Name: establishing organoids from human tooth as a powerful tool toward mechanistic research and regenerative therapy
Uploaded: 2022-04-13T13:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Establishing Organoids from Human Tooth as a Powerful Tool Toward Mechanistic Research and Regenerative Therapy at JoVE.com

Siamo grati a tutti i membri dello staff della Chirurgia Orale e Maxillo-Facciale (MKA) di UZ Leuven, così come ai pazienti, per il loro inestimabile aiuto nella raccolta dei terzi molari appena estratti. Vorremmo anche ringraziare la dott.ssa Reinhilde Jacobs e la dott.ssa Elisabeth Tijskens per il loro aiuto nella raccolta dei campioni. Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni di KU Leuven (BOF) e FWO-Flanders (G061819N). L.H. è un FWO Ph.D. Fellow (1S84718N).

Tutti i metodi qui descritti sono stati approvati dal Comitato Etico ricerca UZ/KU Leuven (13/0104U). I terzi molari estratti (denti del giudizio) sono stati ottenuti dopo il consenso informato dei pazienti.
1. Preparativi
<ol><li>Preriscaldare una piastra di coltura a 48 pozzetti per 15-20 ore in un incubatore CO2 all'1,9 % a 37 °C.</li>
	<li>Liquefare un'aliquota di Matrigel (fattore di crescita ridotto; priva di fenolo rosso; ulteriormente indicata come matric...

<ol>
	<li>Yu, T., Klein, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+and+cellular+mechanisms+of+tooth+development,+homeostasis+and+repair.">Molecular and cellular mechanisms of tooth development, homeostasis and repair.</a> Development (Cambridge). 147 (2), (2020).</li><li>Arrow, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dental+enamel+defects,+caries+experience+and+oral+health-related+quality+of+life:+a+cohort+study.">Dental enamel defects, caries experience and oral health-related quality of life: a cohort study.</a> Australian Dental Journal. 62 (2), 165-172 (2017).</li><li>Mitsiadis, T. A., Orsini, G., Jimenez-Rojo, L., Zavan, B., Bressan, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dental+Stem+Cells+for+Tooth+Regeneration.">Dental Stem Cells for Tooth Regeneration.</a> Dental Stem Cells: Regenerative Potential. Stem Cell Biology and Regenerative Potential. Stem Cell Biology and Regenerative Medicine. , (2016).</li><li>Mitsiadis, T. A., Orsini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Editorial:+a+new+era+in+dentistry:+stem+cell-based+approaches+for+tooth+and+periodontal+tissue+regeneration.">Editorial: a new era in dentistry: stem cell-based approaches for tooth and periodontal tissue regeneration.</a> Frontiers in Physiology. 7, 357 (2016).</li><li>Miran, S., Mitsiadis, T. 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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=Differentiation+and+establishment+of+dental+epithelial-like+stem+cells+derived+from+human+ESCs+and+iPSCs.">Differentiation and establishment of dental epithelial-like stem cells derived from human ESCs and iPSCs.</a> International Journal of Molecular Sciences. 21 (12), 1-16 (2020).</li><li>Nam, 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=Establishment+of+Hertwig's+epithelial+root+sheath/+epithelial+rests+of+malassez+cell+line+from+human+periodontium.">Establishment of Hertwig's epithelial root sheath/ epithelial rests of malassez cell line from human periodontium.</a> Molecules and Cells. 37 (7), 562-567 (2014).</li><li>Nam, 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=Expression+profile+of+the+stem+cell+markers+in+human+hertwig's+epithelial+root+sheath/Epithelial+rests+of+Malassez+cells.">Expression profile of the stem cell markers in human hertwig's epithelial root sheath/Epithelial rests of Malassez cells.</a> Molecules and Cells. 31 (4), 355-360 (2011).</li><li>Tsunematsu, T., 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=Human+odontogenic+epithelial+cells+derived+from+epithelial+rests+of+Malassez+possess+stem+cell+properties.">Human odontogenic epithelial cells derived from epithelial rests of Malassez possess stem cell properties.</a> Laboratory Investigation; A Journal of Technical Methods and Pathology. 96 (10), 1063-1075 (2016).</li><li>Artegiani, B., Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+and+application+of+3D-organoid+technology.">Use and application of 3D-organoid technology.</a> Human Molecular Genetics. 27 (2), 99-107 (2018).</li><li>Boretto, 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=Patient-derived+organoids+from+endometrial+disease+capture+clinical+heterogeneity+and+are+amenable+to+drug+screening.">Patient-derived organoids from endometrial disease capture clinical heterogeneity and are amenable to drug screening.</a> Nature Cell Biology. 21 (8), 1041-1051 (2019).</li><li>Cox, B., 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=Organoids+from+pituitary+as+a+novel+research+model+toward+pituitary+stem+cell+exploration.">Organoids from pituitary as a novel research model toward pituitary stem cell exploration.</a> Journal of Endocrinology. 240 (2), 287-308 (2019).</li><li>Sato, T., 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=Single+Lgr5+stem+cells+build+crypt-villus+structures+in+vitro+without+a+mesenchymal+niche.">Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche.</a> Nature. 459 (7244), 262-265 (2009).</li><li>Boretto, 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=Development+of+organoids+from+mouse+and+human+endometrium+showing+endometrial+epithelium+physiology+and+long-term+expandability.">Development of organoids from mouse and human endometrium showing endometrial epithelium physiology and long-term expandability.</a> Development (Cambridge). 144 (10), 1775-1786 (2017).</li><li>Schutgens, F., Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+organoids:+tools+for+understanding+biology+and+treating+diseases).">Human organoids: tools for understanding biology and treating diseases).</a> Annual Review of Pathology. 15, 211-234 (2020).</li><li>Hemeryck, L., 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=Organoids+from+human+tooth+showing+epithelial+stemness+phenotype+and+differentiation+potential.">Organoids from human tooth showing epithelial stemness phenotype and differentiation potential.</a> Cellular and Molecular Life Sciences. 79 (3), 153 (2022).</li><li>Gao, X., Wu, Y., Liao, L., Tian, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oral+organoids:+progress+and+challenges.">Oral organoids: progress and challenges.</a> Journal of Dental Research. 100 (5), 454-463 (2021).</li><li>Binder, 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=Novel+strategies+for+expansion+of+tooth+epithelial+stem+cells+and+ameloblast+generation.">Novel strategies for expansion of tooth epithelial stem cells and ameloblast generation.</a> Scientific Reports. 10 (1), 4963 (2020).</li><li>Xiong, J., Mrozik, K., Gronthos, S., Bartold, P. 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H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+and+development+of+Hertwig's+epithelial+root+sheath.">Evolution and development of Hertwig's epithelial root sheath.</a> Developmental Dynamics. 235 (5), 1167-1180 (2006).</li><li>Fukumoto, 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=New+insights+into+the+functions+of+enamel+matrices+in+calcified+tissues.">New insights into the functions of enamel matrices in calcified tissues.</a> Japanese Dental Science Review. 50 (2), 47-54 (2014).</li><li>Consolaro, A., Consolaro, M. F. M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ERM+functions,+EGF+and+orthodontic+movement+or+Why+doesn't+orthodontic+movement+cause+alveolodental+ankylosis.">ERM functions, EGF and orthodontic movement or Why doesn't orthodontic movement cause alveolodental ankylosis.</a> Dental Press Journal of Orthodontics. 15 (2), 24-32 (2010).</li><li>Guajardo, 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=Immunohistochemical+localization+of+epidermal+growth+factor+in+cat+paradental+tissues+during+tooth+movement.">Immunohistochemical localization of epidermal growth factor in cat paradental tissues during tooth movement.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 118 (2), 210-219 (2000).</li><li>Watanabe, 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=A+ROCK+inhibitor+permits+survival+of+dissociated+human+embryonic+stem+cells.">A ROCK inhibitor permits survival of dissociated human embryonic stem cells.</a> Nature Biotechnology. 25 (6), 681-686 (2007).</li><li>Gon&#231;alves, J., Sasso-Cerri, E., Cerri, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+death+and+quantitative+reduction+of+rests+of+Malassez+according+to+age.">Cell death and quantitative reduction of rests of Malassez according to age.</a> Journal of Periodontal Research. 43 (4), 478-481 (2008).</li><li>Kim, J., Koo, B. -. K., Knoblich, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+organoids:+Model+systems+for+human+biology+and+medicine.">Human organoids: Model systems for human biology and medicine.</a> Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 21 (10), 571-584 (2020).</li><li>Razmi, M. T., Narang, T., Handa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ADULT+(acro-dermato-ungual-lacrimal-tooth)+syndrome:+a+case+report+from+India.">ADULT (acro-dermato-ungual-lacrimal-tooth) syndrome: a case report from India.</a> Indian Dermatology Online Journal. 9 (3), 194 (2018).</li><li>. Future Health Biobank Available from: <a target="_blank" href="https://futurehealthbiobank.com/ch-en/">https://futurehealthbiobank.com/ch-en/</a> (2022)</li><li>Schreurs, R. R. C. E., Baumdick, M. E., Drewniak, A., Bunders, M. 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Questo protocollo descrive la generazione efficiente e riproducibile di organoidi a partire dal dente umano. Per quanto ne sappiamo, questa è la prima metodologia per stabilire organoidi di concetto corrente (epiteliali) a partire dal tessuto dentale umano. Gli organoidi sono espandibili a lungo termine e mostrano un fenotipo di staminalità epiteliale dentale, duplicando i DESC precedentemente riportati nel compartimento ERM del DF7. Inoltre, gli organoidi replicano le caratteristiche funzionali...

I denti hanno ruoli essenziali nella masticazione alimentare, nella parola e nel benessere psicologico (immagine di sé). Il dente umano è costituito da tessuti altamente mineralizzati di varia densità e durezza1. Lo smalto dentale, il componente principale della corona del dente, è il tessuto mineralizzato più alto del corpo umano. Durante la formazione dello smalto (amelogenesi), quando i denti si sviluppano, le cellule staminali epiteliali dentali (DESC) si differenziano in cellule che formano lo smalto (ameloblasti). Una volta formato, lo smalto viene raramente riparato o rinnovato a causa della perdita apoptotica degli ameloblasti all'inizio dell'eruzione dentale1. Il ripristino del tessuto smaltato danneggiato, causato da traumi o malattie batteriche, viene attualmente effettuato utilizzando materiali sintetici; tuttavia, questi sono turbati da importanti carenze come il microleakage, l'osteointegrazione e l'ancoraggio inferiori, la durata della vita finita e la mancanza di riparazione completamente funzionale2. Quindi, una coltura robusta e affidabile di DESC umani con la capacità di generare ameloblasti e il potenziale per produrre tessuto mineralizzato sarebbe un importante passo avanti nel campo rigenerativo dentale.
Le conoscenze sul fenotipo DESC umano e sulla funzione biologica sono scarse 3,4,5. È interessante notare che i DESC dei denti umani sono stati proposti per esistere nei resti delle cellule epiteliali di Malassez (ERM), cluster cellulari presenti all'interno del follicolo dentale (DF), che circonda i denti non eruttati e rimane presente nel legamento parodontale intorno alla radice una volta che il dente erutta1. È stato scoperto che le cellule ERM co-coltivate con polpa dentale si differenziano in cellule simili agli ameloblasti e generano tessuto simile allo smalto6. Tuttavia, studi approfonditi sul ruolo specifico delle cellule ERM nella (ri)generazione dello smalto sono stati limitati a causa della mancanza di modelli di studio affidabili7. Gli attuali sistemi di coltura in vitro ERM sono ostacolati da una durata di vita limitata e da una rapida perdita di fenotipo nelle condizioni 2D utilizzate standardmente 8,9,10,11,12. Quindi, un sistema trattabile in vitro per espandere, studiare e differenziare fedelmente i DESC umani è fortemente necessario.
Durante l'ultimo decennio, una potente tecnica per coltivare cellule staminali epiteliali in vitro è stata applicata con successo a diversi tipi di tessuti epiteliali (umani) per studiare la loro biologia e la malattia 13,14,15,16. Questa tecnologia consente alle cellule staminali epiteliali tissutali di auto-svilupparsi in costruzioni cellulari 3D (cioè organoidi) quando seminate in un'impalcatura che imita la matrice extracellulare (ECM) (tipicamente, Matrigel) e coltivate in un mezzo definito che replica la segnalazione di nicchia delle cellule staminali del tessuto e / o l'embriogenesi. I fattori di crescita tipici necessari per lo sviluppo di organoidi includono il fattore di crescita epidermico (EGF) e gli attivatori del sito di integrazione MMTV di tipo alare (WNT) 14,15,16. Gli organoidi risultanti sono caratterizzati da una fedeltà duratura nell'imitare le cellule staminali epiteliali originali del tessuto, nonché da un'elevata espandibilità pur mantenendo il loro fenotipo e le loro proprietà funzionali, superando così la disponibilità di tessuto umano primario spesso limitata acquisita dalla clinica. Per stabilire gli organoidi, non è necessario l'isolamento delle cellule staminali epiteliali dal tessuto eterogeneo (cioè comprendente altri tipi di cellule come le cellule mesenchimali) prima della coltura poiché le cellule mesenchimali non si attaccano o prosperano nell'ECM, risultando infine in organoidi puramente epiteliali 13,16,17,18,19 . Questa tecnologia promettente e versatile ha portato allo sviluppo di molteplici modelli organoidi da vari tessuti epiteliali umani. Tuttavia, gli organoidi derivati dai denti umani, preziosi per lo studio approfondito dello sviluppo, della rigenerazione e della malattia dei denti, non sono stati ancora stabiliti20,21. Recentemente siamo riusciti a sviluppare un nuovo modello organoide a partire dal tessuto DF di terzi molari (denti del giudizio) estratti da pazienti adolescenti19.
Qui, descriviamo il protocollo per sviluppare colture organoidi epiteliali dal dente umano adulto (cioè dal DF dei terzi molari) (Figura 1A). Gli organoidi risultanti esprimono marcatori di stelo associati all'ERM pur essendo espandibili a lungo termine. Curiosamente, contrariamente alla maggior parte degli altri modelli di organoidi, l'EGF tipicamente necessario è ridondante per uno sviluppo e una crescita robusti di organoidi. È interessante notare che gli organoidi di staminale mostrano proprietà di differenziazione degli ameloblasti, imitando così le caratteristiche e i processi ERM / DESC che si verificano in vivo. Il nuovo e unico modello organoide qui descritto consente di esplorare la biologia, la plasticità e la capacità di differenziazione DESC e apre la porta per fare i primi passi verso approcci rigenerativi dei denti.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.5 mL Microcentrifuge tube</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>30120.086</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 mL Centrifuge tube</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Mercaptoethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M-6250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>48-well flat bottom plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3548</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL Centrifuge tube</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430290</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A83-01</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>SML0788</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>50004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Albumin Bovine (cell culture grade)</td>
			<td>Serva</td>
			<td>47330.03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AMELX antibody</td>
			<td>Santa Cruz</td>
			<td>sc-365284</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amphotericin B</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15200018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27 (without vitamin A)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12587-010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cassette</td>
			<td>VWR</td>
			<td>7202191</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catalase from bovine liver</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CD44 antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab34485</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell strainer, 40 &#181;m</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>352340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cholera Toxin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C8052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Citric acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C0759</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CK14 antibody</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>MA5-11599</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagenase IV</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17104-019</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover glass</td>
			<td>VWR</td>
			<td>6310146</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryobox</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>5100-0001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryovial</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>375353</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethylsulfoxide (DMSO)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D2650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dispase II</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D4693</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM 1:1 F12 without Fe</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>074-90715A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM powder high glucose</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>52100039</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dnase</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D5025-15KU</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Donkey serum</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D9663 - 10ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Embedding workstation, 220 to 240 Vac</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>12587976</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol absolute, &#8805;99.8% (EtOH)</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>E/0650DF/15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum (FBS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F7524</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FGF10</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>100-26</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FGF2 (= basic FGF)</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>234-FSE-025</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FGF8</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>AF-100-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GenElute Mammaliam Total RNA Miniprep Kit</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>RTN350-1KT</td>
			<td>Includes 1% &#946;-mercaptoethanol dissolved in lysis buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Pasteur pipette</td>
			<td>Niko Mechanisms</td>
			<td>170-40050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycine</td>
			<td>VWR</td>
			<td>101194M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H4034</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IGF-1</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>100-11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>InSolution Y-27632 (ROCK inhibitor, RI)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>688001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin from bovine pancreas</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I6634</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ITGA6 antibody</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>HPA012696</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Glutamine</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>25030024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrigel (growth factor-reduced; phenol red-free)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>15505739</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slide</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>J1800AMNZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millex-GV Syringe Filter Unit, 0.22&#160;&#956;m</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>SLGV033R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minimum essential medium eagle (&#945;MEM)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M4526</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mouse IgG (Alexa 555) secondary antibody</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A-31570</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17502-048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-acetyl L-cysteine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A7250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nicotinamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N0636</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Noggin</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>120-10C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P63 antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab124762</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pap Pen</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z377821-1EA</td>
			<td>Marking pen</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde (PFA), 16%</td>
			<td>Merck</td>
			<td>8.18715</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin G sodium salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P3032</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-streptomycin (Pen/Strep)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Corning</td>
			<td>353002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline (PBS)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10010-015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette (P20, P200, P1000)</td>
			<td>Eppendorf or others</td>
			<td>2231300006</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic transfer pipette (3.5&#160;mL)</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>86.1171.001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit IgG (Alexa 488) secondary antibody</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A21206</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RSPO1</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>120-38</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SB202190 (p38i)</td>
			<td>Biotechne (Tocris)</td>
			<td>1264</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel (surgical blade)</td>
			<td>Swann-Morton</td>
			<td>207</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SHH</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>464-SH-200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone molds (Heating block)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>720-1918</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride (NaCl)</td>
			<td>BDH</td>
			<td>102415K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydrogen Carbonate (NaHCO3)</td>
			<td>Merck</td>
			<td>106329</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium-pyruvate (C3H3NaO3)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P-5280</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOX2 antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab92494</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>StepOnePlus</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Real-Time PCR System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stericup-GP, 0.22 &#181;m</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>SCGPU02RE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steriflip-GP Sterile Centrifuge Tube Top Filter Unit, 0.22 &#956;m</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>SCGP00525</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile 1000 &#956;L pipette tips with filter</td>
			<td>Greiner</td>
			<td>740288</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile 20 &#956;L pipette tips with filter</td>
			<td>Greiner</td>
			<td>774288</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile 200 &#956;L pipette tips with and without filter</td>
			<td>Greiner</td>
			<td>739288</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile H2O</td>
			<td>Fresenius</td>
			<td>B230531</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptomycin sulfate salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S6501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superscript III first-strand synthesis supermix</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>11752-050</td>
			<td>Reverse transcription kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue processor</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>12505356</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transferrin</td>
			<td>Serva</td>
			<td>36760.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T8787-50ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TrypLE express</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12605-010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vectashield mounting medium+DAPI</td>
			<td>Labconsult NV</td>
			<td>H-1200</td>
			<td>Antifade mounting medium with DAPI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WNT3a</td>
			<td>Biotechne (Tocris)</td>
			<td>5036-WN-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylenes, 99%, for biochemistry and histology</td>
			<td>VWR</td>
			<td>2,89,75,325</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

establishing organoids from human tooth as a powerful tool toward mechanistic research and regenerative therapy

I denti sono di fondamentale importanza nella vita non solo per la masticazione alimentare e la parola, ma anche per il benessere psicologico. Le conoscenze sullo sviluppo e la biologia dei denti umani sono scarse. In particolare, non si sa molto sulle cellule staminali epiteliali del dente e sulla loro funzione. Siamo riusciti a sviluppare un nuovo modello organoide a partire dal tessuto dentale umano (cioè follicolo dentale, isolato dai denti del giudizio estratti). Gli organoidi sono espandibili in modo robusto e a lungo termine e ricapitolano il compartimento delle cellule staminali epiteliali del dente umano proposto in termini di espressione del marcatore e attività funzionale. In particolare, gli organoidi sono in grado di dispiegare un processo di differenziazione degli ameloblasti come avviene in vivo durante l'amelogenesi. Questo modello unico di organoidi fornirà un potente strumento per studiare non solo lo sviluppo dei denti umani, ma anche la patologia dentale e potrebbe aprire la strada alla terapia rigenerativa dei denti. La sostituzione dei denti persi con un dente biologico basato su questo nuovo modello organoide potrebbe essere un'alternativa interessante all'attuale impianto standard di materiali sintetici.

Sviluppo organoide dentale Forniamo un protocollo dettagliato per stabilire colture organoidi da tessuto DF umano acquisito dopo l'estrazione del dente del giudizio (Figura 1A). Il DF isolato è dissociato enzimaticamente e meccanicamente. Le cellule ottenute vengono coltivate all'interno di BMM in mezzi che sono stati definiti empiricamente per lo sviluppo e la crescita ottimale degli organoidi (mezzo organoide dentale; TOM)19.
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Establishing Organoids from Human Tooth as a Powerful Tool Toward Mechanistic Research and Regenerative Therapy

Presentiamo un protocollo per sviluppare colture organoidi epiteliali a partire dal dente umano. Gli organoidi sono robustamente espandibili e ricapitolano le cellule staminali epiteliali del dente, compresa la loro capacità di differenziazione degli ameloblasti. L'esclusivo modello organoide fornisce uno strumento promettente per studiare la biologia dentale umana (cellule staminali) con prospettive per approcci rigenerativi dei denti.

Stabilire gli organoidi dal dente umano come un potente strumento verso la ricerca meccanicistica e la terapia rigenerativa

Teeth are of key importance in life not only for food mastication and speech but also for psychological well-being. Knowledge on human tooth development ...

Questo nuovo modello di organoide derivato dai denti umani fornisce il primo potente strumento per decifrare la biologia delle cellule staminali dentali umane con prospettive verso le applicazioni rigenerative dei denti. Allo stato attuale, questo modello di organoide dentale è l'unico strumento disponibile per far crescere ed espandere in modo affidabile e robusto le cellule staminali epiteliali dei denti umani. Questo protocollo organoide può essere applicato per stabilire modelli di ricerca, non solo da denti sani, ma anche malati come tumori dentali e impatto batterico.L'esplorazione di tali modelli di malattia può scoprire nuovi bersagli terapeutici. Questo modello organoide è altamente strumentale nel decifrare il processo di formazione dello smalto nel dente umano e può consentire la costruzione di parti dei denti come lo smalto per scopi generativi. A dimostrare la procedura sarà Lara Hemeryck, dottoranda del mio gruppo di ricerca.Per iniziare, raccogliere i terzi molari con follicoli dentali associati nel mezzo di raccolta posto sul ghiaccio e trasferire il contenuto dei tubi in una capsula di Petri. Tenere il dente con una pinzetta e isolare accuratamente i follicoli dentali usando una lama chirurgica. Lavare il sangue rimanente dai follicoli dentali posizionando brevemente i tessuti del follicolo dentale nel primo pozzetto di etanolo al 70% per 20 secondi, quindi trasferirlo alla successiva piastra di etanolo di morte per 20 secondi e ulteriormente al terzo pozzo di etanolo.Continuare a risciacquarlo in pozzetti salini tamponati con fosfato tre volte seguito dal risciacquo dei follicoli dentali nei tre restanti pozzetti medi di raccolta dei follicoli dentali per un massimo di 20 minuti in totale. Trasferire i follicoli dentali risciacquati in una nuova capsula di Petri. Tagliare un piccolo pezzo di uno dei follicoli dentali per una fissazione di paraformaldeide e conservarlo in un tubo di microcentrifuga contenente 500 microlitri di mezzo di raccolta per un massimo di sei ore.Tritare il resto dei follicoli dentali in piccoli pezzi e trasferirli in un tubo da 15 millilitri contenente quattro millilitri di mezzo di dissociazione prebellico, quindi incubare il tubo a 37 gradi Celsius per due ore a bagnomaria. Ogni 15 minuti, pipettare il mezzo di dissociazione dei follicoli dentali e mescolare su e giù usando una pipetta di vetro per accelerare la disintegrazione del tessuto. Quando i pezzi di follicoli dentali non vengono più osservati, procedere con la dissociazione utilizzando una pipetta Pasteur ristretta e lucidata a fuoco.Nel frattempo, preparare 10 millilitri di mezzo A contenenti 100 microlitri di DNasi e aggiungere cinque millilitri di questo mezzo a ciascun tubo con follicoli dentali dissociati. Incubare per un minuto a temperatura ambiente. Risciacquare il filtro con un millilitro di mezzo A.Combinare i diversi tubi di follicoli dentali dissociati da un paziente in questa fase e centrifugare la sospensione cellulare filtrata a 200 volte g per 10 minuti a 4 gradi Celsius.Rimuovere il surnatante. Sospendere il pellet in un millilitro di mezzo definito privo di siero e trasferire la sospensione cellulare in un tubo microcentrifuga da 1,5 millilitri. Calcola la concentrazione cellulare utilizzando un contatore cellulare automatizzato e calcola il numero di pozzi che possono essere seminati.La miscela finale è composta da sospensione cellulare e matrice di membrana basale con un rapporto compreso tra 30 e 70. Rimuovere la quantità appropriata di surnatante e risospesirla lentamente per ottenere un rapporto da 70 a 30 tra matrice di membrana basale ghiacciata e sospensione cellulare per la placcatura. Una volta risospeso nella matrice della membrana basale, mantenere il tubo di microcentrifuga sul ghiaccio per evitare la solidificazione della matrice della membrana basale.Pipettare i 20 microlitri di goccioline a matrice di membrana basale al centro della piastra di coltura preriscaldata a 48 pozzetti. Capovolgere la piastra e posizionarla per solidificare in un incubatore di anidride carbonica all'1,9% a 37 gradi Celsius per 20 minuti. Aggiungere l'inibitore della chinasi rho-associato e l'amfotericina B al mezzo organoide del dente e pre-riscaldamento del mezzo in un bagno d'acqua di 37 gradi Celsius.Prendi la piastra a 48 pozzetti dall'incubatrice. Posizionalo in posizione verticale e aggiungi 250 microlitri del mezzo preriscaldato preparato a ciascun pozzetto con una goccia a matrice di membrana basale contenente le cellule e restituisci la piastra all'incubatore di anidride carbonica. Per aggiornare il mezzo, inclinare la piastra con un angolo di 45 gradi.Rimuovere delicatamente il mezzo precedente, evitando di toccare la goccia della matrice della membrana basale e aggiungere 250 microlitri di nuovo mezzo organoide del dente preriscaldato ogni due o tre giorni. Per effettuare il passaggio degli organoidi, rimuovere il mezzo dai pozzetti con gli organoidi e raggruppare fino a quattro pozzi confluenti. Per raccogliere gli organoidi, aggiungere 400 microlitri di mezzo definito privo di siero ghiacciato per pozzetto direttamente sulla goccia della matrice di membrana e pipettare ripetutamente il mezzo su e giù fino a quando l'intera goccia non viene rimossa.Se i pozzetti sono raggruppati, trasferire i 400 microlitri dal primo pozzo al successivo per rimuovere le goccioline contenenti organoidi. Trasferire l'assemblaggio organoide spostato in un tubo microcentrifuga da 1,5 microlitri e ripetere l'aggiunta di un mezzo definito privo di siero fino a quando tutte le strutture organoidiche vengono raccolte dai pozzetti. Centrifuga a 200 volte g per cinque minuti a 4 gradi Celsius.Rimuovere il surnatante dal tubo della centrifuga e risospese il pellet in un'aliquota preriscaldata di TrypLE Express. Aggiungere 400 microlitri di mezzo definito privo di siero ghiacciato per inattivare l'enzima e centrifugarlo a 200 volte g per cinque minuti a 4 gradi Celsius. Rimuovere il surnatante.Pre-rivestire una punta con un mezzo definito privo di siero ghiacciato e ri-sospendere il pellet organoide in condizioni sterili. Sospendere nuovamente il pellet in 200 microlitri di siero ghiacciato libero da siero definito per il metodo a basso passaggio. Spingere la punta della pipetta completamente svuotata contro il fondo del tubo della micro centrifuga per ridurne il diametro.Pipettare su e giù per cinque minuti per interrompere meccanicamente gli organoidi. Per il metodo di passaggio superiore, risospesciare il pellet in 700 microlitri di mezzo definito senza siero ghiacciato con una punta P1000. Aggiungi una punta P200 a questa punta P1000 e pre-rivestita con un mezzo definito privo di siero ghiacciato.Prevenire la formazione di bolle d'aria regolando l'impostazione del volume della pipetta. Aspirare almeno il 90% del volume medio con organoidi e pipetta su e giù per cinque minuti per interrompere meccanicamente gli organoidi. Gli organoidi si sviluppano tipicamente due settimane dopo la semina delle cellule del follicolo dentale.Gli organoidi sono espandibili a lungo termine fino a 11 passaggi. La semina di circa 20.000 cellule per goccioline di matrice di membrana basale produce una densità ottimale di organoidi, mentre la semina di un numero più elevato di cellule porta a una crescita organoide non ottimale con organoidi simili a densità troppo elevata a causa dello spazio insufficiente per crescere. Gli organoidi sviluppati mostrano un aspetto denso e contengono cellule che mostrano un alto rapporto nucleocitoplasmatico.Inoltre, gli organoidi esprimono il marcatore ERM citocheratina 14 confermando la loro origine epiteliale e altri marcatori ERM proposti, come P63, CD44 e integrina alfa-6. Gli organoidi esprimono SOX2, un marcatore DESC ben noto nei topi. È interessante notare che il componente principale della matrice dello smalto, l'amelogenina, espresso anche negli organoidi.Gli organoidi mantengono il loro fenotipo di staminalità ERMM durante il passaging come dimostrato dall'espressione stabile dei marcatori. Per una crescita ottimale degli organoidi a lungo termine, è essenziale utilizzare i metodi di passaggio raccomandati, ovvero i metodi di passaggio basso o i metodi di passaggio superiore. Una volta formati, gli organoidi possono essere utilizzati per esaminare ulteriormente il processo di amelogenesi e la deposizione della matrice dello smalto attualmente non raggiunta nella ricerca odontoiatrica.Questa tecnica consente l'esplorazione della biologia delle cellule staminali epiteliali dentali, il processo di formazione dello smalto e l'interazione con il mesenchima del dente, un'interazione essenziale per la corretta formazione dei denti.

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

Adenoviral Gene Therapy for Diabetic Keratopathy: Effects on Wound Healing and Stem Cell Marker Expression in Human Organ-cultured Corneas and Limbal Epithelial Cells

Adenovirale Terapia genica per diabetici cheratopatia: Effetti sulla guarigione delle ferite e Stem Cell Marker Expression in Human Organ cornee-coltura e le cellule epiteliali Limbal

The goal of this protocol is to describe molecular alterations in human diabetic corneas and demonstrate how they can be alleviated by adenoviral gene ...

Ricerca

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