Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Developmental Biology

שימוש בתרבית איברים מסוג טרוול לחקר ויסות תאי גזע דנטליים

Published: July 8, 2021 doi: 10.3791/62462
* These authors contributed equally

Summary

שיטת תרבית האיברים מסוג טרוול שימשה לפענוח רשתות איתות מורכבות השולטות בהתפתחות השיניים, ולאחרונה לחקר הוויסות המעורב בתאי גזע של חותך העכבר הגדל ללא הרף. מודלים של בעלי חיים מדווחים פלואורסצנטיים ושיטות הדמיה חיה מאפשרים ניתוח מעמיק של תאי גזע דנטליים ושל המיקרו-סביבה הנישה הספציפית שלהם.

Abstract

התפתחותם, תפקודם והתחדשותם של איברים תלויים בתאי גזע, השוכנים בתוך מרחבים אנטומיים בדידים הנקראים נישות תאי גזע. חותך העכבר הגדל ללא הרף מספק מודל מצוין לחקר תאי גזע ספציפיים לרקמות. תאי הגזע הספציפיים לרקמת האפיתל של החותך ממוקמים בקצה הפרוקסימלי של השן בנישה הנקראת לולאת צוואר הרחם. הם מספקים זרם מתמשך של תאים כדי לאזן את השחיקה המתמדת של קצה ההשחזה העצמית של השן. מוצג כאן פרוטוקול מפורט לבידוד ולתרבית של הקצה הפרוקסימלי של חותך העכבר המכיל תאי גזע ונישתם. זהו פרוטוקול תרבית איברים שונה מסוג Trowell המאפשר תרבית in vitro של חתיכות רקמה (explants), כמו גם את פרוסות הרקמה העבות בממשק נוזל/אוויר על מסנן הנתמך על ידי רשת מתכת. פרוטוקול תרבית האיברים המתואר כאן מאפשר מניפולציות רקמה שאינן ניתנות לביצוע in vivo , ובשילוב עם שימוש בכתב(ים) פלואורסצנטיים, הוא מספק פלטפורמה לזיהוי ומעקב אחר אוכלוסיות תאים בדידים ברקמות חיות לאורך זמן, כולל תאי גזע. ניתן לבדוק במערכת זו מולקולות רגולטוריות שונות ותרכובות פרמקולוגיות להשפעתן על תאי גזע ועל הנישות שלהם. זה בסופו של דבר מספק כלי רב ערך לחקר ויסות ותחזוקה של תאי גזע.

Introduction

החותכות של העכברים גדלות ברציפות הודות לשימור לכל החיים של תאי הגזע (SC) התומכים בייצור בלתי פוסק של רכיבי השן. אלה כוללים SCs אפיתל, אשר מייצרים אמלובלסטים המייצרים אמייל, ותאי גזע מזנכימליים (MSCs), אשר מייצרים אודונטובלסטים המייצרים דנטין, בין תאים אחרים1. ה-SCs האפיתליאליים בחותכות הגדלות ברציפות זוהו בתחילה כתאים שומרי תווית2,3 ומאז הוכחו כמבטאים מספר גני גזע ידועים, כולל Sox24. תאים אלה חולקים תכונות משותפות עם SCs אפיתל באיברים אחרים ושוכנים בתוך נישה SC הנקראת לולאת צוואר הרחם הממוקמת בצד הלאברי של החותך. הנישה היא ישות דינמית המורכבת מתאים ומטריצה חוץ-תאית השולטים בפעילות SC5. מחקרי מעקב אחר שושלת הראו כי Sox2+ אפיתל SCs יכול לחדש את כל תא האפיתל של השן וכי הם חיוניים ליצירת שןרציפה 6,7. MSCs עם פוטנציאל תיקון או התחדשות של דנטין מגויסים ברובם מחוץ לאיבר דרך כלי דם ועצבים 8,9,10,11, ולכן, מספקים מודל מתאים לחקר גיוס, הגירה ודיור של אוכלוסיית MSC.

מחקר SCs in vivo אינו תמיד אפשרי, שכן רבות מהמניפולציות הגנטיות ו / או הפרמקולוגיות יכולות להשפיע על הומאוסטזיס איברים ו / או להיות בעלות השלכות קטלניות. לכן, תרבות איברים מספקת כלי מצוין לחקר הרגולציה של SCs ואת הנישות שלהם במבחנה. מערכת תרבית האיברים המשתמשת ברשת מתכת פותחה בתחילה על ידי Trowell12 כדי לחקור את התפתחות האיברים ושונתה עוד יותר על ידי Saxen13 כדי לחקור אותות אינדוקטיביים בהתפתחות הכליות. מאז, שיטה זו במבחנה של culturing את כל או חלק של האיבר כבר מיושם בהצלחה בתחומים שונים. בתחום התפתחות השן, שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב כדי לחקור את האינטראקציות אפיתליאליות-מזנכימליות השולטות בהתפתחות השן14 והיווצרות שן עוקבת15. עבודתה של מעבדת Thesleff הדגימה את התועלת של מערכת זו לניתוח זמני של צמיחת שיניים ומורפוגנזה, לניתוח ההשפעה של מולקולות שונות וגורמי גדילה על צמיחת השן, ולהדמיה חיה בהילוך מהיר של התפתחות השן16,17. לאחרונה, שיטה זו שימשה כדי ללמוד רגולציה של SCs חותך ואת הנישה שלהם18,19, אשר מתואר בפירוט כאן.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

פרוטוקול זה כולל שימוש בבעלי חיים וכל הנהלים אושרו על ידי ועדות אתיות לשימוש וטיפול בבעלי חיים ומתקן בעלי חיים באוניברסיטת הלסינקי.

1. הכנת מנת תרבית האיברים

  1. בצע את כל ההליכים במכסה מנוע זרימה למינרית. נקו משטחי עבודה עם 70% אתנול והשתמשו בכלי זכוכית ותמיסות אוטומטיות. לעקר מספריים וציוד מתכת אחר במעקר חרוזי זכוכית.
  2. הכינו מסננים שבדרך כלל מאוחסנים ב-70% אתנול על-ידי שטיפתם שלוש פעמים ב-PBS אחד כדי להסיר אתנול (איור 1). חותכים מסננים לחתיכות מלבניות (3 x 3-5 x 5 מ"מ).
    הערה: ניתן לאחסן חתיכות מסנן שטופות במשך מספר ימים ב- PBS אחד ב- 4 °C.
  3. הכן את מדיום התרבית (1:1 DMEM:F12 בתוספת 1% [v/v] 200 mM L-alanyl-L-גלוטמין דיפפטיד ב-0.85% NaCl, 10% [v/v] FBS, 150 מיקרוגרם/מ"ל חומצה אסקורבית ו-0.2% [v/v] פניצילין [10,000 I.U./mL] וסטרפטומיצין [10,000 מיקרוגרם/מ"ל]). יש לאחסן בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס.
  4. מניחים את רשתות המתכת בקוטר 30 מ"מ (עם חורים בקוטר 1-2 מ"מ המאפשרים הדמיית רקמות) בצלחת פטרי בקוטר 35 מ"מ. הוסיפו מספיק מדיה כדי להגיע למשטח הרשת מבלי לייצר בועות אוויר. מחממים מראש את צלחת התרבית המוכנה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס עד שהרקמה מבודדת ומוכנה לתרבית (באינקובטור סטנדרטי עם 5% CO2 ו-90%-95% לחות).

2. דיסקציה חותכת ובידוד של הקצה הפרוקסימלי

  1. להקריב את בעלי החיים בהתאם לפרוטוקול מאושר לטיפול בבעלי חיים.
  2. ערפו את העכבר ונתחו את המנדיבל. כדי לעשות זאת, תחילה להסיר את העור כדי לחשוף את mandible לחתוך דרך שרירי maasseter כדי להפריד אותו מן maxilla ואת שאר הראש.
  3. לאחר שהמנדיבל מבודד, הסר את הלשון וכמה שיותר רקמות רכות.
  4. לאסוף את כל mandibles ולשמור אותם בצלחת פטרי המכיל PBS על קרח, כמו זה משפר את הכדאיות של הרקמות.
  5. מעבירים מנדיבל אחד לצלחת פטרי זכוכית ומשתמשים במחטים היפודרמיות חד פעמיות של 20/26 גרם כדי לנתח את החותך תחת סטריאומיקרוסקופ. מפצלים את המנדיבל בקו האמצע, חותכים דרך הסימפיזה. נקו את הרקמה הרכה והשרירית הרחק משטח העצם להדמיה טובה יותר.
    הערה: צלחת פטרי זכוכית היא חיונית, מכיוון שזה לא יקהה את המחטים.
  6. מנדיבלים המתקבלים מבעלי חיים מתחת לגיל 10 ימים הם רכים ושבריריים יותר, ולכן, השתמש במחטים חד פעמיות של 20/26 G hypodermic כדי לפתוח כל מחצית של המנדיבל לאורך כדי לחשוף את השן החותכת. לעכברים מעל גיל 10 ימים, השתמשו בפינצטה כדי לאחוז במנדיבל ולשבור את העצם כדי לחשוף את השן.
  7. מנתקים בעדינות את החותך מהעצם שמסביב וחותכים את הקצה הפרוקסימלי, המכיל את לולאת צוואר הרחם.
  8. חותכים את הקצה הפרוקסימלי ומסירים את האמייל המינרלי ואת מטריצת הדנטין.
  9. שמור את הקצוות הפרוקסימליים שנאספו ב- PBS של דולבקו על הקרח עד שיהיה מוכן לתרבית.

3. תרבות

  1. הניחו בזהירות מלבן מסנן על החלק העליון של הרשת בצלחת תרבית שחוממה מראש.
  2. השתמש בסטריאומיקרוסקופ כדי לכוון כראוי את חלקי הרקמה.
  3. מניחים באינקובטור סטנדרטי ב-37 מעלות צלזיוס עם 5% CO2 ו-90%-95% לחות.
  4. שנה את המדיום כל יומיים והחלף במדיום טרי, תוך הימנעות בזהירות מהיווצרות בועות אוויר. עקוב אחר צמיחת הרקמות וצלם מדי יום באמצעות מצלמה המחוברת לסטריאומיקרוסקופ.

4. הוספת גורמים מסיסים לתרבות

  1. השלימו את מדיום התרבית עם גורמים מסיסים ומולקולות מעניינות כדי לחקור את השפעתם על ויסות ה-SCs.
    הערה: פרוטוקול הניהול של כל מולקולה (גורמי גדילה, מולקולות איתות, נוגדנים חוסמים, תרכובות פרמקולוגיות כגון מעכבים או אקטיבטורים, וקטורים וכו ') תלוי במחצית החיים ובמסיסות שלה. פרמטרים אלה קובעים גם את הפקד המתאים לשימוש.

5. ניתוחים מולקולריים והיסטולוגיים

  1. הסר את מדיום התרבות.
  2. הוסיפו בזהירות מתנול קר כקרח לרקמות כדי למנוע ניתוק מהמסננים.
  3. השאירו מתנול למשך 5 דקות.
  4. מסנני העברה הנושאים צמחי רקמה לצינורות דגימה.
  5. לתקן את explants ב 4% paraformaldehyde ב PBS במשך 10-24 שעות ב 4 מעלות צלזיוס.
  6. המשך עם פרוטוקולים מבוססים לעיבוד היסטולוגי (פרפין, קפוא וכו ') או immunostainings.

6. תרבית של פרוסות רקמה

הערה: ישנן מספר וריאציות לפרוטוקול זה, שכולן מוצלחות באותה מידה והן עניין של בחירה אישית, בהתאם למהירות ולמיומנות של המשתמש. אלה מתייחסים למאגר המשמש לאיסוף ושמירה על כדאיות הרקמות. לשם כך, חיץ קרבס, PBS בתוספת 2% גלוקוז ואנטיביוטיקה, או PBS ניתן להשתמש. אם נעשה שימוש בחיץ קרבס, יש להכין אותו יום אחד מראש ולשמור אותו בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס.

  1. לפני הניסוי, הכינו 4%-5% אגרוז נקודת התכה נמוכה על ידי המסת 2-2.5 גרם של אגרוז נקודת התכה נמוכה ב-50 מ"ל של 2% גלוקוז/PBS רותחים, ולאחר מכן יש למקם את התמיסה באמבט מים בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס.
  2. הניחו את הוויברטומה, שטפו ב-70% אתנול ומלאו ב-2% גלוקוז/PBS קרים כקרח בתוספת אנטיביוטיקה (100 U/mL פניצילין, 100 מ"ג/מ"ל סטרפטומיצין).
  3. נתחו את הקצוות הפרוקסימליים של החותך ואספו אותם ב-2% גלוקוז/PBS קרים כקרח בתוספת אנטיביוטיקה.
  4. מניחים קצה פרוקסימלי אחד של החותך בתבנית המכיל 4%-5% נקודת התכה נמוכה. תחת סטריאומיקרוסקופ, לכוון את היצירה בכיוון הרצוי ולהשאיר על הקרח עבור agarose להתקשות.
  5. חותכים את גוש האגרוז הקשוח ומניחים אותו ברטט. חותכים פרוסות עבות (150-300 מיקרומטר).
  6. אספו את הפרוסות בצלחת פטרי המכילה 2% גלוקוז/PBS קרים כקרח בתוספת אנטיביוטיקה.
  7. השתמשו במרית כדי להעביר את הפרוסות העבות על מלבן מסנן המונח על הרשת המחוממת מראש שהוכנה כמו בסעיף 1.3.
  8. דגרו את הפרוסות העבות באינקובטור והמשיכו בהדמיה (איור 2).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ה-SCs האפיתליאליים שוכנים בגומחה שנקראת לולאת צוואר הרחם, שנמצאת בקצה הפרוקסימלי של החותך (איור 3A). לולאות צוואר הרחם הן מבנים נבדלים מבחינה מורפולוגית המורכבים מאפיתל אמייל פנימי וחיצוני שעוטפים את הרשתית הכוכבית, ליבה של תאי אפיתל המסודרים באופן רופף (איור 3B,C). ישנן שתי לולאות צוואר הרחם בכל חתך (איור 3A), אך רק לולאת צוואר הרחם הלבבית מכילה SCs. האפיתל SCs ממוקמים לרשתית הסטלטית ולאפיתל האמייל הסמוך בקצה לולאת צוואר הרחם20,21. הם מייצרים צאצאים המאופיינים בביטוי Sfrp5, אשר מתמיינים לתאים מגבירי מעבר מתרבים מאוד המייצרים תאים שונים, כולל אמלובלסטים מפרישי אמייל 2,7. הבחנה Ameloblast מ SCs ניתן לשחזר במערכת תרבית איברים המתוארת כאן2.

בשנים האחרונות, עכברים מדווחים שבהם חלבון פלואורסצנטי (כגון GFP) נמצא תחת שליטה של אלמנטים רגולטוריים גנטיים ספציפיים הפכו לכלי נפוץ לזיהוי ובידוד תאים מרקמות שונות ולמעקב אחר גורל התאים והתקדמות השושלת in vivo ו- in vitro22,23. השימוש במודלים אלה של בעלי חיים מועיל לניתוח ההשפעה של מולקולות רגולטוריות שונות, שכן העוצמה והדפוס של ביטוי כתב פלואורסצנטי יכולים לשמש כקריאה של פעילות גנים אנדוגנית, או ככתב של מצב התפשטות (כלומר, מודל העכבר המדווח של פוצ'י).

עכבר הדיווח המהונדס Sox2-GFP מודל24, שבו ביטוי ה-GFP המשופר (EGFP) נמצא תחת שליטה של מקטע של 5.5 קילו-בייט של האלמנט הרגולטורי במעלה הזרם של מקדם Sox2, מאפשר זיהוי והדמיה של תאי גזע אפיתליאליים חותכים המבטאים Sox2 (איור 4A-C). יצירת עכברים הנושאים מספר כתבים פלואורסצנטיים יכולה להיות שימושית לזיהוי של יותר מאוכלוסיית תאים אחת. לדוגמה, בלולאות צוואר הרחם מ- Sox2-GFP; ניתן לזהות תאי גזע של בעלי חיים מהונדסים של Fucci-mKO (GFP+, ירוק, איור 4D) ותאים שאינם מתרבים (Fucci-mKO+, אדום, איור 4D). בנוסף, ביטוי Sox2-GFP יכול לשמש כמדווח בעת ניתוח ההשפעה של מולקולות שונות. תוספת של מפעיל האיתות Wnt/β-catenin BIO משפיעה לרעה על תאי גזע המבטאים Sox2 וכתוצאה מכך על ביטוי GFP (איור 4E).

Figure 1
איור 1: הכנת תא התרבית . (A) שטפו את המסנן ב-PBS אחד. (B) חותכים את המסנן לחתיכות מלבניות. (C) הכינו את המדיה במכסה המנוע והעבירו אותה דרך הרשת. הימנעו מהיווצרות בועות אוויר. (D) מחממים את צלחת התרבית שהוכנה מראש בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס לפני הוספת צמחי רקמה על מסנן המונח על הרשת. (E) ייצוג קריקטורי של חדר התרבות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 2
איור 2: גידול פרוסות רקמה. הקצה הפרוקסימלי של חתך עכבר בן יומיים לאחר הלידה (2PN) נותח ונחתך על ידי רטט. פרוסות (בעובי 150 מיקרומטר) היו בתרבית והיווצרות רקמות קשות (חיצים) נצפתה לאחר תרבית של 6 ימים. קנה מידה 100 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 3
איור 3: לולאת צוואר הרחם. (A) הקצה הפרוקסימלי של לולאות צוואר הרחם המכילות את החותך (המסומנות בקו מקווקו שחור) והלשוניות (המסומנות בקו מקווקו אפור). (B) חתך היסטולוגי של לולאת צוואר הרחם הלבבית, המייצג נישה לתאי גזע אפיתליים. (C) ייצוג מצויר של לולאת צוואר הרחם ומרכיביה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 4
איור 4: שימוש במודלים של עכברי דיווח פלואורסצנטיים במערכת תרבית איברים . (A) ברייטפילד, (B) פלואורסצנטי, ו-(C) תמונת כיסוי של הקצה הפרוקסימלי של החותך שבודדו מעכברי Sox2-GFP לאחר הלידה במשך יומיים. (D) ביטוי Sox2-GFP ו-Fucci-mKO בקצה הפרוקסימלי של החותך המבודד מ-Sox2-GFP לאחר הלידה למשך יומיים; עכברי פוצ'י-mKO. (E) השפעת BIO על תאי הגזע המבטאים Sox2-GFP ועל נישת תאי הגזע (לולאת צוואר הרחם, המשורטטת בקו מקווקו צהוב). קנה מידה 100 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

תרבית איברים במבחנה שימשה באופן נרחב לחקר פוטנציאל אינדוקטיבי ואינטראקציות אפיתל-מזנכימליות השולטות בגדילת איברים ובמורפוגנזה. מעבדת Thesleff הדגימה כיצד להתאים את שינוי הסקסן של תרבית איברים מסוג טרוול ולהשתמש בה כדי לחקור את התפתחות השיניים14. התנאים הניתנים לשחזור וההתקדמות בכתבים פלואורסצנטיים הפכו את השיטה הזו לשיטה שימושית לניטור מורפוגנזה של השן ואוכלוסיות התאים המובהקות בתוכה. מאמר זה תיאר כיצד ליישם פרוטוקול זה כדי לחקור תאי גזע אפיתליאליים ואת המיקרו-סביבה שבה הם שוכנים.

כאן תוארה טכניקה לבידוד הקצה הפרוקסימלי של החותך המכיל את גומחת ה-SC מגורים לאחר לידה ומחיות מבוגרות יותר. הצלחתה של שיטה זו תלויה בזמן הבידוד (המשפיע ישירות על כדאיות הרקמות) וביכולת לבודד קצה פרוקסימלי לא פגום עם לולאת צוואר הרחם שלמה. זה מאתגר במיוחד בבעלי חיים מבוגרים עם עצם מינרלית. הפרוטוקול מראה כיצד להשתמש בכוח מכני מבוקר כדי לשבור את העצם המינרלית ולבודד רקמה רכה שלמה לחלוטין ובת קיימא בזמן קצר משמעותית בהשוואה לפרוטוקולים אחרים שפורסמו25. לאחר הבידוד, ניתן לתרבת את הרקמה במבחנה, כמכלול או כפרוסה עבה. החיסרון של שיטת חיתוך הרקמה העבה הוא שרק חלק מלולאת צוואר הרחם קיים בכל פרוסה; לפיכך, קבלת חלק זהה בשחזור של לולאת צוואר הרחם בקטעים שונים אינה אפשרית. תרבית איברים מספקת שיטה קלה וניתנת לשחזור לחקר המנגנונים המולקולריים והתאיים המווסתים את SCs ואת הנישה שלהם לאורך זמן. עם זאת, ישנן מגבלות על תקופת התרבות הכוללת, בעיקר בשל אובדן הדרגתי של mesenchyme לאחר 3-4 הימים הראשונים של התרבות.

ניתן גם לעבד את הרקמה המבודדת כדי לקבל תרחיף של תא בודד המועשר באפיתל החותךSCs 26. הפרדה אנזימטית של לולאת צוואר הרחם משאר הקצה הפרוקסימלי ושימוש בכתבים פלואורסצנטיים ספציפיים מאפשרת ניתוחי mRNA וחלבונים מפורטים יותר (כגון qPCR, ריצוף RNA חד-תאי) ותובנה גדולה יותר לגבי אוכלוסיות תאים ספציפיות בתוך הנישה.

תרבית במבחנה מספקת פלטפורמה מתאימה לבדיקת מניפולציות גנטיות ופרמקולוגיות שונות להשפעתן הרגולטורית על SCs אפיתל השן ועל הנישות שלהן. יש לציין כי הצלחת הטיפולים התרופתיים תלויה בתכונות של המולקולות הנבדקות, כגון זמן מחצית חיים, מסיסות, יציבות מטבולית, מינון ורעילות תאים. בשילוב עם כתב פלואורסצנטי, ניתן להקצות את האפקט הרגולטורי לאוכלוסיית תאים ספציפית בתוך רקמה, ובכך לספק כלי רב עוצמה לחשיפת המנגנונים המולקולריים והתאיים המווסתים את SCs אפיתל השן ואת הנישה שלהם.

בעזרת שימוש בעכברים מדווחים פלואורסצנטיים ספציפיים, ניתן לזהות ולעקוב אחר אוכלוסיות תאים ספציפיות בתוך רקמה חיה לאורך זמן. לאחרונה, הוכח כי תרבית איברים במבחנה יכולה לשמש להדמיה חיה של התפתחות השן16. בנוסף, ניתן לדמות את התנהגות התאים במשך פרק זמן קצר באמצעות תרבית in vitro של פרוסות רקמה עבות7. כפי שצוין קודם לכן, ניתן לדמות רק חלק מנישת ה- SC ומשך ההדמיה קצר. באופן אידיאלי, כל נישה SC צריך להיות תמונה. עם זאת, הדמיה בהילוך מהיר 4D של מבנה זה היא מאתגרת, בעיקר בשל עובי הגומחה והמגבלות של שיטות ההדמיה הקיימות כיום. עם זאת, ההתקדמות המתמשכת בטכנולוגיית ההדמיה מבטיחה עתיד מרגש בחשיפת התנהגויות תאיות המהוות את נישת ה- SC החותכת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים על היעדר ניגוד עניינים.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי קרן ג'יין ואטוס ארקו.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1-mL plastic syringes
Disposable 20/26 gauge hypodermic needles Terumo
DMEM Gibco 61965-026
Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline Gibco 14287
Extra Fine Bonn Scissors F.S.T. 14084-08
F-12 Gibco 31765-027
FBS South American (CE) LifeTechn. 10270106 divide in aliquotes, store at -20°C
Glass bead sterilizer, Steri 250 Seconds-Sterilizer Simon Keller Ltd 4AJ-6285884
GlutaMAX-1 (200 mM L-alanyl-L-glutamine dipeptide) Gibco 35050-038
Isopore Polycarb.Filters, 0,1 um 25-mm diameter MerckMillipore VCTP02500 Store in 70% ethanol at room temperature.
L-Ascobic Acid Sigma A4544-25g diluted 100 mg/ml in MilliQ, filter strerilized and divided in 20μl aliquotes, store at dark, -20°C
Low melting agarose TopVision R0801
Metal grids Commercially available, or self-made from stainless-steel mesh (corrosion resistant, size of mesh 0.7 mm). Cut approximately 30 mm diameter disk and bend the edges to give 3 mm height. Use nails to make holes.
Micro forceps Medicon 07.60.03
Paraformaldehyde Sigma-Aldrich
Penicillin-Streptomycin (10,000U/ml) sol. Gibco 15140-148
Petri dishes, Soda-Lime glass DWK Life Sciences 9170442
Petridish 35 mm, with vent Duran 237554008
Petridish 90 mm, no vent classic Thermo Fisher 101RT/C
Small scissors

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Balic, A. Biology explaining tooth repair and regeneration: A mini-review. Gerontology. 64 (4), 382-388 (2018).
  2. Harada, H., et al. Localization of putative stem cells in dental epithelium and their association with Notch and FGF signaling. The Journal of Cell Biology. 147 (1), 105-120 (1999).
  3. Smith, C. E., Warshawsky, H. Cellular renewal in the enamel organ and the odontoblast layer of the rat incisor as followed by radioautography using 3H-thymidine. The Anatomical Record. 183 (4), 523-561 (1975).
  4. Balic, A., Thesleff, I. Tissue interactions regulating tooth development and renewal. Current Topics in Developmental Biology. 115, 157-186 (2015).
  5. Scadden, D. T. The stem-cell niche as an entity of action. Nature. 441 (7097), 1075-1079 (2006).
  6. Juuri, E., et al. Sox2 marks epithelial competence to generate teeth in mammals and reptiles. Development. 140 (7), 1424-1432 (2013).
  7. Juuri, E., et al. Sox2+ stem cells contribute to all epithelial lineages of the tooth via Sfrp5+ progenitors. Developmental Cell. 23 (2), 317-328 (2012).
  8. Feng, J., Mantesso, A., De Bari, C., Nishiyama, A., Sharpe, P. T. Dual origin of mesenchymal stem cells contributing to organ growth and repair. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (16), 6503-6508 (2011).
  9. Kaukua, N., et al. Glial origin of mesenchymal stem cells in a tooth model system. Nature. 513 (7519), 551-554 (2014).
  10. Zhao, H., et al. Secretion of shh by a neurovascular bundle niche supports mesenchymal stem cell homeostasis in the adult mouse incisor. Cell Stem Cell. 14 (2), 160-173 (2014).
  11. Vidovic, I., et al. alphaSMA-expressing perivascular cells represent dental pulp progenitors in vivo. Journal of Dental Research. 96 (3), 323-330 (2017).
  12. Trowell, O. A. A modified technique for organ culture in vitro. Experimental Cell Research. 6 (1), 246-248 (1954).
  13. Saxen, L., Vainio, T., Toivonen, S. Effect of polyoma virus on mouse kidney rudiment in vitro. Journal of the National Cancer Institute. 29, 597-631 (1962).
  14. Thesleff, I., Sahlberg, C. Organ culture in the analysis of tissue interactions. Methods in Molecular Biology. 461, 23-30 (2008).
  15. Jarvinen, E., Shimomura-Kuroki, J., Balic, A., Jussila, M., Thesleff, I. Mesenchymal Wnt/beta-catenin signaling limits tooth number. Development. 145 (4), (2018).
  16. Ahtiainen, L., Uski, I., Thesleff, I., Mikkola, M. L. Early epithelial signaling center governs tooth budding morphogenesis. The Journal of Cell Biology. 214 (6), 753-767 (2016).
  17. Narhi, K., Thesleff, I. Explant culture of embryonic craniofacial tissues: analyzing effects of signaling molecules on gene expression. Methods in Molecular Biology. 666, 253-267 (2010).
  18. Yang, Z., Balic, A., Michon, F., Juuri, E., Thesleff, I. Mesenchymal Wnt/beta-Catenin signaling controls epithelial stem cell homeostasis in teeth by inhibiting the antiapoptotic effect of Fgf10. Stem Cells. 33 (5), 1670-1681 (2015).
  19. Binder, M., et al. Functionally distinctive Ptch receptors establish multimodal hedgehog signaling in the tooth epithelial stem cell niche. Stem Cells. 37 (9), 1238-1248 (2019).
  20. Harada, H., et al. Localization of putative stem cells in dental epithelium and their association with Notch and FGF signaling. The Journal of Cell Biology. 147 (1), 105-120 (1999).
  21. Seidel, K., et al. Hedgehog signaling regulates the generation of ameloblast progenitors in the continuously growing mouse incisor. Development. 137 (22), 3753-3761 (2010).
  22. Hadjantonakis, A. K., Nagy, A. FACS for the isolation of individual cells from transgenic mice harboring a fluorescent protein reporter. Genesis. 27 (3), 95-98 (2000).
  23. Yu, Y. A., Szalay, A. A., Wang, G., Oberg, K. Visualization of molecular and cellular events with green fluorescent proteins in developing embryos: a review. Luminescence. 18 (1), 1-18 (2003).
  24. D'Amour, K. A., Gage, F. H. Genetic and functional differences between multipotent neural and pluripotent embryonic stem cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100, Suppl 1 11866-11872 (2003).
  25. Chavez, M. G., et al. Isolation and culture of dental epithelial stem cells from the adult mouse incisor. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (87), (2014).
  26. Binder, M., et al. Novel strategies for expansion of tooth epithelial stem cells and ameloblast generation. Science Reports. 10 (1), 4963 (2020).

Tags

ביולוגיה התפתחותית גיליון 173 תרבית איברים שן חותך עכבר לולאת צוואר הרחם תאי גזע אפיתליים נישה של תאי גזע מודלים של כתבים פלואורסצנטיים
שימוש בתרבית איברים מסוג טרוול לחקר ויסות תאי גזע דנטליים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Juuri, E., Balic, A. Use ofMore

Juuri, E., Balic, A. Use of Trowell-Type Organ Culture to Study Regulation of Dental Stem Cells. J. Vis. Exp. (173), e62462, doi:10.3791/62462 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter