocyttstrukturer13,14,15. En annen tilnærming til å simulere mikrogravitasjon er genereringen av multidireksjonelle G-krefter ved å kontrollere samtidig rotasjon om to akser, noe som resulterer i en kansellering av den kumulative tyngdekraftvektoren i midten av en enhet kalt clinostat16. Når benmargsstamceller ble dyrket i en clinostat, ble ny beindannelse hemmet gjennom undertrykkelse av osteoblastdifferensiering, noe som illustrerer en av de dedifferentierende effektene av mikrogravitasjon16.
In vitro-systemer for å lette den trofaste kulturen til ameloblaster ville gi et stort skritt fremover mot tannemaljevevsteknikk17. Dessverre har kulturen i ameloblaster til dags dato vært en utfordrende oppgave18,19. Så langt har fem forskjellige ameloblastlignende cellelinjer blitt rapportert, inkludert mus ameloblast-lineage cellelinje (ALC), rotte dental epitelcellelinje (HAT-7), mus LS8 cellelinje20, svin PABSo-E cellelinje 21 og rotte SF2-24 cellelinje22. Imidlertid har flertallet av disse cellene mistet sin karakteristiske polariserte celleform i 2D-kultur.
I denne studien har vi vendt oss til et Rotary Cell Culture Bioreactor System (RCCS) for å lette veksten av ameloblastlignende celler fra cervical loop epithelia co-dyrket med mesenkymale forfedre og for å overvinne utfordringene i 2D-kultursystemer, inkludert redusert strøm av næringsstoffer og cytoskeletale endringer på grunn av tyngdekraften. I tillegg har RCCS gitt nye veier for studier av celle / stillasinteraksjoner relatert til periodontal vevsteknikk og å undersøke effekten av inflammatoriske mediatorer på lungealveolært vev in vitro. Sammen fremhever resultatene fra disse studiene fordelene med mikrogravitasjonsbaserte rotatoriske kultursystemer for forplantning av differensiert epitel og for vurdering av miljøpåvirkninger på celler dyrket in vitro, inkludert celle / stillas-interaksjoner og vevsrespons på inflammatoriske tilstander.

<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

Gravity er en av de viktigste determinanter for menneskelig cellefunksjon, proliferasjon, cytoskeletal arkitektur og orientering. Roterende bioreaktorsystemer (RCCS) etterligner tapet av tyngdekraften når det oppstår i rommet og gir i stedet et mikrogravitasjonsmiljø gjennom kontinuerlig rotasjon av dyrkede celler eller vev. Disse RCCS-ene sikrer en uavbrutt tilførsel av næringsstoffer, vekst- og transkripsjonsfaktorer og oksygen, og adresserer noen av manglene ved gravitasjonskrefter i ubevegelige 2D (todimensjonale) celle- eller organkulturretter. I denne studien har vi brukt RCCS til å samkulturere cervikale sløyfeceller og tannmasseceller til å bli ameloblaster, for å karakterisere periodontale progenitor/stillas-interaksjoner, og for å bestemme effekten av inflammasjon på lungealveoler. RCCS-miljøene lettet veksten av ameloblastlignende celler, fremmet periodontal stamcelleproliferasjon som respons på stillasbelegg, og tillot en vurdering av effekten av inflammatoriske endringer på dyrkede lungealveoler. Dette manuskriptet oppsummerer miljøforholdene, materialene og trinnene underveis og fremhever kritiske aspekter og eksperimentelle detaljer. Avslutningsvis er RCCSer innovative verktøy for å mestre kulturen og 3D (tredimensjonal) vekst av celler in vitro og for å tillate studier av cellulære systemer eller interaksjoner som ikke er mottagelige for klassiske 2D-kulturmiljøer.

Det indre kammeret i bioreaktoren gir et miljø for cellene å spre seg og differensiere, feste seg til et stillas eller samles for å danne vev som forsamlinger. Hvert HARV-fartøy holder opptil 10 ml medium og letter en konstant sirkulasjon av næringsstoffer slik at hver celle har en utmerket sjanse til å overleve. Figur 1A illustrerer festingen av sprøyteportene til frontplaten på karet der sterile ett-stopp-ventiler er festet. Disse ventilene fungerer som dørvakter til kulturkammere...

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 protokollen presenterer en metode for kultur og 3D-vekst av ameloblastlignende celler i mikrogravitasjon for å opprettholde sin langstrakte og polariserte form samt emaljespesifikt proteinuttrykk. Kulturforhold for kulturen av periodontale konstruksjoner og lungeorganer i mikrogravitasjon er også beskrevet.

Formering av tann- og respiratoriske celler og organer i mikrogravitasjon

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

Langstrakt og polarisert amelogenin-utskillende ameloblast i kultur. Dette er også den første protokollen for dyrking av ameloblastceller i mikrogravitasjon. Veksten av ameloblaster i kultur har vært en av de store utfordringene i emaljefeltet.Og for oss er det å bruke denne bioreaktormodellen, det er første gang vi har oppnådd dette kjennetegnet innen emaljeforskning. Denne modellen kan brukes til å forstå biologien til ameloblastceller. Denne modellen vil bli demonstrert av Dr.Mirali Pandya.Begynn med å plassere det oppsamlede vevet fra seks dagers postnatale mus under disseksjonsmikroskopet og dissekerte livmorhalssløyfer. Sett opp en bioreaktor ved å feste de sterile ventilene til sprøyteportene. Tilsett begge cellene, livmorhalssløyfen og tannmassen, sammen med belagt stillas til bioreaktoren og fyll bioreaktorbeholderen med 10 milliliter keratinocytt SFM-medier supplert med vekstfaktorer og ekstracellulære matriksproteiner.Lukk og stram påfyllingsporthetten på bioreaktorbeholderen, og åpne deretter de sterile ventilene. Bruk to sterile tre milliliter sprøyter for en medieendring. For å gjøre det, fyll en sprøyte med det ferske mediet og la den andre sprøyten være tom.Åpne begge sprøyteventilene og manøvrer boblene forsiktig mot den tomme sprøyteporten. Når det nye mediet fra hele sprøyten er forsiktig injisert i beholderen, fjern alle boblene gjennom den tomme sprøyteporten. Lukk sprøyteportene med hetter.Fest hvert fartøy til rotatorbasen. Slå på strømmen og sett hastigheten til 10,1 rotasjoner per minutt. Juster hastigheten for å sikre at stillasene er i suspensjon og ikke berører fartøyets vegg.For medieendring hver 24. time, plasser fartøyene oppreist for å sikre at cellene legger seg nederst. Åpne sprøyteportene for å koble de sterile sprøytene til portene. Aspirer 75% av det næringsfattige mediet og injiser det friske mediet gjennom den andre porten som tidligere vist.Makrografiene til grafen stillas og kollagen stillas er vist her. Grafenstillaset hadde et parallelt utvalg av overflatepreg, mens kollagenstillaset viste den porøse strukturen. En skjelettert musemandibel ble dissekert og den distale delen av den nedre musesnittet ble eksponert.Den nøyaktige posisjonen til den resekterte livmorhalssløyfen er avgrenset i den seks dager lange postnatale musesnittet, mens en lignende region i en voksen skjelettert musemandibel er gitt som referanse. Hemimandiblene besto av tre mandibulære jeksler og et stadig voksende snitt, mens cellenisjen i cervikalløkken inneholdt en variert cellepopulasjon som var nødvendig for emaljedannelse. Den vellykkede differensieringen av livmorhalscellene i et skreddersydd mikromiljø resulterte i dannelsen av ameloblaster med en typisk egenskap for polariserte celler med kjernen i den ene enden og lange cellulære prosesser i den andre.Dyrking av celler i media alene uten vekstfaktorer og stillasbelegg resulterte i cervikale sløyfeceller som utskilte viktige emaljeproteiner, men som ikke forlenget eller polariserte. Den galaninbelagte stillasgruppen viste en signifikant høyere spredningshastighet sammenlignet med kontrollgruppen som inneholdt ubelagte stillaser. Lungevevssegmentene høstet fra E15-mus ble vellykket dyrket i 10 dager i et 3D-mikrogravitasjonsmiljø i bioreaktoren.Tillegg av interleukin-6 til kulturmediet resulterte i betennelsesassosierte endringer i alveolær morfologi tilsvarende de som er sett in vivo. I innledningen fortalte jeg deg hvor vanskelig det var for emaljeteamet å komme opp med en ameloblastcellekulturmodell. Nå har vi adressert denne utfordringen ved å bruke en svært innovativ prosedyre som fokuserer på to aspekter: svampkollagen stillas og også bruk av matrise for å differensiere ameloblastcellene.Sammen resulterte disse to innovasjonene i polarisering og vekst av ameloblastlignende celler i 3D-kultur. Disse 3D-dyrkede cellene er en fantastisk modell for å forstå ameloblastbiologi. Og for å forstå denne biologien, kan vi bruke en rekke teknikker, inkludert elektronmikroskopi, proteomikk og genomikk.Ameloblaster er fantastiske celler. Ja, de har evnen til å utskille prismatisk tannemalje. Nå setter denne bioreaktormodellen oss i stand til å forstå hvordan ameloblaster utskiller matrise og utskiller apatittmineraler for å vokse prismatisk tannemalje.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Use of Human Perivascular Stem Cells for Bone Regeneration

Bruk av menneskelige perivaskulær stamceller for 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 Microcapsule som en 3D-plattform for Formering og Differensiering av humane embryonale stamceller (hESC) til ulike linjene

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 Aspirasjon av substrat-tilkoblede celler å anslå Cell Stivhet

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

Transplantasjon av indusert pluripotent stamcelle-avledet Mesoangioblast-lignende myogene forfedre i musemodeller av muskelregenerering

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 av enkeltceller og enkelt Embryoet i 3D Confinement: En ny enhet for høyt innhold 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 av electro prosess for å gi tre unike miljøer for en Tri-lag<em&gt; In Vitro</em&gt; Modell av 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

Utvikling av en Flercellede Tredimensjonal organotypiske Model of Human tarmslimhinnen 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

Grensesnitt Microfluidics med Microelectrode matriser for å studere Neuronal kommunikasjon og Axonal Signal overføring

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 modell av Ben styrking i kanin for vurdering av Bone vekst og Neovascularization i Bone substitusjon 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

Introduksjon Induksjon av humane dentalmasse stamceller mot bukspyttkjertelen avstamninger

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