Tandrodspulp bliver en rig kilde til stamceller

Stamceller. Få forskningsopdagelser har så meget løfte om egenhændigt at udvide medicinske behandlingsmuligheder, som de gør. Mirakuløst i stand til at fungere som transformere-enten at genskabe eller omforme til en række celletyper, der findes i de organismer, de stammer fra-giver stamceller menneskeheden håb om nyt, mere effektive behandlinger mod en række kroniske og terminale sygdomme. Og det er overraskende nemt at finde dem.

"Stamceller kan udvindes fra næsten ethvert levende væv, " sagde Dr. James Mah, direktør for UNLVs avancerede uddannelsesprogram i ortodonti, læge i tandkirurgi, og tandforsker. "Faktisk, stamceller kan endda findes i afdødes væv."

Men på trods af alt deres potentiale, der er en hage:"De største udfordringer med stamceller er at samle nok af dem til at arbejde med og holde dem levedygtige, indtil de er nødvendige, " sagde Dr. Mah.

Han og professor i biomedicinske videnskaber ved UNLV Karl Kingsley - sammen med en håndfuld studerende, bestå, og postdoc-tandlægestuderende - besluttede at tage denne udfordring op, skærer deres tænder i stamcelleforskning ved at udforske de perlehvide på nye måder. I processen, de udviklede en ny metode til at udvinde et stort antal stamceller, som de derefter kunne bevare fra en overraskende rigelig kilde:visdomstænder.

"Flere og flere voksne - omkring 5 millioner i hele landet - har deres visdomstænder, eller tredje kindtænder fjernet, " sagde Kingsley. "At trække tænder ud er relativt almindeligt blandt patienter, der gennemgår ortodontiske behandlinger. Og størstedelen af ​​disse tænder er sunde, indeholder levedygtig tandrodsmasse, der giver muligheder for at reproducere celler, der er blevet beskadiget eller ødelagt af skader eller sygdom. "

En svær nød at knække

Tandrodspulp er hjemsted for to typer dyrebare stamceller. Den første, pluripotente stamceller, har evnen til at blive en hvilken som helst celle i organismen, hvorfra de er trukket. Sekundet, multipotente stamceller, transformeres til specifikke typer celler i den pågældende organisme.

At vide, hvor man kunne finde disse celler, var en ting. At genvinde dem, forskerne vidste, ville være en anden.

Almindelige metoder til udvinding af rodpulp involverer boring i, fjerne toppen af, eller knuse tanden. Hver metode har sine ulemper, Dr. Mah sagde, som alle fører til en lav stamcellegenvindingshastighed:beskadigelse af varme fra boring, ætsende elementer i vandtænderne skylles ind, forurenende emaljepartikler, og mere. Så forskerne søgte at finde ud af, hvordan man udvinder papirmasse på en måde, der konsekvent gav et højere udbytte.

"I første omgang, svaret virkede simpelt:knæk tanden på midten som en nød og fjern pulpen, " sagde Dr. Mah.

Desværre, tænder har uregelmæssige overflader og uensartede former, så knækkende tænder giver normalt den samme knusende effekt som en hammer, derved reducere antallet af levedygtige stamceller.

Glad Ghag, derefter en tandlægestuderende, der arbejdede med Dr. Mah og Kingsley på projektet, troede, at han kunne have en løsning på dilemmaet. Han henvendte sig til Mohamed Trabia (UNLV Howard R. Hughes College of Engineering's associerede dekan for forskning, Kandidatuddannelser, og computing) og Brendan O'Toole (direktør for Mendenhall Innovation Program og forsker i maskinteknik) for at diskutere frakturanalyse.

"Happy havde gennemgået litteratur om brudmekanik og besluttet sig for en teknik, der scorede tanden for at muliggøre en ren pause, svarende til processen for specialskåret glas, " sagde O'Toole. Efter et par diskussioner, nogle af Engineerings personale hjalp Ghag med at fremstille enheden.

Det færdige instrument, som forskerholdet facetisk kaldte "Tooth Cracker 5000, " bruger en klemme til at holde en tand på plads til et skæreværktøj til at skære overfladen og et blad til at knække den. Resultatet:en perfekt halveret tand, med umiddelbar adgang til ubeskadiget og uforurenet rodfrugt.

For O'Toole, dette var blot endnu et vellykket samarbejde mellem de to enheder, da Maskinteknik havde været i samspil med Tandlægeskolens tandreguleringsprogram i nogle år.

"Ortodonti, Per definition, er et bioteknisk emne, "O'Toole sagde. "De designer og placerer mekanismer i folks mund, der hjælper med at flytte tænderne til den optimale position. Samspillet mellem vores afdelinger giver rigtig god mening."

Med Tooth Cracker 5000 komplet, Dr. Mah og Kingsley testede frakturraten på 25 tænder, opnå en 100 procents succesrate. Brudsideen og designprototypen havde fungeret perfekt.

Udgraver for succes

Nu hvor forskerne havde løst udfordringen med at få adgang til rodfrugten, det handlede om at bestemme, hvor mange levedygtige stamceller de kunne genvinde fra de brækkede tænder. Gennemsnitlige genvindingshastigheder for pulp ved anvendelse af almindelige ekstraktionsmetoder (dvs. knusende, boring, osv.) kommer ind på omkring 20 procent, Dr. Mah bemærkede.

Det var tid til at teste evnen til deres nye brudmetode. Dr. Mah og Kingsley farvede 31 pulpprøver af brækkede tænder for at fremhæve eventuelle levedygtige stamceller, som tænderne indeholdt. Døde celler bliver blå, når de udsættes for farvestoffet. Levende celler ville fremstå klare.

De kiggede under mikroskopet. Firs procent af deres ekstraherede celler forblev klare efter farvestoffet blev indført.

"At sige, at testresultaterne var lovende, er en grov underdrivelse, "Dr. Mah." Vi indså, at vi havde opfundet en ekstraktionsproces, der producerede fire gange så stor succesrate for levedygtige stamceller. Den potentielle anvendelse er enorm. "

Replikerer til en regnvejrsdag

Efter at have mestret frakturering og ekstraktion, det var tid for holdet til at bestemme, hvilken slags stamceller der kunne høstes, og hvordan de bedst opbevares.

Normale celler i kroppen dør typisk efter 10 replikationer eller passager, der henviser til, at stamceller kan replikere i det uendelige, Kingsley indikerede. For at isolere stamcellerne fra resten af ​​rodfrugten, forskerne høstede celler fra frugtkødet og dyrkede dem på en petriskål. Når cellerne dækkede skålen, de delte kulturen i to og gentog processen mellem 10 og 20 gange.

Ved slutningen af ​​dyrkningen, alle ikke -stamceller var udløbet. Kingsley fangede de resterende stamceller og opsamlede deres ribonukleinsyre (RNA), som omdannes til proteiner, der bliver biomarkører, som hans team kunne bruge til at karakterisere hver stamcelletype og dens respektive replikationshastighed.

"Forskere rundt om i verden forsøger at finde ud af, hvilken type stamceller der kan lokkes til at blive til nye celler eller forskellige vævstyper, " sagde Kingsley. "Vi ved allerede, at nogle populationer af tandpulpa stamceller kan omdannes til neuroner, som kunne blive terapier for kognitive sygdomme som Alzheimers eller Parkinsons."

Kingsley bemærkede, at hold af forskere rundt om i verden arbejder med dyremodeller for at teste ved hjælp af stamceller til behandling af neurologiske tilstande. Tidlige indikationer, han sagde, er positive. Selvom der stadig er behov for yderligere test, Kingsley angav, at det næste logiske trin i denne forskning ville være at teste stamceller hos mennesker for at behandle et vilkårligt antal kroniske sygdomme, mennesker står over for.

"Der er potentielle anvendelser af stamceller til flere sygdomme, herunder kræft, gigt, og lungesygdomme, " sagde Kingsley. "Den næste udfordring er pålideligt at indsamle stamcellerne tidligt nok og opbevare dem med succes, så de kan bruges, når det er nødvendigt."

Bevaring af præmien

Ifølge flere undersøgelser, antallet af pluripotente stamceller, der findes i tænderne, falder dramatisk, efter at voksne når de 30 år, sagde Kingsley. Imidlertid, mennesker kunne donere stamceller, der findes i deres tænder, ligesom de kan donere deres blod forud for en kirurgisk procedure eller bevare deres navlestreng. Hvis folk valgte at få fjernet deres visdomstænder eller fik foretaget en rodbehandling, deres stamceller kunne høstes på det tidspunkt og opbevares til fremtidig brug.

Oprettelsen af ​​denne mulighed har ført Dr. Mah og Kingsley til det næste trin i deres forskning:den kryogene proces.

"Der er ingen standard kryogenese, eller fryseproces, til opbevaring af stamceller, " sagde Kingsley. "Der er flere organisationer, der indsamler og fryser tænder til fremtidige undersøgelser og brug, men der er ingen beviser for de langsigtede virkninger af kryokonservering. Vi kan endnu ikke svare på, hvor længe cellerne vil overleve."

I 2011 studerede tandlægestuderende Allison Tomlin forskellige populationer af stamceller og deres levedygtighed efter at være blevet optøet. Hvert år siden, Kingsley og hans team har optøet en del af Tomlins prøve og evalueret levedygtigheden af ​​resterende stamceller. De første fund - som Kingsley, Tomlin, og R. Michael Sanders (professor i klinisk videnskab ved tandlægeskolen) offentliggjort i deres Biomaterialer og biomekanik inden for bioingeniør artiklen "The Effects of Cryopreservation on Human Dental Pulp-derived Mesenchymal Stem Cells" - indikerer, at hurtigt delende celler har højere levedygtighedsrater år efter år sammenlignet med langsommere delende celler. Hvis disse resultater forbliver konstante, stamcellerne kunne sorteres inden fryseprocessen baseret på, hvornår de kan være nødvendige.

"Det arbejde, Dr. Kingsley og jeg udfører, er en del af et paradigmeskift, " sagde Dr. Mah. "Vores fraktureringsproces kunne fremskynde indsamlingen og kryogeneseprocessen, derved bevares et højt stamcelletal, der fremmer forskningen i, hvordan brugen af ​​disse celler kan hjælpe med heling og potentielt helbrede sygdomme."