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 lideró este
esfuerzo.
«Este es un primer paso crítico para nuestro objetivo a largo plazo de desarrollar tratamientos
basados en células madre para reparar los dientes dañados y regenerar los que se han
perdido», dijo Hai Zhang, profesor de odontología restauradora en la Facultad de Odontología
de la Universidad de Washington 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 Universidad de Washington, fue el autor principal del artículo.
El laboratorio está afiliado al Instituto de Medicina de Células Madre y Medicina Regenerativa
de la Universidad de Washington.
Los investigadores explicaron que el esmalte dental protege los dientes de las tensiones
mecánicas incurridas por la masticación y los ayuda a resistir las caries. Es el tejido más duro
del cuerpo humano.
El esmalte es producido durante la formación de los dientes 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 pérdidas.
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 ello, utilizaron una técnica llamada secuenciación de ARN de indexación 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 de 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 la activación génica en cada
etapa. A continuación, utilizaron un sofisticado programa informático, llamado Monocle, para
construir la trayectoria probable de las actividades genéticas que se producen a medida que
las células madre indiferenciadas se convierten en ameloblastos totalmente diferenciados.
«El programa informático predice cómo se llega, 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 mucho ensayo y error, fueron
capaces de persuadir a las células madre humanas indiferenciadas para que se convirtieran
en ameloblastos. Lo hicieron exponiendo 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
Universidad de Washington crearon proteínas diseñadas por computadora que tenían efectos
mejorados.
Mientras llevaban a cabo este proyecto, los científicos también identificaron por primera vez
otro tipo de célula, llamada subodontoblasto, que creen que es un progenitor de los
odontoblastos, un tipo de célula crucial para la formación de los dientes.
Los investigadores descubrieron que juntos estos tipos de células podrían ser inducidos a
formar pequeños miniórganos tridimensionales y multicelulares, 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
esmalta. Estas proteínas formarían entonces 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 caries y otros defectos. En última instancia, el objetivo sería crear
dientes derivados de células madre que pudieran reemplazar por completo los dientes
perdidos.
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 pasar 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: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/08/230814122258.htm
Fecha: August 14, 2023