Jin, Soojung;Oh, You Na;Son, Yu Ri;Kwon, Boguen;Park, Jung-ha;Gang, Min jeong;Kim, Byung Woo;Kwon, Hyun Ju
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.32
no.2
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pp.238-247
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2022
Since the skin covers most surfaces of the body, it is susceptible to damage, which can be fatal depending on the degree of injury to the skin because it defends against external attack and protects internal structures. Various types of artificial skin are being studied for transplantation to repair damaged skin, and recently, the production of replaceable skin using three-dimensional (3D) bioprinting technology has also been investigated. In this study, skin tissue was produced using a 3D bioprinter with human skin cell lines and cells extracted from mouse skin, and the printing conditions were optimized. Gelatin was used as a bioink, and fibrinogen and alginate were used for tissue hardening after printing. Printed skin tissue maintained a survival rate of 90% or more when cultured for 14 days. Culture conditions were established using 8 mM calcium chloride treatment and the skin tissue was exposed to air to optimize epidermal cell differentiation. The skin tissue was cultured for 14 days after differentiation induction by this optimized culture method, and immunofluorescent staining was performed using epidermal cell differentiation markers to investigate whether the epidermal cells had differentiated. After differentiation, loricrin, which is normally found in terminally differentiated epidermal cells, was observed in the cells at the tip of the epidermal layer, and cytokeratin 14 was expressed in the lower cells of the epidermis layer. Collectively, this study may provide optimized conditions for bioprinting and keratinization for three-dimensional skin production.
Previously we observed that human adipose-derived stem cells (hADSCs) could form aggregation during culture in the presence of human serum (HS). In the present study, we have examined if the aggregation might result from the cell migration and analyzed the difference of cell adhesivity after culture in various conditions. When cells were cultured in fetal bovine serum (FBS) alone, there was no morphological change. Similarly, cells pretreated with FBS for 1 day or cultured in a mixture of FBS and HS showed little change. In contrast, cells cultured in HS alone exhibited formation of cell-free area (spacing) and/or cell aggregation. When cells cultured in FBS or pretreated with FBS were treated with 0.06% trypsin, almost cells remained attached to the dish surfaces. In contrast, when cells cultured in HS alone were examined, most cells detached from the dish by the same treatment. Treatment of cells with forskolin, isobutylmethyl xanthine (IBMX) or LY294002 inhibited the formation of spacing whereas H89 or Y27632 showed little effect. When these cells were treated with 0.06% trypsin after culture, most cells detached from the dishes as cells cultured in HS alone did. However, cells treated with IBMX exhibited weaker adhesivity than HS alone. Based on these observations, it is suggested that HS treatment might decrease the adhesivity and induce three-dimensional migration of hADSCs, in the latter of which cAMP signaling could be involved.
Pineal organs of poikilotherm vertebrates transform the environmental light information into a humoral message and a neuronal activity. The former is melatonin, and the latter is modulation of the impulse in ganglion cells. The ganglion cells are physiologically classified into luminosity (achromatic) type and chromatic one, as the neural activity is modulated in two ways. We attempted to classify the pineal ganglion cells with morphological characteristics by means of the three- dimensional reconstruction method. In the pineal ganglion cells of river lamprey, there are two different features, oval and spherical. For comparison of their projection region in the brain, the tracing investigation was also carried out. The application of the neural tracer near mesencephalic tegmentum showed that only oval-shaped ganglion cells were labeled in the pineal organ. These results suggest that the oval-shaped ganglion cell is functionally different from the spherical one.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.29
no.4
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pp.249-256
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2003
The lack of sufficient oral mucosa available for intra-oral reconstruction has been dealt with by the use of skin or oral mucosa grafts harvested from donor sites but grafts requires more than one surgical procedures and could cause donor site morbidity. Many investigators have attempted to increase available soft tissue by tissue engineered skin or oral mucosa replacements for clinical applications. But, reconstructed mucosa by several methods have low physical properties such as rolling and contraction. The aims of this study were to develope an in vitro experimental model that maintains an epithelial-mesenchymal interaction by organotypic raft culture, and to characterize biologic properties of three-dimensionally cultured oral mucosa embedded with Polydioxanone mesh by histological and immunohistochemical analysis. The results were as follows; 1. Oral mucosa reconstructed by three-dimensional organotypic culture revealed similar morphologic characteristics to equvalent normal oral mucosa in the point that they show stratification and differentiation. 2. The expression of cytokeratin 10/13 and involucrin in the cultured tissue showed the same pattern with normal oral mucosa suggesting that organotypic co-culture condition is able to induce cellular differentiation. 3. After insertion of polydioxanone mesh, increased tensile strength were observed. These results suggest that three-dimensional organotypic co-culture of the oral mucosa cell lines with the dermal equvalent consisting type I collagen and fibroblasts reproduce the morphologic and immunohistochemical characteristics similar to those in vivo condition. And increased physical properties by use of polydioxanone mesh will helpful for clinical applications.
As a major component of the epidermal tissue, a primary keratinocyte has served as an essential tool not only for the study of pathogenesis of skin-related diseases but also for the assessment of potential toxicities of various chemicals used in cosmetics. However, its short lifespan in ex vivo setting has been a great hurdle for many practical applications. Therefore, a number of immortalization attempts have been made with success to overcome this limitation. In order to understand the immortalization process of a primary keratinocyte, several key biological phenomena governing its lifespan will be reviewed first. Then, various immortalization methods for the establishment of stable keratinocyte cell lines will be explained. Finally, its application to a three-dimensional skin culture system will be described.
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).
Skeletal muscle is now regarded as an endocrine organ based on its secretion of myokines and exerkines, which, in response to metabolic stimuli, regulate the crosstalk between the skeletal muscle and other metabolic organs in terms of systemic energy homeostasis. This conceptual basis of skeletal muscle as a metabolically active organ has provided insights into the potential role of physical inactivity and conditions altering muscle quality and quantity in the development of multiple metabolic disorders, including insulin resistance, obesity, and diabetes. Therefore, it is important to understand human muscle physiology more deeply in relation to the pathophysiology of metabolic diseases. Since monolayer cell lines or animal models used in conventional research differ from the pathophysiological features of the human body, there is increasing need for more physiologically relevant in vitro models of human skeletal muscle. Here, we introduce recent studies on in vitro models of human skeletal muscle generated from adult myogenic progenitors or pluripotent stem cells and summarize recent progress in the development of three-dimensional (3D) bioartificial muscle, which mimics the physiological complexity of native skeletal muscle tissue in terms of maturation and functionality. We then discuss the future of skeletal muscle 3D-organoid culture technology in the field of metabolic research for studying pathological mechanisms and developing personalized therapeutic strategies.
Iyer, Kritika;Chen, Zhuo;Ganapa, Teja;Wu, Benjamin M.;Tawil, Bill;Linsley, Chase S.
Tissue Engineering and Regenerative Medicine
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v.15
no.6
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pp.721-733
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2018
BACKGROUND: Because three-dimensional (3D) models more closely mimic native tissues, one of the goals of 3D in vitro tissue models is to aid in the development and toxicity screening of new drug therapies. In this study, a 3D skin wound healing model comprising of a collagen type I construct with fibrin-filled defects was developed. METHODS: Optical imaging was used to measure keratinocyte migration in the presence of fibroblasts over 7 days onto the fibrin-filled defects. Additionally, cell viability and growth of fibroblasts and keratinocytes was measured using the $alamarBlue^{(R)}$ assay and changes in the mechanical stiffness of the 3D construct was monitored using compressive indentation testing. RESULTS: Keratinocyte migration rate was significantly increased in the presence of fibroblasts with the cells reaching the center of the defect as early as day 3 in the co-culture constructs compared to day 7 for the control keratinocyte monoculture constructs. Additionally, constructs with the greatest rate of keratinocyte migration had reduced cell growth. When fibroblasts were cultured alone in the wound healing construct, there was a 1.3 to 3.4-fold increase in cell growth and a 1.2 to 1.4-fold increase in cell growth for keratinocyte monocultures. However, co-culture constructs exhibited no significant growth over 7 days. Finally, mechanical testing showed that fibroblasts and keratinocytes had varying effects on matrix stiffness with fibroblasts degrading the constructs while keratinocytes increased the construct's stiffness. CONCLUSION: This 3D in vitro wound healing model is a step towards developing a mimetic construct that recapitulates the complex microenvironment of healing wounds and could aid in the early studies of novel therapeutics that promote migration and proliferation of epithelial cells.
Aggregates of specific cells are often regarded as better from in artificial organs and mammalian cell bioreactors in terms of cell-specific functionality. In this study, the morphology and liver specific functions of freshly harvested primary rat hepatocytes, which were cultivated as spheroids and entrapped in a synthetic thermo-reversible extracellular matrix, were examined and compared to a control (hepatocytes in single cell form). A copolymer of N-isopropylacrylamide(98 mole % in feed) and acrylic acid (poly (NiPAAm-co-AAC)), a thermo- reversible copolymer gel ma- trix, was used to entrap hepatocytes either in spheroids or single cells. During a 7-day culture pe-riod, the spheroids maintained higher viability and produced albumin and urea at a relatively con-stant rate, while, the single cell culture showed a slight increase in cell numbers and a reduction in albumin secretion Hepatocytes cultrured as spheroids present a potentially useful three-dimensional cell culture system for application in bioartificial liver device.
The nematode-trapping process by Arthrobotrys conoides was investigated with the aid of scanning and transmission electron microscopy. 1. A. conoides captures nematode by means of three-dimensional network. 2. The wall of trap cell was thicker than that of vegetative hypha and the trap cell was more rich in cell organelles such as endoplasmic reticulum, mitochondria and electrondense granule. 3. The electron-dense granule, which could be found only in trap organs, gradually disappeared during its penetration into nematode cuticle. 4. The osmiophilic area was found at adhering site between the trap organ and nematode cuticle. 5. In some cases, any appressorium was not found at the site of penetration. 6. When the fungal-nematode culture was conserved for 2~3 weeks, numerous young nematodes were found to be adhered to spores, resulting in death.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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