Fluid flow-induced modulation of viability and osteodifferentiation of periodontal ligament stem cell spheroids-on-chip

文献情報

出版日 2023-10-11
DOI 10.1039/D3BM01011B
インパクトファクター 6.843
著者

Apurva Mishra, Srividya Atkuru, Yichen Dai, Philip M. Preshaw


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要旨

Developing physiologically relevant in vitro models for studying periodontitis is crucial for understanding its pathogenesis and developing effective therapeutic strategies. In this study, we aimed to integrate the spheroid culture of periodontal ligament stem cells (PDLSCs) within a spheroid-on-chip microfluidic perfusion platform and to investigate the influence of interstitial fluid flow on morphogenesis, cellular viability, and osteogenic differentiation of PDLSC spheroids. PDLSC spheroids were seeded onto the spheroid-on-chip microfluidic device and cultured under static and flow conditions. Computational analysis demonstrated the translation of fluid flow rates of 1.2 μl min−1 (low-flow) and 7.2 μl min−1 (high-flow) to maximum fluid shear stress of 59 μPa and 360 μPa for low and high-flow conditions, respectively. The spheroid-on-chip microfluidic perfusion platform allowed for modulation of flow conditions leading to larger PDLSC spheroids with improved cellular viability under flow compared to static conditions. Modulation of fluid flow enhanced the osteodifferentiation potential of PDLSC spheroids, demonstrated by significantly enhanced alizarin red staining and alkaline phosphatase expression. Additionally, flow conditions, especially high-flow conditions, exhibited extensive calcium staining across both peripheral and central regions of the spheroids, in contrast to the predominantly peripheral staining observed under static conditions. These findings highlight the importance of fluid flow in shaping the morphological and functional properties of PDLSC spheroids. This work paves the way for future investigations exploring the interactions between PDLSC spheroids, microbial pathogens, and biomaterials within a controlled fluidic environment, offering insights for the development of innovative periodontal therapies, tissue engineering strategies, and regenerative approaches.

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掲載誌

Biomaterials Science

Biomaterials Science
CiteScore: 11.5
自己引用率: 3.4%
年間論文数: 492

Biomaterials Science is an international high impact journal exploring the science of biomaterials and their translation towards clinical use. Its scope encompasses new concepts in biomaterials design, studies into the interaction of biomaterials with the body, and the use of materials to answer fundamental biological questions. Papers do not necessarily need to report a new biomaterial but should provide novel insight into the biological applications of the biomaterial. Articles that primarily focus on demonstrating novel materials chemistry and bring a molecular picture to bear on a given material’s suitability as a biomaterial are more suited to our companion journal, Journal of Materials Chemistry B. Biomaterials Science publishes primary research and review-type articles in the following areas: molecular design of biomaterials, including translation of emerging chemistries to biomaterials science of cells and materials at the nanoscale and microscale materials as model systems for stem cell and human biology materials for tissue engineering and regenerative medicine (Nano)materials and (nano)systems for therapeutic delivery interactions at the biointerface biologically inspired and biomimetic materials, including bio-inspired self-assembly systems and cell-inspired synthetic tools next-generation biomaterials tools and methods

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