Bencherif, Sidi A.;Braschler, Thomas M.;Renaud, Philippe
Journal of Periodontal and Implant Science
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제43권6호
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pp.251-261
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2013
A paradigm shift is taking place in medicine and dentistry from using synthetic implants and tissue grafts to a tissue engineering approach that uses degradable porous three-dimensional (3D) material hydrogels integrated with cells and bioactive factors to regenerate tissues such as dental bone and other oral tissues. Hydrogels have been established as a biomaterial of choice for many years, as they offer diverse properties that make them ideal in regenerative medicine, including dental applications. Being highly biocompatible and similar to native extracellular matrix, hydrogels have emerged as ideal candidates in the design of 3D scaffolds for tissue regeneration and drug delivery applications. However, precise control over hydrogel properties, such as porosity, pore size, and pore interconnectivity, remains a challenge. Traditional techniques for creating conventional crosslinked polymers have demonstrated limited success in the formation of hydrogels with large pore size, thus limiting cellular infiltration, tissue ingrowth, vascularization, and matrix mineralization (in the case of bone) of tissue-engineered constructs. Emerging technologies have demonstrated the ability to control microarchitectural features in hydrogels such as the creation of large pore size, porosity, and pore interconnectivity, thus allowing the creation of engineered hydrogel scaffolds with a structure and function closely mimicking native tissues. In this review, we explore the various technologies available for the preparation of macroporous scaffolds and their potential applications.
The goal of this research is to compare the metal binding characteristics of an anoxic selector activated sludge system and a conventional activated sludge system. Metal biosorption by biomass harvested from experimental systems was determined by a series of batch experiments. Heavy metals studied in this research were zinc, cadmium, and nickel. The sorption isotherm showed that the selector sludge had significantly higher sorption capacity than did the control sludge. Metal biosorption behavior closely followed a Freundlich isotherm model for equilibrium concentrations. ECP contents of biomass estimated by alkali extraction technique showed that ECP levels in the selector sludge significantly higher than that in the sludge harvested from the conventional system, indicating that the higher metal sorption capacity of selector sludge may be due to the selection of the ECP-producing bacteria (i.e., Zoogloea sp.) by the selector system.
To evaluate the effect of reed population on the distribution and activities of microorganisms, vertical distribution of heterotrophic bacteria, degradation rate of cellulose, extracellular aminopeptidase activity (APA) and metabolic diversity based on GN2 Microlog plate were measured at two salt marsh stations in Hogok-ri, Namyang Bay, west coast of Korea. The number of heterotrophic bacteria at station 1 (reed population inhabited area) showed 2 to 6 times higher than that of station 2 (exposed area) with exception in the surface layer. Cellulose degradation rates in station 1 showed more than 50%. month-I and higher than that of station 2 (10.2 to 38.4%. $month^{-1}$). Yet the APA at two stations did not show difference except surface layer and suggested that APA might not be a significant factor in degrading marsh plant debris. Lipid class compounds, cell wall polymers and L-alanine were widely used by microorganisms. The number and activities of bacterial populations especially concerned in plant debris degradation seemed to be stimulated by the reed communities.
Productivity of secreted recombinant protein depends largely on its stability in the extracellular environment with protease. Most hGM-CSF produced by transgenic tobacco cell cultures and secreted to the medium was confirmed to be rapidly degraded by protease in medium. To increase the productivity, therefore, various protein stabilizers such as gelling agents such as carrageenan and alginate, polymers, polyols, and amino acids have been tested. The stability of hGM-CSF in spent medium without cells was improved by the presence of gelling agents. However, the reason for the enhanced production by the addition of gelling agents may be due to the increased expression level and permeability rather than stability. The addition of DMSO inhibited the cell growth, but improved specific yield. The others were not effective for stability as well as hGM-CSF production.
Controlling cell-matrix interactions is critical in regulating cell phenotypes for tissue engineering applications. Cellular adhesion to synthetic extracellular matrices (ECMs) can be enhanced by introduction of adhesion ligands to the matrices. We tested the hypothesis that biophysical cues such as ligand organization in synthetic ECMs play an important role in modulating cell responses to the microenvironment. To investigate and monitor cell-matrix interactions, we used a fluorescence resonance energy transfer (FRET) technique with cell-interactive polymers generated by conjugating a peptide with the sequence of arginine-glycine-aspartic acid (RGD) to alginate hydrogels.
Hepatocytes, the major epithelial cells of the liver, maintain their morphology in culture dishes coated with extracellular matrix (ECM) components such as collagen and fibronectin or biodegradable polymers (e.g. chitosan, gelatin). In these coated dishes, survival of cells and maintaining of liver-specific functions may increase. The aim of this study was to determine a suitable, cost-effective and simple system for hepatocyte isolation and culture which may be useful for various applications such as in vitro toxicology studies, hepatocyte transplantation and bioartificial liver (BAL) systems. In order to obtain primary cultures, hepatocytes were isolated from liver by an enzymatic method and cultured on plates coated with collagen, chitosan or gelatin. Collagen, gelatin-sandwich and gelatin-cell mixture methods were also evaluated. Morphology and attachment of the cells were observed by inverted microscope and scanning electron microscope (SEM). An MTT assay was used to determine cell viability and mitochondrial activity.
BACKGROUND: Cartilage tissue engineering (CTE) aims to obtain a structure mimicking native cartilage tissue through the combination of relevant cells, three-dimensional scaffolds, and extraneous signals. Implantation of 'matured' constructs is thus expected to provide solution for treating large injury of articular cartilage. Type I collagen is widely used as scaffolds for CTE products undergoing clinical trial, owing to its ubiquitous biocompatibility and vast clinical approval. However, the long-term performance of pure type I collagen scaffolds would suffer from its limited chondrogenic capacity and inferior mechanical properties. This paper aims to provide insights necessary for advancing type I collagen scaffolds in the CTE applications. METHODS: Initially, the interactions of type I/II collagen with CTE-relevant cells [i.e., articular chondrocytes (ACs) and mesenchymal stem cells (MSCs)] are discussed. Next, the physical features and chemical composition of the scaffolds crucial to support chondrogenic activities of AC and MSC are highlighted. Attempts to optimize the collagen scaffolds by blending with natural/synthetic polymers are described. Hybrid strategy in which collagen and structural polymers are combined in non-blending manner is detailed. RESULTS: Type I collagen is sufficient to support cellular activities of ACs and MSCs; however it shows limited chondrogenic performance than type II collagen. Nonetheless, type I collagen is the clinically feasible option since type II collagen shows arthritogenic potency. Physical features of scaffolds such as internal structure, pore size, stiffness, etc. are shown to be crucial in influencing the differentiation fate and secreting extracellular matrixes from ACs and MSCs. Collagen can be blended with native or synthetic polymer to improve the mechanical and bioactivities of final composites. However, the versatility of blending strategy is limited due to denaturation of type I collagen at harsh processing condition. Hybrid strategy is successful in maximizing bioactivity of collagen scaffolds and mechanical robustness of structural polymer. CONCLUSION: Considering the previous improvements of physical and compositional properties of collagen scaffolds and recent manufacturing developments of structural polymer, it is concluded that hybrid strategy is a promising approach to advance further collagen-based scaffolds in CTE.
Psudomonas sp. RY-1이 생성하는 extracellular depolymerase system을 이용하여 단위체의 결가지에 서로 다른 탄소 길이와 불포와기를 함유하는 medium-chain-length polyhdroxyalkanoates (MCL-PHAs)의 생분해도를 시럼실 조건에서 조사하였다. 생분애도는 평파내지에서의 clear zone 형성, 효소 처리에 의한 고분자 현탁액의 탁도 감소 및 호흡량의 경시적 변화로 측정하였다. Pseudomonas sp. RY-1은 MCL-PHA depolymerase의 생성을 통하여 조사된 모든 종류의 MCl-PHAs를 분해할 수 있었으나, 이 효소의 생성은 쉽게 이용될수 있는 이차기질에 의해 저해받는 것으로 나타났다. MCl-PHAs의 분해율이 단위체의 탄소수가 홀수개로 구성된 고분자에 비하여 보다 높았다. 곁가지에 분포화기를 함유한 MCl-PHAs는 불포화기를 갖지 아니하는 고분자에 비하여 분해가 빠르게 이루어졌으며, 이들의 분해는 고분자의 결정화도와 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다.
자류철석 표면에 부착한 고온성박테리아들과 이차 생성물을 전자현미경분석을 통하여 조사하였다. 일본 산성 온천수에서 채취된 고온성박테리아를 자류철석에 $42^{\circ}C$, $52^{\circ}C$, $62^{\circ}C$에 각각 접종하였다. 반응된 자류철석 표변에는 2차 생성물과 막대 모양의 박테리아들이 각각 부착하여 나타났다. 자류철석 표면에 부착한 박테리아들의 크기는 $0.4{\times}1.5{\mu}m$에서 $0.3{\times}11.9{\mu}m$ 범위였다. 박테리아들은 세포외중합체물질을 생성하는 것으로 관찰되었으며 이들 세포외중합체물질의 기능은 극한 환경으로부터 박테리아 자신을 보호하는 보호막 역할을 하는 것으로 추정되었다. 원소 황, 철수산화물, S와 Fe로 구성된 결정들, 그리고 O, P, Fe 결정들이 2차 생성물로 관찰되었다.
The structural components of microorganism are quite related to the toxin and environmental conditions. The vegetative and dormant cells are quite affected by the physical and chemical environments to survive and they will be dormant when they are in the extreme environment. The mechanism to activate the microorganisms however, is not well defined yet in the area of activation state and sporulation state through the analysis of EPS. Other than that even the main mechanism of prior to acquisition of analysis values is not well understood. Therefore, what kind of specific environment to affect the activation and sporulation will be discussed through the analysis of the extracellular polymeric substances(EPS). EPS are a high molecular weight mixture of polymers presenting both outside of cells and interior of microbial aggregates. They are a major complex materials in microbial aggregation for sustaining them together in a three dimensional matrix. Three commonly used extraction methods were applied to this study their effectiveness and quantification in extracting EPS from several Bacillus microorganisms and activated sludge. Three extraction methods used for this study are regular centrifugation with formaldehyde (RCF), Steaming, and EDTA extraction. The results of EPS contents such as the quantitative proteins, carbohydrates and the ratio of protein versus carbohydrate from the several species with the several specific methods showed in this research. This study aims to get comparable results of the quantitative production of EPS and the effectiveness of sedimentation for Bacillus microorganisms and activated sludge from several wastewater treatment plans. The results revealed that the protein amount extracted was the highest by the Steaming method of three extraction methods before sporulation and the carbohydrate amount extracted was the highest by the RCA method of three extraction methods after sporulation. The higher amount of protein compared with carbohydrate from Bacillus microorganisms affected higher sedimentation efficiency, however it could not be found the relation between the EPS production and sedimentation efficiency for the activated sludge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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