New approaches to the study of cell vital activity cultivated in different growing conditions with analysis of oxygen in the medium

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Objectives – to develop new approaches to the study of morphofunctional state of chondroblasts, cultured at 37°C on a 3D carrier in different environments: in a CO2 incubator with 5% of CO2 and in a thermostat in an air-proof tube.

Material and methods. The study cell culture – chondroblasts, isolated from the cartilage of the articular surfaces of the extra-fingers' phalanges. 3D carrier for cells – the demineralized lyophilized human spongiosa Lioplast®. The resulting tissue-engineered structures were grown in a complete cell culture medium at 37°С under different conditions: in a closed system in thermostat and in an open system in CO2 incubator (5% CO2). To assess the morphofunctional state of the cells on the surface of the 3D carrier, the picrosirius red staining, a LIVE/DEAD® fluorescent dye kit, and scanning electron microscopy were used. The oxygen concentration in the culture medium was evaluated by the modified Winkler titration method.

Results. The complex of morphological methods revealed the presence of living cells on the surface of human spongiosa within the 7-day period of cultivation. The cells either are fusiform or have a polygonal form and have a capacity to grow in 2 or more layers. The titrimetric analysis has demonstrated a decline in the concentration of dissolved oxygen in the medium with cellular tissue material in 7 days of cultivation. The concentration declined by 72.4% in a thermostat and by 63.5% in a CO2 incubator. In the tests tubes which contained only the medium and no cells, there was a similar decline in oxygen concentration by 47.3% in a thermostat and by 66.1% in a COincubator.

Conclusion. 1. A method of measuring the amount of dissolved oxygen in a culture medium, during the adhesive cell cultivation on a 3D carrier, was developed, based on the Winkler titration method. 2. A comparative analysis of the amount of dissolved oxygen in the medium in the process of chondroblast cultivation on a 3D human spongiosa carrier, both in a CO2 incubator and in a closed test tube, revealed an overall tendency to a decrease in the concentration of oxygen within 7 days of cultivation. 3. A decrease in oxygen concentration in the test tubes with human spongiosa samples (without cells), within the 7 days of cultivation, was registered. 4. An efficient and cost-saving method of graft manufacturing for the purposes of chondroplasty is the transfer of juvenile joint cartilage chondroblasts to 3D human spongiosa carriers and their further cultivation in air-proof test tubes copletely filled with medium within a period of 7 days.

About the authors

Larisa T. Volova

Samara State Medical University

Email: evgenesius@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8510-3118

PhD, Professor, the Head of Biotechnology Department of IEMB, director of Samara Tissue Bank

Russian Federation, Samara

Evgeni I. Pugachev

Samara State Medical University

Author for correspondence.
Email: evgenesius@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3594-0874

research associate of the Biotechnology Department of IEMB

Russian Federation, Samara

Tatyana K. Riazanova

Samara State Medical University

Email: evgenesius@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4581-8610

PhD, the Head of the laboratory of sanitary methods of Institute of Hygiene

Russian Federation, Samara

Irina F. Nefedova

Samara State Medical University

Email: evgenesius@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3521-0748

the Head of the Experimental morphology Department of IEMB

Russian Federation, Samara

Violetta V. Boltovskaya

Samara State Medical University

Email: evgenesius@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3457-8524

PhD, senior research associate of the Biotechnology Department of IEMB

Russian Federation, Samara

Natalya A. Maksimenko

Samara State Medical University

Email: evgenesius@mail.ru

Deputy director of IEMB, senior specialist of Samara Tissue Bank

Russian Federation, Samara

References

  1. Saburina IN, Repin VS. 3D-cultivation: from cells to regenerative tissue. Kletochnaya transplantologiya i tkanevaya inzheneriya. 2010;5(2):75–86. (In Russ.). [Сабурина И.Н., Репин В.С. 3D-культивирование: от отдельных клеток к регенерационной ткани. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2010; 5(2):75–86].
  2. Krishna L, Dhamodaran K, Jayadev C, et al. Nanostructured scaffold as a determinate of stem cell fate. Stem Cell Res Ther. 2016 Dec 30;7(1):188. doi: 10.1186/s13287-016-0440-y
  3. Surguchenko VA, Ponomareva AS, Kirsanova LA, et al. Development of tissue engineering constructs of cartilage tissue in vitro. 2013;15(3):66–72. (In Russ.). [Сургученко В.А., Пономарева А.С., Кирсанова Л.А. и др. Формирование тканеинженерной конструкции хрящевой ткани в условиях in vitro. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2013;15(3):66–72].
  4. Shishackaya EI, Nikolaeva ED, Shumilova AA, et al. Cultivation of multipotent mesenchymal stromal bone marrow cells on resorbable Bioplastotan. Kletochnaya transplantologiya i tkanevaya inzheneriya. 2013;8(1):57–65. (In Russ.). [Шишацкая Е.И., Николаева Е.Д., Шумилова А.А. и др. Культивирование мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга на носителях из резорбируемого биопластотана. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2013;8(1):57–65].
  5. Ho MH, Kuo PY, Hsieh HJ, Hsieh TYa, et al. Preparation of porous scaffolds by using freeze-extraction and freeze-gelation methods. Biomaterials. 2004;25:129–138. doi: 10.1016/S0142-9612(03)00483-6
  6. Cao W, Wang A, Jing D, Gong Y, et al. Novel biodegradable films and scaffolds of chitosan blended with poly (3-hydroxybutyrate). Jornal of Biomaterials’ Science Polymers. 2005;16(11):1379–94. doi: 10.1163/156856205774472308
  7. Shi DH, Cai DZ, Zhou CR, et al. Development and potential of a biomimetic chitosan/type II collagen scaffold for cartilage tissue engineering. Chin Med J (Engl). 2005 Sep 5;118(17):1436–43.
  8. Pugachev EI. Comparative analysis of the proliferative activity of chondroblasts on a 3D bio-carrier under different cultivation conditions. Materialy konferencii. Samara, 2017. (In Russ.). [Пугачев Е.И. Сравнительный анализ пролиферативной активности хондробластов на 3D-бионосителе в разных условиях культивирования. Материалы конференции. Самара, 2017]. http://www.samsmu.ru/files/news/2017/201017/asp_read_2017.pdf

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Components of tissue-engineered structures: A – chondroblasts of the cartilage of the articular surfaces of human phalanges. Native preparation. 100x magnification; B – demineralized lyophilized human spongiosa Lioplast®

Download (56KB)
3. Figure 2. The chondroblasts, attached to the surface of the 3D media of spongiosa. 7 days of cultivation. Scanning electron microscopy.

Download (13KB)
4. Figure 3. Tissue-engineered structures after 7 days of cultivation: A – alive cells, glowing green, on the surface of spongiosa. Staining – a LIVE/DEAD® fluorescent dye kit, B – chondroblasts growing on the surface of the 3D carrier. Staining – picrosirius red. 400x magnification.

Download (51KB)

Copyright (c) 2019 Volova L.T., Pugachev E.I., Riazanova T.K., Nefedova I.F., Boltovskaya V.V., Maksimenko N.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».