Three-dimensional cultures of human neural tissue/organlike structures in vitro can be achieved by mimicking the developmental processes occurring in vivo. Rapid progress in the field of neural organoids has fueled the hope (and hype) for improved understanding of brain development and functions, modeling of neural diseases, discovery of new drugs, and supply of surrogate sources of transplantation. In this short review, we summarize the state-of-the-art applications of this fascinating tool in various research fields and discuss the reality of the technique hoping that the current limitations will soon be overcome by the efforts of ingenious researchers.
Immature teratoma can be viewed as intermediate between mature teratoma and embryonal carcinoma. Unlike the mature teratoma, elements of the three perm cell layers are incompletely differentiated and not arranged in organoid fashion In some area, more mature forms of these tissues may also be seen, Although this tumor is clearly malignant, they may not display clear-cut cytologic features of malignancy. The clinical prognosis is poor. We have experienced one case of recurrent immature teratoma. In first operation[1987, April], tumor of anterior mediastinum was removed with wedge resection of ant. segment of RUL % med. segment of RML. In 2nd operation[1990, June], recurrent teratoma of right inner thoracic wall was resected with partial 5th rib resection and wedge resection of lat. segment of middle lobe. Two months later, the 3rd operation[1990, September] was done, which was a removal of mass on thoracic wall near sup, segment of RLL and partial rib resection of 3rd, 4th & 5th. In November 1990, last operation[4th operation] was made. It was enucleation of walnut sized tumor located between medial segment of RML, and 4th. intercostal space, well encapsulated with endothoracic fascia and invaded into lung parenchyme, Adjuvant chemotherapy was done after each operation, but radiotherapy[5000 Rad] was done only after 1st operation. There was no evidence of recurrence after last operation. The patient is well-being still now.
Colorectal cancer (CRC) is one of the most high-risk cancers; however, it has been suggested that estrogen signaling in CRC could have a protective effect. Therefore, we focused on the function of the G protein-coupled estrogen receptor (GPER) among the estrogen receptors in CRC. In this study, we investigated the therapeutic effect of resveratrol via GPER in CRC (RKO and WiDr) cells, CRC cell-derived xenograft models, and organoids (30T and 33T). Resveratrol significantly suppressed cell viability and proliferation in highly GPER-expressing RKO cells compared to that in low GPER-expressing WiDr cells. In xenograft models, resveratrol also delayed tumor growth and exhibited a high survival rate depending on GPER expression in RKO-derived tumors. Furthermore, resveratrol significantly inhibited the viability of organoids with high GPER expression. Additionally, the anticancer effect of resveratrol on CRC showed that resveratrol rapidly responded to GPER, while increasing the expression of p-ERK and Bax and cleaving PARP proteins.
Hyung-Jun Kim;Sohyun Park;Seonghyeon Jeong;Jihoon Kim;Young-Jae Cho
International Journal of Stem Cells
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v.17
no.1
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pp.30-37
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2024
The lung is a complex organ comprising a branched airway that connects the large airway and millions of terminal gas-exchange units. Traditional pulmonary biomedical research by using cell line model system have limitations such as lack of cellular heterogeneity, animal models also have limitations including ethical concern, race-to-race variations, and physiological differences found in vivo. Organoids and on-a-chip models offer viable solutions for these issues. Organoids are three-dimensional, self-organized construct composed of numerous cells derived from stem cells cultured with growth factors required for the maintenance of stem cells. On-a-chip models are biomimetic microsystems which are able to customize to use microfluidic systems to simulate blood flow in blood channels or vacuum to simulate human breathing. This review summarizes the key components and previous biomedical studies conducted on lung organoids and lung-on-a-chip models, and introduces potential future applications. Considering the importance and benefits of these model systems, we believe that the system will offer better platform to biomedical researchers on pulmonary diseases, such as emerging viral infection, progressive fibrotic pulmonary diseases, or primary or metastatic lung cancer.
In vivo animal models are limited in their ability to mimic the extremely complex systems of the human body, and there is increasing disquiet about the ethics of animal research. Many authorities in different geographical areas are considering implementing a ban on animal testing, including testing for cosmetics and pharmaceuticals. Therefore, there is a need for research into systems that can replicate the responses of laboratory animals and simulate environments similar to the human body in a laboratory. An in vitro two-dimensional cell culture model is widely used, because such a system is relatively inexpensive, easy to implement, and can gather considerable amounts of reference data. However, these models lack a real physiological extracellular environment. Recent advances in stem cell biology, tissue engineering, and microfabrication techniques have facilitated the development of various 3D cell culture models. These include multicellular spheroids, organoids, and organs-on-chips, each of which has its own advantages and limitations. Organoids are organ-specific cell clusters created by aggregating cells derived from pluripotent, adult, and cancer stem cells. Patient-derived organoids can be used as models of human disease in a culture dish. Biomimetic organ chips are models that replicate the physiological and mechanical functions of human organs. Many organoids and organ-on-a-chips have been developed for drug screening and testing, so competition for patents between countries is also intensifying. We analyzed the scientific and technological trends underlying these cutting-edge models, which are developed for use as non-animal models for testing safety and efficacy at the nonclinical stages of drug development.
Se-A Lee;Hye Jeong Lee;Na-Yeon Gu;Yu-Ri Park;Eun-Ju Kim;Seok-Jin Kang;Bang-Hun Hyun;Dong-Kun Yang
Journal of Veterinary Science
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v.24
no.4
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pp.53.1-53.12
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2023
Background: Mammalian orthoreovirus type 3 (MRV3), which is responsible for gastroenteritis in many mammalian species including pigs, has been isolated from piglets with severe diarrhea. However, the use of pig-derived cells as an infection model for swine-MRV3 has rarely been studied. Objectives: This study aims to establish porcine intestinal organoids (PIOs) and examine their susceptibility as an in vitro model for intestinal MRV3 infection. Methods: PIOs were isolated and established from the jejunum of a miniature pig. Established PIOs were characterized using polymerase chain reaction (PCR) and immunofluorescence assays (IFAs) to confirm the expression of small intestine-specific genes and proteins, such as Lgr5, LYZI, Mucin-2, ChgA, and Villin. The monolayered PIOs and three-dimensional (3D) PIOs, obtained through their distribution to expose the apical surface, were infected with MRV3 for 2 h, washed with Dulbecco's phosphate-buffered saline, and observed. Viral infection was confirmed using PCR and IFA. We performed quantitative real-time reverse transcription-PCR to assess changes in viral copy numbers and gene expressions linked to intestinal epithelial genes and antiviral activity. Results: The established PIOs have molecular characteristics of intestinal organoids. Infected PIOs showed delayed proliferation with disruption of structures. In addition, infection with MRV3 altered the gene expression linked to intestinal epithelial cells and antiviral activity, and these effects were observed in both 2D and 3D models. Furthermore, viral copy numbers in the supernatant of both models increased in a time-dependent manner. Conclusions: We suggest that PIOs can be an in vitro model to study the infection mechanism of MRV3 in detail, facilitating pharmaceutical development.
Ji-Hye Jung;Se-Ran Yang;Woo Jin Kim;Chin Kook Rhee;Seok-Ho Hong
Tuberculosis and Respiratory Diseases
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v.87
no.1
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pp.52-64
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2024
Chronic respiratory diseases such as idiopathic pulmonary fibrosis, chronic obstructive pulmonary disease, and respiratory infections injure the alveoli; the damage evoked is mostly irreversible and occasionally leads to death. Achieving a detailed understanding of the pathogenesis of these fatal respiratory diseases has been hampered by limited access to human alveolar tissue and the differences between mice and humans. Thus, the development of human alveolar organoid (AO) models that mimic in vivo physiology and pathophysiology has gained tremendous attention over the last decade. In recent years, human pluripotent stem cells (hPSCs) have been successfully employed to generate several types of organoids representing different respiratory compartments, including alveolar regions. However, despite continued advances in three-dimensional culture techniques and single-cell genomics, there is still a profound need to improve the cellular heterogeneity and maturity of AOs to recapitulate the key histological and functional features of in vivo alveolar tissue. In particular, the incorporation of immune cells such as macrophages into hPSC-AO systems is crucial for disease modeling and subsequent drug screening. In this review, we summarize current methods for differentiating alveolar epithelial cells from hPSCs followed by AO generation and their applications in disease modeling, drug testing, and toxicity evaluation. In addition, we review how current hPSC-AOs closely resemble in vivo alveoli in terms of phenotype, cellular heterogeneity, and maturity.
Kristen M. Patterson;Tyler G. Vajdic;Gustavo J. Martinez;Axel G. Feller;Joseph M. Reynolds
IMMUNE NETWORK
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v.21
no.5
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pp.35.1-35.16
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2021
Gulf War Veterans' Illnesses (GWI) encompasses a broad range of unexplained symptomology specific to Veterans of the Persian Gulf War. Gastrointestinal (GI) distress is prominent in veterans with GWI and often presents as irritable bowel syndrome (IBS). Neurotoxins, including organophosphorus pesticides and sarin gas, are believed to have contributed to the development of GWI, at least in a subset of Veterans. However, the effects of such agents have not been extensively studied for their potential impact to GI disorders and immunological stability. Here we utilized an established murine model of GWI to investigate deleterious effects of diisopropyl fluorophosphate (DFP) exposure on the mucosal epithelium in vivo and in vitro. In vivo, acute DFP exposure negatively impacts the mucosal epithelium by reducing tight junction proteins and antimicrobial peptides as well as altering intestinal microbiome composition. Furthermore, DFP treatment reduced the expression of IL-17 in the colonic epithelium. Conversely, both IL-17 and IL-17C treatment could combat the negative effects of DFP and other cholinesterase inhibitors in murine intestinal organoid cells. Our findings demonstrate that acute exposure to DFP can result in rapid deterioration of mechanisms protecting the GI tract from disease. These results are relevant to suspected GWI exposures and could help explain the propensity for GI disorders in GWI Veterans.
Hyo Jin Kim;Gyeongmin Kim;Kyun Yoo Chi;Jong-Hoon Kim
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.1
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pp.1-15
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2023
Liver organoids have gained much attention in recent years for their potential applications to liver disease modeling and pharmacologic drug screening. Liver organoids produced in vitro reflect some aspects of the in vivo physiological and pathological conditions of the liver. However, the generation of liver organoids with perfusable luminal vasculature remains a major challenge, hindering precise and effective modeling of liver diseases. Furthermore, vascularization is required for large organoids or assembloids to closely mimic the complexity of tissue architecture without cell death in the core region. A few studies have successfully generated liver organoids with endothelial cell networks, but most of these vascular networks produced luminal structures after being transplanted into tissues of host animals. Therefore, formation of luminal vasculature is an unmet need to overcome the limitation of liver organoids as an in vitro model investigating different acute and chronic liver diseases. Here, we provide an overview of the unique features of hepatic vasculature under pathophysiological conditions and summarize the biochemical and biophysical cues that drive vasculogenesis and angiogenesis in vitro. We also highlight recent progress in generating vascularized liver organoids in vitro and discuss potential strategies that may enable the generation of perfusable luminal vasculature in liver organoids.
Bo Ram Lee;Sun A Ock;Mi Ryung Park;Min Gook Lee;Sung June Byun
Journal of Animal Reproduction and Biotechnology
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v.39
no.1
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pp.2-11
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2024
Background: The small intestine plays a crucial role in animals in maintaining homeostasis as well as a series of physiological events such as nutrient uptake and immune function to improve productivity. Research on intestinal organoids has recently garnered interest, aiming to study various functions of the intestinal epithelium as a potential alternative to an in vivo system. These technologies have created new possibilities and opportunities for substituting animals for testing with an in vitro model. Methods: Here, we report the establishment and characterisation of intestinal organoids derived from jejunum tissues of adult pigs. Intestinal crypts, including intestinal stem cells from the jejunum tissue of adult pigs (10 months old), were sequentially isolated and cultivated over several passages without losing their proliferation and differentiation using the scaffold-based and three-dimensional method, which indicated the recapitulating capacity. Results: Porcine jejunum-derived intestinal organoids showed the specific expression of several genes related to intestinal stem cells and the epithelium. Furthermore, they showed high permeability when exposed to FITC-dextran 4 kDa, representing a barrier function similar to that of in vivo tissues. Collectively, these results demonstrate the efficient cultivation and characteristics of porcine jejunum-derived intestinal organoids. Conclusions: In this study, using a 3D culture system, we successfully established porcine jejunum-derived intestinal organoids. They show potential for various applications, such as for nutrient absorption as an in vitro model of the intestinal epithelium fused with organ-on-a-chip technology to improve productivity in animal biotechnology in future studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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