The reconstruction of the physiological environment for growing in-vitrio human salivary organoids

Abstract

Introduction: Salivary glands and their function are crucial to the maintenance of good oral hygiene and health. The loss of such functions results in a condition known as xerostomia which can lead to further complications such as difficulty in speech, mastication, and increased susceptibility to dental caries and oral infections and diseases. Annually, approximately 900,000 new patients risk these complications due hypo- or dysfunctional salivary function from head and neck cancer (HNC) radiotherapy or the onset of Sjögren’s Syndrome (SS). While some palliative treatments are available for patients suffering with xerostomia, there are no curative treatments to date.Objectives: This project addresses this issue by attempting to optimize the growing conditions such as the culture media and bio-scaffold for salivary glands grown in 3D. These 3D glands (organoids) can then be used for studies in support of a curative treatment for xerostomia such as drug therapy testing or disease modeling. This project is a pilot study which establishes and observes the potential of a novel animal-product free media, and an Egg White Alginate (EWA) scaffold for culturing salivary organoids.Methods: NS-SV-AC and SMG-hu-1 cell line proliferation was measured and compared across Animal Product-free Epithelial Cell Culture (APFECC), Epi Max, and Keratinocyte Growth Media – Gold (KGM-Gold) using an MTT assay over eight days. Cell viability of both NS-SV-AC and SMG-hu-1 cell line was observed over 20 days and 10 days using a Live-Dead stain and AlamarBlue assay respectively. Results: The results indicated that the novel animal product-free media, APFECC growth media, was not significantly different from Epi Max and KGM-Gold; APFECC growth media’s ability to induce cell proliferation was evident. Results for the EWA scaffold suggested that it is an excellent candidate for salivary organoid as it can sustain cell survivability in two salivary cell lines—NS-SV-AC and SMG-hu-1—however it is unclear if proliferation was present.Conclusion: While it was evident that APFECC growth media can support cells, further studies need to be conducted to reoptimize the growth media. Similarly, while EWA can support salivary cells grown in 3D even after 20 days, further studies need to be carried out to determine if there were any phenotypic changes in the cell culture, and also to further characterize the scaffold. Both products should be tested with human primary salivary cells to truly test its potential. Regardless, the results found here provide new insights and tools for researchers to culture salivary cells in both 2D and 3D depending on their goals.Introduction: Les glandes salivaires et leur fonction sont essentielles au maintien d'une bonne hygiène de santé bucco-dentaire. La perte de ces fonctions entraîne une maladie appelée xérostomie qui peut entraîner d'autres complications telles que des difficultés d'élocution, de mastication, et d’une susceptibilité accrue aux caries dentaires et aux infections et maladies bucco-dentaires. Chaque année, environ 900 000 nouveaux patients risquent ces complications en raison de la fonction salivaire hypo- ou dysfonctionnelle de la radiothérapie pour le cancer de la tête et du cou ou de l’apparition du syndrome de Sjögren (SS). Bien que certains traitements palliatifs soient disponibles pour les patients souffrant de xérostomie, il n’existe aucun traitement curatif à ce jour.Objectifs: Ce projet s'attaque à ce problème en tentant d'optimiser les conditions de croissance telles que le milieu de culture et l'échafaudage biologique pour les glandes salivaires cultivées en 3D. Ces glandes 3D (organoïdes) peuvent ensuite être utilisées pour des études à l'appui d'un traitement curatif de la xérostomie, tel que les tests de pharmacothérapie ou la modélisation de maladies. Ce projet est une étude pilote qui établit et observe le potentiel d'un nouveau milieu exempt de produits d'origine animale et d'un échafaudage en alginate de blanc d'œuf (EWA) pour la culture d'organoïdes salivaires.Méthodes: La prolifération des lignées cellulaires NS-SV-AC et SMG-hu-1 a été mesurée et comparée sur des cultures de cellules épithéliales sans produit animal (APFECC), Epi Max et des milieux de croissance kératinocytaire - Or (KGM-Gold) à l'aide d'un dosage au MTT sur huit jours. La viabilité cellulaire des lignées cellulaires NS-SV-AC et SMG-hu-1 a été observée sur 20 jours et 10 jours en utilisant une coloration Live-Dead et le test AlamarBlue, respectivement.Résultats: Les résultats ont indiqué que le nouveau milieu sans produit animal, le milieu de croissance APFECC, n'était pas significativement différent des milieux de croissance Epi Max et KGM-Gold; la capacité du milieu de croissance APFECC à induire une prolifération cellulaire était évident. Les résultats d’échafaudage EWA suggèrent qu’il s’agit d’un excellent candidat pour les organoïdes salivaires, car il permet de maintenir la survie des cellules dans deux lignées cellulaires salivaires - NS-SV-AC et SMG-hu-1 -, mais il n’est pas clair si la prolifération était présente.Conclusion: Bien qu’il soit évident que le milieu de croissance APFECC peut supporter les cellules, des études supplémentaires doivent être menées pour réoptimiser le milieu de croissance. De même, bien que EWA puisse prendre en charge des cellules salivaires développées en 3D même après 20 jours, des études supplémentaires doivent être menées pour déterminer s'il existe des modifications phénotypiques dans la culture cellulaire et pour caractériser davantage l'échafaudage. Les deux produits doivent être testés avec des cellules salivaires primaires humaines afin de véritablement tester leur potentiel. Quoi qu'il en soit, les résultats présentés ici fournissent aux chercheurs de nouvelles idées et outils pour la culture de cellules salivaires en 2D et 3D, en fonction de leurs objectifs