As the first stage of development of an artificial skin, fibroblasts were cultured in the collagen matrices to make a living dermal equivalent. Mouse embryonic fibroblasts were incorporated into a collagen matrices on plastic dishes containing concentrated DMEM culture media supplemented with sodium bicarbonate, hepes, antibiotics and fetal bovine serum. As the growth stimulation components, glycosaminoglycans were added: hyaluronic acid, chondroitin sulfate, heparin, chitosan were incorporated into the media at a concentration of either 1% or 5% w/w/ to collagen in order to investigate the effect on development of dermal equivalent. After the few days of incubation, gel matrics were contracted and firm dermal equivalent were formed. And the keratinocytes were cultured on top of dermal equivalent and make a three dimensional artificial skin tissue.
Lee, Dong Hyuck;Youn, Jin Chul;Lee, Jung Hee;Kim, In Seop
KSBB Journal
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v.29
no.1
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pp.42-49
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2014
The aim of this study was to develop a composite human skin equivalent for wound healing. Collagen type1 and acellular dermal matrix powder were utilized as the scaffold with dermal fibroblasts and keratinocytes for the development of a composite human skin equivalent. Fibroblast maintained the volume of composite skin equivalent and also induced keratinocytes to attach and proliferate on the surface of composite skin equivalent. The composite human skin equivalent had a structure and curvature similar to those of real skin. Balb-C nu/nu mice were used for the evaluation of full-thickness wound healing effect of the composite human skin equivalent. Graft of composite skin equivalent on full-thickness wound promoted re-epithelialization and granulation tissue formation at 9 days. Given the average wound-healing time (14 days), the wound in the developed composite skin equivalent healed quickly. The overall results indicated that this three-dimensional composite human skin equivalent can be used to effectively enhance wound healing.
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.26
no.1
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pp.59-80
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2000
본 연구는 dermal equivalent를 이용하여 AHA류(lactic acid, glycolic acid, citric acid 및 malic acid) 및 보습 원료(sodium hyaluronate, glycerine, natural carbohydrate complex)에 대한 wound healing 효과 및 그 기작을 알아보기 위한 것이다. AHA류 및 보습 원료의 독성은 dermal equivalent를 이용하여 m assay를 실시한 후 적정 농도를 petri dish위에 조성한 dermal equivalent에 처리하였다. 그리고 wound healing 효과를 알아보기 위하여 collagen 수축률을 측정하였다. 또한 collagen 합성을 촉진하는 것으로 잘알려진 vitamin C도 함께 처리하였다. AHA류의 경우 평균 pH 2-3으로 매우 낮기 때문에 4N NaOH를 이용하여 pH를 6-7사이로 조절한 sample를 함께 실험하였다. 보습 원료의 경우 전반적으로 10% 이상의 높은 NR$_{50}$보여 주었다. 특히 sodium hyaluronate(1% stock solution)의 경우에는 16% NR$_{50}$를 보여 주었다. pH를 6-7로 조절한 AHA류의 경우에는 전반적으로 0.6% 내외의 NR$_{50}$를 보이는 가운데 lactic acid는 상대적으로 높은2% NR$_{50}$를 보여 주었다. Collagen 수축률 측정 실험 결과에서는 2% sodium hyaluronate(1% stock solution)가 대조군에 비하여 처리 후 2일째 25%내외의 향상된 수축률을 보여 주었다. pH를6-7로 조절한 AHA류 중 0.1%의 malic acid의 경우에서는 대조군에 비하여 처리 후 1일째 및 2일째 각각 28% 및 35%의 수축률을 보여 주었으며 pH를 6-7로 조절한 0.1% vitamin C에서도 유사한 결과를 보여 주었다. 반면에 pH를 6-7로 조절한 0.1% citric acid의 경우에는 10-20%의 낮은 수축률을 보여 주었다. MTT assay를 이용한 UV 조사 후 pH를 6-7로 조절한 AHA류의 repairing UV damage 효과에 대한 실험에서 0.1% 및 0.01%의 malic acid와 0.01% citric acid은 irradiation control에 비하여 약 10% 이상 세포수를 증가시켰다. 그러나 예외적으로 citric acid의 경우 0.1% 농도에서 오히려 20%내외로 세포수가 감소되는 경향을 보여주었다. 그리고 lactic acid 및 glycolic acid는 두드러지는 효과를 나타내지 않았다. Collagen 합성을 측정 실험에서는 pH를 6-7로 조절한 AHA류에서는 대조군에 비하여 상대적으로 12-19% 더 합성을 촉진하였다. 반면에 pH가 2-3인 AHA류의 경우에는 대조 군과 유사하거나 조금 낮은 합성율을 보여 주었다.
We developed a dermal equivalent (DE) which was engineered using human dermal fibroblasts and a matrix of collagen gel. The in vitro construction of the DE was accomplished by casting a porcine collagen type I solution plus concentrated medium with isolated and cultured fibroblasts. These constructs were attached to culture dishes or left floating in culture medium. Contraction of attached gels results in decreased gel thickness without a change in gel diameter, and contraction of floating gels results in decreased gel thickness and diameter. After contraction, there was no increase in cell number in floating gels, but cells in attached gels began to increase after about 4 days of the lag phase in cell growth curve. At this lag phase, addition of fibroblast growth factor (FGF) at a concentration of $0.1{\mu}$/ml promoted cell proliferation in the attached collagen gels, but no effect in floating gels. These results indicate that the method of contraction had an influence on the extracellular matrix (ECM) organization, and this influenced not only cell growth but also fibroblast responsiveness to FGF. This suggests that attached collagen gel is more suitable as a dermal equivalent than the floating gel. And the final contracted area of attached gel is much larger than that of the floating gel since floating gel is contracted in all directions but attached gel is contracted only vertically.
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.25
no.2
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pp.59-75
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1999
Skin is continuously exposed to external stimuli including ultraviolet radiation, which is a major cause of skin photoaging. According to recent discoveries, UVA with a lower energy but deep-penetrating properties, compared to UVB, is likely to play a major part in causing skin photoaging. The clinical and histochemical changes of photoaging are well characterized, but the biochemical mechanisms are poorly understood partly due to the lack of suitable experimental systems. In this work, three-dimensional, reconstituted skin culture models were prepared. After certain period of maturation, the equivalent models were shown to be similar in structure and biochemical characteristics to normal skin. Mature dermal and skin equivalent models were exposed to sub-lethal doses of UVA, and the effects of UVA relevant to dermal photoaging were monitored, including the production of elastin, collagen, collagenase(MMP-1), and tissue inhibitor of metalloproteinases-1 (TIMP-1). Interestingly, dermal and skin equivalents reacted differently to acute and chronic exposure to UVA. Elastin production was increased as soon as one week after commencing UVA irradiation by chronic exposure, although a single exposure failed to do so. This early response could be an important advantage of equivalent models in studying elastosis in photoaged skin. Collagenase activity was increased by acute UVA irradiation, but returned to control levels after repeated exposure. On the other hand, collagen biosynthesis, which was increased by a single exposure, decreased slightly during 5 weeks of prolonged UVA exposure. Collagenase has been thought to be responsible for collagen degeneration in dermal photoaging. However, according to the results obtained in this study, elevated collagenase activity is not likely to be responsible for the degeneration of collagen in dermal photoagig, while reduced production of collagen may be the main reason. It can be concluded that reconstituted skin culture models can serve as useful experimental tools for the study of skin photoaging. These culture models are relatively simple to construct, easy to handle, and are reproducible Moreover the changes of dermal photoaging can be observed within 1-4 weeks of exposure to ultraviolet light compared to 4 months to 2 years for human or animal studies. These models will be useful for biochemical and mechanistic studies in a large number of fields including dermatology, toxicology, and pharmacology.
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.29
no.2
s.43
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pp.105-130
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2003
Human skin equivalents, also designated as cultured skin substitute (Boyce and Warden, 2002) or organotypic co-cultures (Maas-Szabowski et al., 1999, 2000, 2003), are three-dimensional systems that are engineered by seeding fibroblasts into a three-dimensional dermal matrix. Such a dermal equivalent is then subsequently seeded with human keratinocytes. After cell attachment, the culture is kept first under submerged condition to allow keratinocyte proliferation. Thereafter, the culture is lifted the air-liquid interface (A/L) to expose the epidermal compartment to the air, and to further induce keratinocyte differentiation. During the air-exposure, nutrients from the medium will diffuse through the underlying dermal substrate towards the epidermal compartment and support keratinocyte proliferation and differentiation. Under these conditions, a HSE is formed that shows high similarity with the native tissue from which it was derived (Figure 1) (Bell et at., 1981; Boyce et al., 1988; Ponec et al., 1997;El Ghalbzouri et al.., 2002).
The recent development of methods for culturing hair follicles in vitro has proved an important tool to investigate many aspects of drug screening. Hair follicles develop as a result of epithelial-mesenchymal interactions between epidermal keratinocytes and dermal cells. We isolated some follicle cells using explantation and enzymatic digestion method from human scalp hair follicles. So we could culture some follicular cells, such as outer root sheath (ORS) cells, dermal papilla (DP) cells, dermal sheath (DS) cells, matrix cells and melanocytes. To induce hair morphogenesis in vitro the cells were 3-D cultured as skin structures. Moreover, to develop hair follicel organ culture model, we applied dermal equivalent (DE) to culturing hair follicles to expand hair growth period.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.33
no.3
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pp.211-220
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2007
Objective: In organotypic culture of immortalized human oral keratinocytes (IHOK), the change of the growth and differentiation was investigated according to the fibroblast type and the involvement of mitogen-activated protein (MAP) kinase. Materials & Methods: IHOK was cultured three dimensionally with gingival fibroblast (GF), dermal fibroblast (DF) and immortalized gingival fibroblast (IGF). We characterized biologic properties of three dimensionally reconstructed IHOK by histological, immunohistochemical, and Western blot analysis. We also investigated whether MAP kinase pathway was involved in epithelial-mesenchymal interaction by Western blot analysis. Results: The best condition of three dimensionally cultured IHOK was the dermal equivalent consisting of type I collagen and IGF. IGF increased the expression of more proliferating cell nuclear antigen (PCNA), involucrin than GF and DF in response to co-culture with IHOK. Extracellularly regulated kinase (ERK) pathway was activated in organotypic co-culture with IGF. Conclusion: The organotypic co-culture of IHOK with dermal equivalent consisting of type I collagen and IGF resulted in excellent morphologic and immunohistochemical characteristics and involved ERK pathway. The epithelial-mesenchymal interaction was activated according to the fibroblast type.
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.23
no.3
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pp.9-23
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1997
Retinoids are essential regulators of spithelial cell growth and celluar differentiation. They are also known to be effective in photoaging. It was reported that topical application of retinoic acid improves facial wrinkle carsed by collagen synthesis reduction in photodamaged skin. Collagen synthesis by retinoic acid may contribute to the wrinkle effacement. Since celluar retinoic acid binding protein II is slsctively induced in human skin and dermal fibroblasts in vitro by retinoic acid, this response can be used to mesure retinoids potency and activity. In order to know the activity of retinoids and their relations with collagen synthesis, we treated dermal fibroblasts with retinoids for 48 hours at 10-6-10-7M and measured CRABPII mRNA level by quantitative Nortern blotting. We also measured the rate of collagen systhesis by retinoids using 3-dimensional dermal equivalent. CRABPII mRNA level was increased 3-fold by retinoic acid, 2.1-fold by retinol and 1.4-fold by retinaldehyde. Collagen systhesis was increased 34% by all-trans retinioc acid, 26% by retinol, 17% by retinaldehyde and 7% by retinyl palmitate. From the above results, retinoids were found to be a potent indecers of CRABPII mRNA and collagen synthesis. Though retinoic acid was the most effective, its use has been restricted because of the side effects. Instead, retinol can be a best candidate in cosmetics for the treatment of photodamaged skin in terms of efficacy and safety.
Chitosan scaffold is widely applied to drug delivery and tissue engineering. We have developed chitosan scaffolds, with various pore size, by differing freezing temperature and duration of ultraviolet (UV) irradiation, for reconstructing skin equivalent. Chitosan scaffold was coated with type I collagen, fibronectin and basic fibroblast growth factor (bFGF) in various combinations and concentrations, to evaluate the effect of extracellular matrix (ECM) and bFGF on cell adhesion, growth and differentiation of dermal fibroblasts. Human dermal fibroblasts, isolated from newborn foreskin and passaged between 3 and 5, were seeded on the top of scaffolds and cultivated for 2 weeks. We examined the morphology and the secretion of ECM of fibroblasts using scanning electron microsopy (SEM) and histochemistry. A stellate morphology of fibroblasts were seen in all groups. The scaffold coated with either type I collagen and bFGF or type I collagen and fibronectin, however, showed the best condtion of dermal fibroblasts, in that the highest cell number and ECM secretion were seen. On the contrary, scaffolds coated with all three factors, type I collagen, bFGF and fibronectin, showed lower number of cells and ECM secretion than scaffolds with two factors. There was a tendency of dose-dependence in all three factors for fibroblast growth and ECM secretion. In conclusion, we may suggest that chitosan scaffold coated with either type I collagen/bFGF or type I collagen/fibronectin could provide more favorable environment for the growth and differentiation of dermal fibroblasts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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