Feeder-Free Cell Culture of Labial Oral Mucosal Epithelium for Tissue-Engineering and Regenerative Medicine

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. The cultured cheek mucosa epithelium (buccal epithelium, BE) is used for autologous transplants generation and tissue engineering. An alternative source of cells for these purposes may be the lip mucosa, covered, like BE, with non-keratinized stratified squamous epithelium, but with some histological distinctions. Aims — to characterize the human lip mucosa as a promising source of epithelial cells for autologous transplantation and tissue engineering. Methods. Scrapings of the lip, cheek, and gum mucosa from five healthy volunteers were analyzed by cytofluorimetry to determine the level of desquamation and cytokeratin (CK) 10 and 13 expression. The lip mucosa of two patients was characterized using routine histological staining and fluorescence immunohistochemistry for CK 3, 4, 10, 13, and p63 marker. 35 samples of full-thickness strips of the patient’s lip mucosa were used to set the explant (n = 18) and enzymatic (n = 17) techniques for expansion epithelium. Culture systems with 1.05 and 0.06 mM Calcium contained 5% fetal bovine serum, 5 μg/ml human insulin, 5 μg/ml hydrocortisone, 10 ng/ml human epidermal growth factor. Stable cultures were stained for p63, vimentin, zonula occludens-1 (ZO-1), and CK10. Software tools determined levels of their expression. Results. The number of cells in the lip and gum samples was significantly lower than from the cheek. The median number of CK13 positive cells was significantly different for the gum (6.4%) and cheek (64.8%, p = 0.0089). Significant differences for CK10 positive cells were not observed. The epithelium of the lip mucosa was 72.1 ± 3.6 μm thick, relatively flat, and without keratinization sites. Samples were positively stained for CK 4 and 13, in the absence of expression of CK 3 and 10. The primary culture of epithelial cells obtained by explant technique was significantly more effective (p = 0.001) in comparison with the enzymatic method. Stable cultures had a “cobble-stone” morphology in both culture systems. The levels of vimentin and p63 expression in both culture systems was not significantly differ. ZO-1 expression was 3.6-fold higher for 1.05-mM Ca++ medium (p = 0.0006). Conclusions. Epithelium cell culture from the lip mucosa can be obtained by culturing explants without a feeder layer. Quality control steps have been developed for cultured cells and biopsy site.

About the authors

Sergey A. Borzenok

The S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution; The A.I. Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Email: mdborzenok@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9160-6240
SPIN-code: 1054-0164

MD, PhD, Professor

Russian Federation, Moscow

Boris E. Malyugin

The S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution; The A.I. Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Email: boris.malyugin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5666-3493
SPIN-code: 8906-2787

MD, PhD, Professor

Russian Federation, Moscow

Maxim Y. Gerasimov

The S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution

Author for correspondence.
Email: gerasimovmy@mntk.ru
ORCID iD: 0000-0003-3433-8352
SPIN-code: 7539-1262

MD

Russian Federation, Moscow

Dmitriy S. Ostrovskiy

The S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution

Email: dmitriy.ostrovskiy@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2817-7102
SPIN-code: 9947-6481

PhD in Biology

Russian Federation, Moscow

Anna V. Shatskikh

The S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution

Email: avsatik07@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3437-8162
SPIN-code: 1751-9815

MD, PhD

Russian Federation, Moscow

References

  1. Oliva J, Bardag-Gorce F, Niihara Y. Clinical Trials of Limbal Stem Cell Deficiency Treated with Oral Mucosal Epithelial Cells. Int J Mol Sci. 2020;21(2):411. doi: https://doi.org/10.3390/ijms21020411
  2. Takagi R, Yamato M, Kanai N, et al. Cell sheet technology for regeneration of esophageal mucosa. World J Gastroenterol. 2012;18(37):5145–5150. doi: https://doi.org/10.3748/wjg.v18.i37.5145
  3. Yamaguchi N, Isomoto H, Kobayashi S, et al. Oral epithelial cell sheets engraftment for esophageal strictures after endoscopic submucosal dissection of squamous cell carcinoma and airplane transportation. Sci Rep. 2017;7(1):1–12. doi: https://doi.org/10.1038/s41598-017-17663-w
  4. Amemiya T, Nakamura T, Yamamoto T, et al. Autologous transplantation of oral mucosal epithelial cell sheets cultured on an amniotic membrane substrate for intraoral mucosal defects. PLoS One. 2015;10(4):1–13. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0125391
  5. Ram-Liebig G, Barbagli G, Heidenreich A, et al. Results of Use of Tissue-Engineered Autologous Oral Mucosa Graft for Urethral Reconstruction: A Multicenter, Prospective, Observational Trial. EBioMedicine. 2017;23:185–192. doi: https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2017.08.014
  6. De Kemp V, De Graaf P, Fledderus JO, et al. Tissue engineering for human urethral reconstruction: Systematic review of recent literature. PLoS One. 2015;10(2):1–14. doi: 10.1371/journal.pone.0118653
  7. Sceberras V, Attico E, Bianchi E, et al. Preclinical study for treatment of hypospadias by advanced therapy medicinal products. World J Urol. 2019. doi: https://doi.org/10.1007/s00345-019-02864-x
  8. Юдинцева Н.М., Нащекина Ю.А., Шевцов М.А., и др. Использование тканеинженерной конструкции, заселенной клетками буккального эпителия, для заместительной уретропластики // Цитология. — 2020. — Т. 62. — № 4. — С. 266−277. [Yudintceva NM, Nashchekina YA, Shevtsov MA, et al. Application of the tissue-engineering construction seeded with buccal cells for substitute uretroplasty. Tsitologiya. 2020;64(7):266−277. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.31857/S0041377120040082
  9. Yadev NP, Murdoch C, Saville SP, Thornhill MH. Evaluation of tissue engineered models of the oral mucosa to investigate oral candidiasis. Microb Pathog. 2011;50(6):278–285. doi: https://doi.org/10.1016/j.micpath.2010.11.009
  10. Jennings LR, Colley HE, Ong J, et al. Development and Characterization of In Vitro Human Oral Mucosal Equivalents Derived from Immortalized Oral Keratinocytes. Tissue Eng Part C Methods. 2016;22(12):1108–1117. doi: https://doi.org/10.1089/ten.tec.2016.0310
  11. Dobrowolski D, Orzechowska-Wylegala B, Wowra B, et al. Cultivated Oral Mucosa Epithelium in Ocular Surface Reconstruction in Aniridia Patients. Biomed Res Int. 2015;2015:1–7. doi: https://doi.org/10.1155/2015/281870
  12. Nakamura T, Takeda K, Inatomi T, et al. Long-term results of autologous cultivated oral mucosal epithelial transplantation in the scar phase of severe ocular surface disorders. Br J Ophthalmol. 2011;95(7):942–946. doi: https://doi.org/10.1136/bjo.2010.188714
  13. Rama P, Matuska S, Paganoni G, et al. Limbal Stem-Cell Therapy and Long-Term Corneal Regeneration. N Engl J Med. 2010;363(2):147–155. doi: https://doi.org/10.1056/NEJMoa0905955
  14. Paaske Utheim T, Aass Utheim Ø, Khan Q-E-S, Sehic A. Culture of Oral Mucosal Epithelial Cells for the Purpose of Treating Limbal Stem Cell Deficiency. J Funct Biomater. 2016;7(1):5. doi: https://doi.org/10.3390/jfb7010005
  15. Kasai Y, Sugiyama H, Takagi R, et al. Brush biopsy of human oral mucosal epithelial cells as a quality control of the cell source for fabrication of transplantable epithelial cell sheets for regenerative medicine. Regen Ther. 2016;4:71–77. doi: https://doi.org/10.1016/j.reth.2016.02.008
  16. Utheim TP. Concise Review: Transplantation of Cultured Oral Mucosal Epithelial Cells for Treating Limbal Stem Cell Deficiency-Current Status and Future Perspectives. Stem Cells. 2015;33(6):1685–1695. doi: https://doi.org/10.1002/stem.1999
  17. Baradaran-Rafii A, Delfazayebaher S, Aghdami N, et al. Midterm outcomes of penetrating keratoplasty after cultivated oral mucosal epithelial transplantation in chemical burn. Ocul Surf. 2017;15(4):789–794. doi: https://doi.org/10.1016/j.jtos.2017.08.006
  18. Kim YJ, Lee HJ, Ryu JS, et al. Prospective Clinical Trial of Corneal Reconstruction With Biomaterial-Free Cultured Oral Mucosal Epithelial Cell Sheets. Cornea. 2018;37(1):76–83. doi: https://doi.org/10.1097/ICO.0000000000001409
  19. Squier С, Brogden KA. Human Oral Mucosa: Development, Structure, and Function. John Wiley & Sons, Inc.; 2011. P. 23.
  20. Eroschenko VP. Di Fiore’s atlas of histology with functional correlations. 11th ed. Lippincott Williams & Wilkins; 2005. P. 235–261.
  21. Formanek M, Millesi W, Willheim M, et al. Optimized growth medium for primary culture of human oral keratinocytes. Int J Oral Maxillofac Surg. 1996;25(2):157–160. doi: https://doi.org/10.1016/s0901-5027(96)80064-6
  22. Murakami D, Yamato M, Nishida K, et al. Fabrication of transplantable human oral mucosal epithelial cell sheets using temperature-responsive culture inserts without feeder layer cells. J Artif Organs. 2006;9(3):185–191. doi: https://doi.org/10.1007/s10047-006-0342-3
  23. Bauer H-K, Flesch D, Walenta S, et al. Primary Mucosal Epithelial Cell Cultivation: A Reliable and Accelerated Isolation. Tissue Eng Part C Methods. 2019;25(2):82–92. doi: https://doi.org/10.1089/ten.tec.2018.0327

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure: 1. Results of cytofluorometry of scrapings from three zones of the oral mucosa

Download (106KB)
3. Figure: 2. Histological characteristics of the epithelium of the mucous membrane of the lip

Download (963KB)
4. Figure: 3. Morphology of lip epithelial cell culture in culture systems

Download (824KB)
5. Figure: 4. Immunophenotype of the primary culture of the epithelium of the mucous membrane of the lip

Download (1MB)
6. Figure: 5. The level of expression of markers according to the data of fluorescent immunocytochemistry in culture systems

Download (106KB)

Copyright (c) 2020 "Paediatrician" Publishers LLC

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».