Ahora se han creado organoides a partir de células madre para secretar las proteínas que forman el esmalte dental, la sustancia que protege los dientes del daño y la caries. Un equipo multidisciplinario de científicos de la Universidad de Washington en Seattle dirigió este esfuerzo.
“Este es un primer paso fundamental para nuestro objetivo a largo plazo de desarrollar tratamientos basados en células madre para reparar los dientes dañados y regenerar los perdidos”, dijo Hai Zhang, profesor de odontología restauradora en la Facultad de Odontología de la UW y uno de los coautores del artículo que describe la investigación.
Los hallazgos se publican hoy en la revista Developmental Cell. Ammar Alghadeer, estudiante de posgrado en el laboratorio de Hannele Ruohola-Baker en el Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina de la UW, fue el autor principal del artículo. El laboratorio está afiliado al Instituto de Medicina de la Universidad de Washington para la Medicina Regenerativa y de Células Madre.
Los investigadores explicaron que el esmalte dental protege los dientes de las tensiones mecánicas en las que se incurre al masticar y los ayuda a resistir las caries. Es el tejido más duro del cuerpo humano .
El esmalte se produce durante la formación del diente por células especializadas llamadas amelobastos. Cuando se completa la formación de los dientes, estas células mueren. En consecuencia, el cuerpo no tiene forma de reparar o regenerar el esmalte dañado, y los dientes pueden volverse propensos a fracturas o estar sujetos a pérdida.
Para crear ameloblastos en el laboratorio, los investigadores primero tuvieron que comprender el programa genético que impulsa a las células madre fetales a convertirse en estas células productoras de esmalte altamente especializadas.
Para hacer esto, utilizaron una técnica llamada secuenciación de ARN indexada combinatoria de una sola célula (sci-RNA-seq), que revela qué genes están activos en diferentes etapas del desarrollo de una célula.
Esto es posible porque las moléculas de ARN, llamadas ARN mensajero (ARNm), llevan las instrucciones para las proteínas codificadas en el ADN de los genes activados a las máquinas moleculares que ensamblan las proteínas. Es por eso que los cambios en los niveles de ARNm en diferentes etapas del desarrollo de una célula revelan qué genes se activan y desactivan en cada etapa.
Al realizar sci-RNA-seq en células en diferentes etapas del desarrollo de los dientes humanos, los investigadores pudieron obtener una serie de instantáneas de activación de genes en cada etapa. Luego utilizaron un sofisticado programa de computadora, llamado Monocle, para construir la trayectoria probable de las actividades genéticas que ocurren cuando las células madre indiferenciadas se convierten en ameloblastos completamente diferenciados.
“El programa de computadora predice cómo llegas de aquí para allá, la hoja de ruta, el plano necesario para construir ameloblastos”, dijo Ruohola-Baker, quien dirigió el proyecto. Es profesora de bioquímica y directora asociada del Instituto de Medicina de Células Madre y Medicina Regenerativa de la Universidad de Washington.
Con esta trayectoria trazada, los investigadores, después de muchas pruebas y errores, pudieron persuadir a las células madre humanas no diferenciadas para que se convirtieran en ameloblastos. Hicieron esto al exponer las células madre a señales químicas que se sabía que activaban diferentes genes en una secuencia que imitaba el camino revelado por los datos de sci-RNA-seq. En algunos casos, utilizaron señales químicas conocidas. En otros casos, los colaboradores del Instituto de Medicina para el Diseño de Proteínas de la UW crearon proteínas diseñadas por computadora que tenían efectos mejorados.
Mientras realizaban este proyecto, los científicos también identificaron por primera vez otro tipo de célula, llamado subodontoblasto, que creen que es un progenitor de los odontoblastos, un tipo de célula crucial para la formación de dientes.
Los investigadores encontraron que juntos estos tipos de células podrían ser inducidos para formar pequeños mini-órganos multicelulares tridimensionales, llamados organoides. Estos se organizaron en estructuras similares a las observadas en los dientes humanos en desarrollo y secretaron tres proteínas esenciales del esmalte: ameloblastina, amelogenina y esmalte. Estas proteínas luego formarían una matriz. Seguiría un proceso de mineralización que es esencial para formar esmalte con la dureza requerida.
Zhang dijo que el equipo de investigación ahora espera refinar el proceso para hacer un esmalte comparable en durabilidad al que se encuentra en los dientes naturales y desarrollar formas de usar este esmalte para restaurar los dientes dañados. Un enfoque sería crear esmalte en el laboratorio que luego podría usarse para rellenar caries y otros defectos.
Ruohola-Baker señala que otro enfoque más ambicioso sería crear “empastes vivos” que pudieran crecer y reparar las caries y otros defectos. En última instancia, el objetivo sería crear dientes derivados de células madre que pudieran reemplazar los dientes perdidos por completo.
Ruohola-Baker dijo que los dientes son un modelo ideal para trabajar en el desarrollo de otras terapias con células madre.
“Muchos de los órganos que nos gustaría poder reemplazar, como el páncreas, el riñón y el cerebro humanos, son grandes y complejos. Regenerarlos de forma segura a partir de células madre llevará tiempo ” , dijo. “Los dientes, por otro lado, son mucho más pequeños y menos complejos. Son quizás la fruta madura. Puede tomar un tiempo antes de que podamos regenerarlos, pero ahora podemos ver los pasos que necesitamos para llegar allí”.
Ella predice: “Este puede ser finalmente el ‘Siglo de los empastes vivos’ y la odontología regenerativa humana en general”.
Fuente: medicalxpress.com