Eun Jin Seo;Soyoung Park;Eungyung Lee;Yang Hoon Huh;Ye Eun Ha;Gabor J. Tigyi;Taesung Jeong;Il Ho Jang;Jonghyun Shin
International Journal of Stem Cells
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v.17
no.3
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pp.330-336
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2024
Mesenchymal stem cells in the dental tissue indicate a disposition for differentiation into diverse dental lineages and contain enormous potential as the important means for regenerative medicine in dentistry. Among various dental tissues, the dental pulp contains stem cells, progenitor cells and odontoblasts for maintaining dentin homeostasis. The conventional culture of stem cells holds a limit as the living tissue constitutes the three-dimensional (3D) structure. Recent development in the organoid cultures have successfully recapitulated 3D structure and advanced to the assembling of different types. In the current study, the protocol for 3D explant culture of the human dental pulp tissue has been established by adopting the organoid culture. After isolating dental pulp from human tooth, the intact tissue was placed between two layers for Matrigel with addition of the culture medium. The reticular outgrowth of pre-odontoblast layer continued for a month and the random accumulation of dentin was observed near the end. Electron microscopy showed the cellular organization and in situ development of dentin, and immunohistochemistry exhibited the expression of odontoblast and stem cell markers in the outgrowth area. Three-dimensional explant culture of human dental pulp will provide a novel platform for understanding stem cell biology inside the tooth and developing the regenerative medicine.
Two-dimensional (2D) cell culture and in vivo cancer model systems have been used to understand cancer biology and develop drug delivery systems for cancer therapy. Although cell culture and in vivo model studies have provided critical contribution about disease mechanism, these models present important problems. 2D tissue culture models lack of three dimensional (3D) structure, while animal models are expensive, time consuming, and inadequate to reflect human tumor biology. Up to the present, scaffolds and 3D matrices have been used for many different clinical applications in regenerative medicine such as heart valves, corneal implants and artificial cartilage. While tissue engineering has focused on clinical applications in regenerative medicine, scaffolds can be used in in vitro tumor models to better understand tumor relapse and metastasis. Because 3D in vitro models can partially mimic the tumor microenvironment as follows. This review focuses on different scaffold production techniques and polymer types for tumor model applications in cancer tissue engineering and reports recent studies about in vitro 3D polymeric tumor models including breast, ewing sarcoma, pancreas, oral, prostate and brain cancers.
Seung Mi Choi;Do Young Lee;Yeseon Lim;Seonyeong Hwang;Won Hoon Song;Young Hun Jeong;Sik Yoon
Journal of Life Science
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v.33
no.8
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pp.612-622
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2023
T-cell deficiency may occur in various clinical conditions including congenital defects, cell/organ transplantation, HIV infection and aging. In this regard, the development of artificial thymus has recently been attracting much attention. To achieve this aim, the development of techniques for 3D culture of thymic stromal cells is necessary because thymocytes grown only in a 3D thymic microenvironment can be differentiated fully to become mature, immunocompetent T cells; the same cannot be achieved for thymocytes grown in 2D. This study aimed to develop a nanotechnology-based 3D culture technique using polymeric scaffolds for thymic epithelial cells (TECs), the main component of thymic stromal cells. Scanning electron microscopic observation revealed that the pores of both PCL and PCL/PLGA scaffolds were filled with TECs. Interestingly, TECs grown in 3D on polydopamine-coated scaffolds exhibited enhanced cell attachment and proliferation compared to those grown on non-coated scaffolds. In addition, the gene expression of thymopoietic factors was upregulated in TECs cultured in 3D on polydopamine-coated scaffolds compared to those cultured in 2D. Taken together, the results of the present study demonstrate an efficient 3D culture model for TECs using polymeric scaffolds and provide new insights into a novel platform technology that can be applied to develop functional, biocompatible scaffolds for the 3D culture of thymocytes. This will eventually shed light on techniques for the in vitro development of T cells as well as the synthesis of artificial thymus.
Ji-Hye Jung;Se-Ran Yang;Woo Jin Kim;Chin Kook Rhee;Seok-Ho Hong
Tuberculosis and Respiratory Diseases
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v.87
no.1
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pp.52-64
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2024
Chronic respiratory diseases such as idiopathic pulmonary fibrosis, chronic obstructive pulmonary disease, and respiratory infections injure the alveoli; the damage evoked is mostly irreversible and occasionally leads to death. Achieving a detailed understanding of the pathogenesis of these fatal respiratory diseases has been hampered by limited access to human alveolar tissue and the differences between mice and humans. Thus, the development of human alveolar organoid (AO) models that mimic in vivo physiology and pathophysiology has gained tremendous attention over the last decade. In recent years, human pluripotent stem cells (hPSCs) have been successfully employed to generate several types of organoids representing different respiratory compartments, including alveolar regions. However, despite continued advances in three-dimensional culture techniques and single-cell genomics, there is still a profound need to improve the cellular heterogeneity and maturity of AOs to recapitulate the key histological and functional features of in vivo alveolar tissue. In particular, the incorporation of immune cells such as macrophages into hPSC-AO systems is crucial for disease modeling and subsequent drug screening. In this review, we summarize current methods for differentiating alveolar epithelial cells from hPSCs followed by AO generation and their applications in disease modeling, drug testing, and toxicity evaluation. In addition, we review how current hPSC-AOs closely resemble in vivo alveoli in terms of phenotype, cellular heterogeneity, and maturity.
Choi, Dong Jin;Park, Sang Jun;Gu, Bon Kang;Kim, Young-Jin;Chung, Seok;Kim, Chun-Ho
Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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v.67
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pp.388-395
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2018
Significant efforts have been applied toward fabricating three-dimensional (3D) scaffolds using 3D-bioprinting tissue engineering techniques. Gelatin has been used in 3D-bioprinting to produce designed 3D scaffolds; however, gelatin has a poor printability and is not useful for fabricating desired 3D scaffolds using 3D-bioprinting. In this study, we fabricated pore size controlled 3D gelatin scaffolds with two step 3D-bioprinting approach: a low-temperature ($-10^{\circ}C$) freezing step and a crosslinking process. The scaffold was crosslinked with 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide hydrochloride (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS). The pore sizes of the produced 3D gelatin scaffolds were approximately 30% smaller than the sizes of the designed pore sizes. The surface morphologies and pore sizes of the 3D gelatin scaffolds were confirmed and measured using scanning electron microscopy (SEM). Human dermal fibroblasts (HDFs) were cultured on a 3D gelatin scaffold to evaluate the effect of the 3D gelatin scaffold pore size on the cell proliferation. After 14 days of culture, HDFs proliferation throughout the 3D gelatin scaffolds prepared with more than $580{\mu}m$ pore size was approximately 14% higher than proliferation throughout the 3D gelatin scaffold prepared with a $435{\mu}m$ pore size. These results suggested that control over the 3D gelatin scaffold pore size is important for tissue engineering scaffolds.
Kim Soon Hee;Yun Sun Jung;Jang Ji Wook;Kim Moon Suk;Khang Gilson;Lee Hai Bang
Polymer(Korea)
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v.30
no.1
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pp.14-21
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2006
Tissue engineering techniques require the use of a porous biodegradable/bioresorbable scaffold, which server as a three-dimensional template for initial cell attachment and subsequent tissue formation in both in vitro and in vivo. Small intestinal submucosa (SIS) has been investigated as a source of collagenous tissue with the potential to be used as biomaterials because of its inherent strength and biocompatibility. SIS-loaded poly(L-lactide-co-glicolide)(PLGA) scaffolds were prepared by solvent casting/particle leaching. Characterizations of SIS/PLGA scaffold were carried out by SEM, mercury porosimeter, and so on. Muscle-derived stem cells can be differentiated in culture into osteoblasts, chondrocytes, and even myoblasts by the controlling the culture environment. Cellular viability and proliferation were assayed by 3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium-bromide(MTT) test. Osteogenic differential cells were analyzed by alkaline phosphatase(ALP) activity. SIS/PLGA scaffolds were implanted into the back of athymic nude mouse to observe the effect of SIS on the osteoinduction compared with controlled PLGA scaffolds. Thin sections were cut from paraffin embedded tissues and histological sections were conducted hematoxylin and eosin (H&E), Trichrome, and von Kossa. We observed that bone formatioin of SIS/PLGA hybrid scaffold as natural/synthetic scaffold was better thean that of only PLGA scaffold. It canb be explained that SIS contains various kinds of bioactive molecules for osteoinduction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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