文摘

本文的目的是确定之间的交互IGF IGFBP, VN猪EOE细胞的调节功能。搪瓷从6个月大的猪器官第三磨牙被分离成单一的上皮细胞和亚文化文化菜肴使用VN IGF-I, IGFBP-3 (IGF-IGFBP-VN复杂)。的亚文化EOE细胞保留ameloblast-related基因表达的能力,通过半定量逆转录-聚合酶链反应如图所示。Amelogenin表达式中检测出亚文化EOE细胞免疫染色。的亚文化EOE细胞然后播种到胶原海绵支架结合新的牙间充质细胞,移植到无胸腺的老鼠。4周后,enamel-dentin-like植入构造复杂的结构出现。这些结果表明,EOE细胞培养IGF-IGFBP-VN复杂分化成ameloblasts-like细胞能够分泌amelogenin enamel-like组织蛋白质和形式在活的有机体内。功能化验表明,gf / IGFBP / VN复杂显著增强猪EOE细胞增殖和组织形成釉质的能力。这是第一次研究证明EOE IGF-IGFBP-VN复杂的细胞功能的作用。这个应用程序的接种技术提供了基础为进一步tooth-tissue工程和改善我们对造釉细胞生物学的理解。

1。介绍

一个常见牙病是龋齿的特定传染病导致局部解体和破坏牙齿的钙化釉质和牙本质。然而,釉质本身不能再生,因为造釉细胞形成的层釉质牙冠后退化完成。因此牙科制定人工材料,模仿搪瓷修复牙釉质的硬度损失,但这可能不是最适当的治疗。因此,新方法的开发工程师自然搪瓷修复搪瓷强烈期望损失。

搪瓷的增长是一个高度复杂的过程,是通过严格监管控制机制。许多生长因子参与搪瓷发展已被证明与细胞外基质(ECM)的组成部分。生长因子可以调节扩散,决心和enamel-lineage细胞表型的分化。ECM和生长因子之间的相互作用被认为是一个重要的搪瓷发展的调制器。然而,许多这些交互背后的机制尚不清楚。

胰岛素样生长因子(IGF)家庭由两个生长因子,IGF-I IGF-II,促有丝分裂的多肽生长因子。他们参与各种各样的生物功能包括开发(1),细胞增殖和分化2,3),DNA合成(4,5),以及胰岛素样作用包括参与脂肪代谢(1]。互联网管理论坛家庭是严格监管由两个IGF受体(IGF-IR和IGF-IIR),六IGF结合蛋白(IGFBP-1 IGFBP-6),和多个IGFBP蛋白酶(1,6,7]。IGF-I和IGF-II及其相应受体的表达在釉质发生在大鼠切牙(8]。家庭与IGF enamel-related蛋白质的分泌在啮齿动物的牙齿9),而且,IGF-I刺激细胞增殖Hertwig上皮根鞘的鼠标摩尔(10]。

Vitronectin (VN)是一种多功能75 kDa糖蛋白高度丰富的血液和众多组织和形式ECM的重要组成部分11]。VN扮演着一个重要的角色在不同的细胞过程,包括细胞迁移,细胞依附,细胞扩散,止血,都是通过介导的αv整合蛋白(αvβ3αvβ5受体识别一个Arg-Gly-Asp RGD序列)毗邻蛋白质的n端(12- - - - - -15]。VN还参与免疫防御系统通过其与终端交互复杂的补充(16]。有人建议,VN结合生长因子包括表皮生长因子和纤维母细胞生长因子(17,18),肝细胞生长因子,IGF-II [19],IGF-I(通过IGFBPs) (20.]。这些交互的功能意义已经确认通过观察在体外细胞反应文化盘子用VN预处理和IGF (21,22],VN修改的能力在平滑肌细胞IGF行动[也得到了证实12]。后续研究表明,IGFBP-3,提高IGF-I绑定VN形成heterotrimeric复杂组成的igf - 1, IGFBP-3和VN (IGF-IGFBP-VN) [20.,23,24)和复杂导致增强的功能反应(20.,21]。然而,没有报告enamel-lineage IGF-IGFBP-VN复杂的细胞,牙釉质organ-derived上皮细胞(EOE)。

本研究因此检查的方法是否绑定IGF和IGFBP VN-coated文化菜会有效地培养EOE细胞为了生产搪瓷用组织工程方法。采用这种策略,以更准确地反映了在活的有机体内细胞环境(而不是IGF的作用和在溶液中IGFBP)中生长因子“捕获”ECM蛋白质参与协调matricellular信号(25]。环境显著增强细胞增殖和维护主EOE细胞的表型。此外,EOE细胞培养IGF-IGFBP-VN-coated盘子,结合初级牙髓细胞,能够增加新的enamel-like组织。本研究的第一个研究证明IGF-I的关键作用,IGFBP-3, VN EOE细胞。

2。材料和方法

2.1。隔离和猪EOE细胞的亚文化

EOE细胞准备如前所述[26,27]。短暂,影响第三臼齿收获下颚的6个月大的猪。牙齿硬组织被断开后,釉质器分开了牙髓治疗dispase II (Goudou Syuzei,东京,日本),然后机械地孤立。和光,切碎的釉质器是用胶原酶治疗(kouichi大阪,日本)在汉克的平衡盐溶液(表达载体,生活技术,纽约)。细胞经过70年发布μ正欲m细胞过滤器(& Co .,富兰克林湖,新泽西州),然后被杜尔贝科修改鹰的培养基培养(DMEM)含10%胎牛血清(的边后卫;英杰公司)低于10%有限公司2在空气中7天。

混合细胞群EOE细胞和牙科卵泡细胞中观察到的主要文化。然后,孤立的上皮细胞间充质细胞,媒介是取代LHC-9介质(Biofluids,马里兰州贝塞斯达)没有达到细胞群后的边后卫融合(26]。10%股份有限公司下的细胞培养22周的时间,在此期间的大部分污染牙科卵泡细胞消失,只留下形态可识别的上皮细胞。上皮细胞使胰蛋白酶化,接种到指定的培养皿中( 细胞/厘米2)。完成中基于最小必不可少的αmem(表达载体)补充5%的边后卫,胰岛素(5.0μ转铁蛋白(5 g / mL)μg / mL)、三碘甲状腺氨酸( 米)、霍乱毒素( 米)、氢化可的松(0.5μg / mL)、表皮生长因子(0.1μg / mL),青霉素(1000 U /毫升),链霉素(1毫克/毫升)和两性霉素B (2.5μg / mL)应用于随后的亚文化。培养细胞观察通过相差显微镜检查显示天。

2.2。绑定IGF-I和IGFBP-3 VN (IGF-IGFBP-VN)

检查在EOE IGF-IGFBP-VN细胞的影响,文化板块与VN一夜之间进行预处理(150 ng /厘米2;组织疗法,澳大利亚布里斯班)前添加生长因子包括IGF-I (50 ng /厘米2;组织疗法)和IGFBP-3 (150 ng /厘米2;组织疗法),根据协议(19,28),每个治疗通常在4°C一夜之间执行。所有试剂都是准备在无血清培养基。相比之下,聚苯乙烯(PS)或胶原蛋白类型-我(Col-I)涂布菜(正欲& Co .)被用来评估细胞的生长和分化。

2.3。测量细胞生长

1号和2号通道EOE细胞的生长IGF-IGFBP-VN-coated菜是检查与PS相比,和Col-I菜。亚文化EOE镀细胞的密度5×103细胞/毫升到6-well IGF-IGFBP-VN、PS和Col-I文化板块。EOE细胞在每个计算使用WST-8工具包(细胞计数Kit-8;Dojindo实验室、熊本、日本)。计算技术采用四唑盐,产生一个高度水溶性甲瓒染料。1小时后孵化的试剂根据制造商的指示,相对细胞数量测定吸光度的测量光的波长450 nm 1天,10日和25(型号650标;Bio-Rad实验室、大力神、CA)。实验在细胞生长进行了一式三份。

统计分析使用Mann-whitney U测试执行与Bonferroni调整。提出了数据的平均值±标准偏差三个独立的实验。一个显著差异( )之间的配对条件由星号表示数据。

2.4。RNA制备和半定量逆转录-聚合酶链反应(rt - pcr)分析

细胞总RNA从nonserum主要细胞培养基纯化了10天,亚文化细胞在10天之后首次通过从三个样本,使用试剂盒试剂(英杰公司)根据制造商的指示。1的互补脱氧核糖核酸合成 使用上标III核糖核酸酶H - g总RNA的表达载体。互补脱氧核糖核酸作为模板合成后续聚合酶链反应(PCR)扩增。amelogenin PCR引物,ameloblastin、enamelin matrix-metalloprotease——(MMP) 20、胶原蛋白I型,IGF-I, IGF-I受体表中列出1。放大在PCR进行热循环仪SP(豆类、东京、日本)为25 - 35周期按照下列反应简介:95°C 30年代,30年代45 - 60°C, 72°C 30年代。猪 肌动蛋白底漆作为内部标准。

2.5。免疫细胞化学

我们测试是否EOE细胞分化成第二章节IGF-IGFBP-VN ameloblast-lineage细胞或Col-I菜肴。EOE细胞,种植了10天在盖玻片上,固定在4%多聚甲醛在室温下10分钟,然后接受0.1% Triton x - 100 (Sigma-Aldrich、圣路易斯、钼)5分钟来呈现他们渗透。4%的细胞培养在0.01 MPBS马血清稀释。阻塞后,细胞培养60分钟affinity-purified兔子anti-pig amelogenin多克隆抗体(1:100稀释;博士的礼物j.p.炖,密歇根大学安阿伯市MI)作为造釉细胞标记。FITC-conjugated山羊anti-rabbit免疫球蛋白(ICN制药有限公司,极光,哦)然后在室温下申请60分钟。染色细胞与Vectashield安装密封介质包含DPAI (Dojindo)稀释1:2000。多发地兔血清用于取代主要抗体荧光控制。

2.6。制备胶原海绵支架

根据我们之前的结果,胶原蛋白海绵被选为我们的支架在活的有机体内研究(产品编号:CL025-PH56f / FD90H48-02F26;日本大阪的礼物NIPRO公司)。胶原海绵的性能已被证明是优于聚乙醇酸纤维网格(29日]。短暂,支架大约10毫米直径2毫米厚度准备2.5%的水溶液猪皮肤中的胶原蛋白的提取。它们含有75%(干重)I型类型III atelocollagen atelocollagen和25%,被冻结在−40°C和vacuum-dried生产多孔矩阵(孔隙体积分数,97.5%)。

2.7。Enamel-Tissue工程使用的组合EOE祖细胞和牙髓细胞在活的有机体内

所有实验中使用的动物被批准的机构动物保健和使用委员会大学医学科学研究所的东京,日本。

以前,我们建立了一个基于cell-scaffold构造生成搪瓷方法移植紧随其后在活的有机体内。确定EOE细胞亚文化使用IGF-IGFBP-VN文化菜有可能生成搪瓷组织,我们使用我们的移植实验。初级牙髓细胞获得影响第三磨牙的下颚,6个月大的猪。从牙齿硬组织被丢弃后,只有从釉质器断开了牙髓治疗dispase II (Goudou Syuzei,东京,日本)然后纸浆在牙髓的中心核心机械隔离以防止污染的牙科卵泡。碎浆的核心是用胶原酶治疗和光)(kouichi在汉克的平衡盐溶液(表达载体)30分钟在37°C。细胞经过70年发布μm细胞过滤器(Becton Dickinson & Co .)。

cell-seeding技术涉及的密度都很高的组合亚文化EOE细胞密度高的初级牙髓细胞已经被前面描述的(30.]。高密度初级牙髓细胞(30 L (5.0×106细胞/毫升)第一次被放置在顶部的胶原蛋白海绵和孵化1 h。随后,EOE的高密度细胞培养(30的第十天 5×10 L6细胞/毫升)1通道直接播种后的牙髓细胞。的亚文化EOE细胞被允许坚持到牙髓细胞一个额外的小时。在对照组,口腔口腔黏膜角化细胞获得的6个月大的猪下颌下巴亚文化和播种在高密度的牙髓细胞后主要的牙髓细胞被播种到胶原蛋白海绵( )。支架与细胞被移植到免疫缺陷鼠年龄在5 - 7周的网膜(F344 / n Jcl-rnu Nihoncrea,日本)( )。网膜是缝合,以防止运动测试和控制的植入物(31日- - - - - -33]。植入物被允许开发4周后这段时间里,他们被固定在Bouin的解决方案和在30% EDTA软化,然后嵌入石蜡。5μ部分被削减和苏木精和伊红染色进行组织学分析。

由于上皮和果肉组织是紧密相连的,有一个高污染的机会。这是通过观察和监控相衬显微镜和rt - pcr使用牙髓细胞的培养。这个确认被用于我们的先前的研究[34,35]。

2.8。免疫组织化学

免疫组织化学分析在石蜡包埋组织切片Vectastain ABC工具包(伯林盖姆向量实验室,Inc .)使用affinity-purified兔子anti-pig amelogenin多克隆抗体(1:2000稀释,炖博士的礼物,密歇根大学美国)作为主要的抗体。标准程序(36)被修改所详细描述的陈et al。37]。

3所示。结果

3.1。IGF-IGFBP-VN对EOE细胞生长的影响

从外植体培养EOE细胞很容易获得,但文化是一个复杂的人口(图1(一))。用nonserum介质代替血清介质后,牙科卵泡细胞消失了,只剩下EOE细胞。EOE细胞显示,鹅卵石是典型的上皮细胞(图的形态1 (b))。然而EOE细胞没有生长在nonserum介质,所以选择EOE细胞被镀上IGF-IGFBP-VN-coated菜(通道1)和后四天的亚文化,几个小殖民地EOE细胞出现(图1 (c))。殖民地增加随着时间的推移,成为支流后25天的培养,然后被亚文化作为通道2(图1 (d))。两组通道细胞表现出典型的polygonal-shaped上皮形态。也EOE细胞培养到PS(图1 (d))和Col-I-coated菜(1)通过(图1 (e));然而,EOE细胞显示扩展形态。此外,EOE细胞不能生长在PS或Col-I菜后第二通道。

我们比较的细胞增殖速度EOE细胞培养在IGF-IGFBP-VN, Col-I, PS文化菜通道1(图2)。我们发现在IGF-IGFBP-VN EOE细胞增长与出口增速和Col-I文化菜直到培养第十天,但细胞表现出更低的扩散速率的25天培养在培养Col-I菜肴。有显著性差异( )在25天之间的增长率在这些不同的文化条件。有趣的是,EOE细胞没有长在PS菜肴。

3.2。EOE细胞的分化

我们研究是否EOE细胞能够分化成造釉细胞。rt - pcr用于检查各种ameloblast-related基因的表达(表1)EOE细胞。EOE细胞,生长在LHC-9初代培养细胞,表示对amelogenin mRNA, ameloblastin, enamelin, MMP-20, IGF-I, IGF-I受体(IGF-IR)和i型胶原在亚文化通道1的表达amelogenin MMP-20并没有在PS中发现文化虽然有些表达ameloblastin和enamelin发现(图3)。ameloblast-related基因的表达模式的EOE细胞IGF-IGFBP-VN Col-I文化相似的文化。有趣的是,信使rna的amelogenin IGF-IGFBP-VN文化是比Col-I文化的高度表达。此外,IGF-I和IGF-IR mRNA的表达高于IGF-IGFBP-VN文化比Col-I文化。胶原蛋白I型基因中没有检测到任何文化的通道1(图3)。

使用免疫细胞化学,我们接下来研究蛋白质表达amelogenin确定EOE细胞分化成造釉细胞。Amelogenin表达式中检测出EOE细胞Col-I(数字4(一)4 (b))和IGF-IGFBP-VN文化(数字4 (c),4 (d),4 (e))14天培养后通道1。表达的程度IGF-IGFBP-VN文化高于Col-I文化。没有表情的amelogenin EOE细胞在PS文化条件下(数据没有显示)。

3.3。组织工程Enamel-Dentin复合物的组织学

我们检查了enamel-forming EOE细胞的功能移植播种胶原海绵的网膜无胸腺的老鼠。这些在活的有机体内实验进行了3次移植一段时间检查,取得了一致的数据。

在移植后4周,支架的植入种子培养EOE细胞和新鲜的牙髓细胞显示硬组织形成(图5(一个))。此时,支架植入已经退化,不可见。釉质发生的发展阶段是公认的在一个植入在这个阶段。搪瓷organ-like结构和enamel-dentin complex-like结构在支架的植入种子培养EOE细胞和新鲜的牙乳头细胞组织学分析(数据5 (b)5 (c))。在hematoxylin-eosin彩色部分,高倍镜下,enamel-like组织很容易发现在dentin-like组织植入物(图中生成5 (d))。高倍镜下,dentin-like组织的宽度大约是50μm。高大的柱状ameloblast-like细胞与表面的薄enamel-like组织。造釉细胞的细胞核本地化的边缘细胞最末端的上皮细胞。在这个阶段,牙本质小管显然是enamel-dentin-like复杂(图中标识5 (e))。

使用免疫组织化学检查amelogenin的分布在植入移植后4周。Amelogenin表达式出现在enamel-like组织和ameloblast-like细胞,而ameloblast-like细胞没有牙釉质形成染色为阴性Amelogenin(图5 (f))。

4所示。讨论

一个新的研究报告在体外文化技术,使用一个复杂的IGF-I EOE细胞,IGFBP-3, VN。我们演示了这个IGF-IGFBP-VN复杂的潜在使用生物工程制造的搪瓷通过EOE细胞的移植试验,但需要一些与牙间充质细胞牙釉质的一代。移植后4周,后牙釉质表面产生牙本质的形成。在釉质的形成过程中,存在的釉质器的组件,如细胞类似星状网,内釉上皮,造釉细胞,似乎模仿搪瓷的正常发展。另一方面,EOE传播后的细胞在体外,EOE细胞分化成preameloblasts或与ameloblast-related造釉细胞相关基因和蛋白质表达。干/祖细胞的特征包括自我更新和分化的能力。基于我们的在体外在活的有机体内研究中,我们已经表明,培养使用IGF-IGFBP-VN EOE细胞包括与干细胞/祖细胞特征。然而,需要进一步的分析研究精确EOE细胞的发育阶段。

我们之前的方法解决EOE细胞传播的主要障碍在体外通过使用一个支线层细胞(27]。培养EOE细胞,在给料机层,结合牙乳头细胞形成enamel-dentin复合体中在活的有机体内实验。作为一个控制,我们检查口腔角质细胞的潜力,形成釉质通过使用相同的方法,但是没有牙釉质形成的植入物在活的有机体内。这是第一个报告enamel-tissue工程使用培养EOE细胞。虽然使用支线层的方法已经被证明是一个重大进步(38,39),该方法很复杂,存在这样一种可能性,即细胞在支线层可能会癌变因为永生化3 t3-j2细胞作为支线层(39]。因此,一个新的方法来传播EOE细胞没有给料机是可取的。有趣的是,搪瓷生成所需的时间由我们的方法使用IGF-IGFBP-VN类似于使用一个支线层(34]。因为牙髓细胞的来源结合支架是一样的(34),这些结果表明,这种新技术的潜在使用IGF-IGFBP-VN复杂是类似于技术使用支线层细胞。

如何IGF-IGFBP-VN EOE细胞复杂的工作吗?虽然我们的研究结果表明,IGF-I和IGF受体表达EOE中可观察到细胞培养条件,有趣的是,IGF-IGFBP-VN EOE细胞培养皿中高度表达IGF-I IGF-I受体,这表明活动可以通过自分泌或旁分泌信号。是知之甚少的影响VN EOE细胞虽然越来越多的功能被发现VN。分子最出名的是它的行为在细胞附着和传播(16,40]。在上皮细胞的研究,表明VN会影响养殖corneal-limbal上皮细胞的代谢活动23)和皮肤角化细胞(28]。因此不足为奇EOE细胞的细胞活性增强是由VN。

众所周知,IGF-I是一个强大的有丝分裂原参与正常的生长和发育(1和影响细胞分裂和分化41,42]。igf也被认为是在牙齿发育有重要作用;添加外源IGF-I磨牙保持文化导致牙齿的增加体积(43]。在机关文化的鼠标臼齿,外生IGF-I amelogenin的合成增加,管理ameloblastin, enamelin [44]。这些结果表明,IGF-I促进造釉细胞的分化和发展。IGF-I受体也已被确定在釉质发生搪瓷机关(8]。此外,IGF-I Hertwig似乎能有效促进增殖的上皮根鞘(10]。因此,胰岛素样生长因子及其受体参与上皮作为牙齿的生长发展,包括皇冠和根形成的阶段。在我们的研究中,在EOE IGF-I显著增加细胞的表达与文化IGF-IGFBP-VN复杂。IGF-IGFBP-VN复杂的意义已经确认通过观察其他细胞反应的文化板块使用VN IGF-I, IGFBP-3 [21,22]。这是第一次研究证明IGF-IGFBP-VN复杂可以增强与维护相关的核扩散活动EOE细胞的表型。尽管IGF-IGFBP-VN在细胞周期中扮演关键功能,IGF-IGFBP-VN促进细胞增殖的确切机制仍不清楚。最近,有越来越多的证据IGF-I受体之间的直接合作αv整合蛋白之间的信号通路这些受体显然是相互联系的45,46]。此外,IGF-I-IGFBP-VN复合物诱导协同增加细胞内信号转导,特别是增加和持续的激活磷脂酰肌醇3-kinase / AKT通路(25]。通过IGF-I受体,IGF-I可以激活多种信号通路,包括磷脂酰肌醇3-kinase和增殖蛋白激酶通路在肿瘤细胞(47]。促进细胞的周期可能会加速组织发展,但是需要进一步的研究来阐明这个问题。

开发一个协议enamel-tissue工程,需要适当的培养法获得足够数量的干细胞/祖细胞。目前的研究显示,IGF-IGFBP-VN复杂支线层技术提供了一种可行的替代方案。然而,这项技术有改进的空间,包括扩展串行传播研究中,使用的替代标记有区别的造釉细胞,形成釉质、和进一步优化IGF-IGFBP-VN复杂的配方提高牙釉质的形成。

确认

作者感谢博士j . p .炖慷慨地提供amelogenin抗体。这项工作是支持部分由日本教育部,文化,体育,科学和技术(Kakenhi Kiban B 21390528和Houga 21390528 m . j .本田)和牙科研究中心)的资助下,日本大学牙科学院。