Cellule staminali. Poche scoperte della ricerca promettono così tanto di espandere da sole le opzioni di trattamento medico come fanno. Miracolosamente in grado di agire come trasformatori, ricreando o trasformandosi in una varietà di tipi di cellule trovati all'interno degli organismi da cui provengono, le cellule staminali offrono all'umanità la speranza di nuove, terapie più efficaci contro una serie di malattie croniche e terminali. E trovarli è sorprendentemente facile.

"Le cellule staminali possono essere estratte da quasi tutti i tessuti viventi, " ha detto il dottor James Mah, direttore del programma di formazione avanzata dell'UNLV in ortodonzia, dottore in chirurgia dentale, e ricercatore odontoiatrico. "Infatti, le cellule staminali possono essere trovate anche nei tessuti del defunto".

Ma nonostante tutto il loro potenziale, c'è un problema:"Le maggiori sfide con le cellule staminali sono raccoglierne abbastanza per lavorare e mantenerle vitali fino a quando non sono necessarie, " ha detto il dottor Mah.

Lui e il professore di scienze biomediche dell'UNLV Karl Kingsley, insieme a una manciata di studenti universitari, laureato, e studenti post-dottorato in odontoiatria, hanno deciso di affrontare questa sfida, tagliandosi i denti nella ricerca sulle cellule staminali esplorando quei bianchi perlati in nuovi modi. Nel processo, hanno sviluppato un nuovo metodo per estrarre un gran numero di cellule staminali che potrebbero poi preservare da una fonte sorprendentemente abbondante:i denti del giudizio.

"Sempre più adulti, circa 5 milioni in tutto il paese, hanno i denti del giudizio, o terzi molari, RIMOSSO, "Kingsley ha detto. "L'estrazione dei denti è relativamente comune tra i pazienti sottoposti a trattamenti ortodontici. E la maggior parte di quei denti sono sani, contenente polpa vitale della radice del dente che offre opportunità per la riproduzione di cellule che sono state danneggiate o distrutte da lesioni o malattie".

Un osso duro da spezzare

La polpa della radice del dente ospita due tipi di cellule staminali pregiate. Il primo, cellule staminali pluripotenti, hanno la capacità di diventare qualsiasi cellula dell'organismo da cui provengono. Il secondo, cellule staminali multipotenti, trasformarsi in tipi specifici di cellule all'interno di quell'organismo.

Sapere dove trovare queste cellule era una cosa. Recuperandoli, i ricercatori sapevano, sarebbe un altro.

I metodi comuni per l'estrazione della polpa radicale comportano la perforazione, rimuovendo la parte superiore di, o frantumare il dente. Ogni metodo ha i suoi svantaggi, Il dottor Mah ha detto, tutto ciò porta a un basso tasso di recupero delle cellule staminali:calore dannoso dalla perforazione, elementi corrosivi nell'acqua vengono risciacquati i denti, particelle di smalto contaminanti, e altro ancora. Quindi i ricercatori hanno cercato di scoprire come estrarre la polpa in un modo che producesse costantemente una resa maggiore.

"Inizialmente, la risposta sembrava semplice:spezzare il dente a metà come una noce e togliere la polpa, " ha detto il dottor Mah.

Sfortunatamente, i denti hanno superfici irregolari e forme non uniformi, quindi i denti che si spezzano di solito producono lo stesso effetto di rottura di un martello, riducendo così il numero di cellule staminali vitali.

Felice Ghag, poi uno studente di odontoiatria che lavorava con il dottor Mah e Kingsley al progetto, pensava di poter avere una soluzione al dilemma. Ha contattato Mohamed Trabia (preside associato per la ricerca dell'UNLV Howard R. Hughes College of Engineering, studi universitari, e informatica) e Brendan O'Toole (direttore del Mendenhall Innovation Program e ricercatore in ingegneria meccanica) per discutere l'analisi delle fratture.

"Happy ha esaminato la letteratura sulla meccanica delle fratture e ha deciso una tecnica che ha segnato il dente per consentire una rottura netta, simile al processo per il vetro tagliato su misura, " disse O'Toole. Dopo alcune discussioni, alcuni membri del personale di Engineering hanno aiutato Ghag a fabbricare il dispositivo.

Lo strumento completato, che il team di ricerca ha scherzosamente soprannominato "Tooth Cracker 5000, " utilizza un morsetto per tenere un dente in posizione per un utensile da taglio per incidere la superficie e una lama per incrinarlo. Il risultato:un dente perfettamente dimezzato, con accesso immediato alla polpa radicale integra e incontaminata.

Per O'Toole, questa è stata solo un'altra collaborazione di successo tra le due unità, in quanto Ingegneria Meccanica interagiva già da alcuni anni con il programma di ortodonzia della Scuola di Odontoiatria.

"Ortodonzia, per definizione, è un argomento di bioingegneria, " O'Toole ha detto. "Progettano e posizionano meccanismi nella bocca delle persone che aiutano a spostare i denti nella posizione ottimale. L'interazione tra i nostri reparti ha molto senso".

Con il Tooth Cracker 5000 completo, Il dottor Mah e Kingsley hanno testato il tasso di frattura di 25 denti, raggiungere un tasso di successo del 100%. L'idea della frattura e il prototipo del design avevano funzionato perfettamente.

Scavare per il successo

Ora che i ricercatori hanno superato la sfida di accedere alla polpa della radice, si trattava di determinare quante cellule staminali vitali potevano recuperare dai denti fratturati. Tassi medi di recupero della pasta che impiegano metodi di estrazione comuni (ad es. sconvolgente, perforazione, ecc.) arrivano a circa il 20 percento, ha notato il dottor Mah.

Era tempo di testare il coraggio del loro nuovo metodo di frattura. Il Dr. Mah e Kingsley hanno tinto 31 campioni di polpa di denti fratturati per evidenziare eventuali cellule staminali vitali contenute nei denti. Le cellule morte diventerebbero blu se esposte al colorante. Le cellule viventi sembrerebbero chiare.

Hanno guardato al microscopio. L'ottanta per cento delle cellule estratte è rimasto limpido dopo l'introduzione del colorante.

"Dire che i risultati del test erano promettenti è un eufemismo grossolano, "Il dottor Mah ha detto. "Ci siamo resi conto che avevamo inventato un processo di estrazione che ha prodotto quattro volte il tasso di successo di recupero per le cellule staminali vitali. La potenziale applicazione è enorme".

Replica per una giornata di pioggia

Dopo aver padroneggiato la fratturazione e l'estrazione, era giunto il momento per il team di determinare quale tipo di cellule staminali potrebbero essere raccolte e come conservarle al meglio.

Le cellule normali all'interno del corpo in genere muoiono dopo 10 repliche o passaggi, considerando che le cellule staminali possono replicarsi indefinitamente, indicò Kingsley. Per isolare le cellule staminali dal resto della polpa radicale, i ricercatori hanno raccolto cellule dalla polpa e le hanno coltivate su una capsula di Petri. Una volta che le cellule hanno coperto il piatto, hanno diviso la coltura a metà e ripetuto il processo tra le 10 e le 20 volte.

Alla fine della coltura, tutte le cellule non staminali erano scadute. Kingsley catturò le cellule staminali rimanenti e raccolse il loro acido ribonucleico (RNA), che viene convertito in proteine ​​che diventano biomarcatori che il suo team potrebbe utilizzare per caratterizzare ciascun tipo di cellula staminale e il rispettivo tasso di replicazione.

"Gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando di capire quale tipo di cellule staminali possono essere persuase a diventare nuove cellule o diversi tipi di tessuto, "Kingsley ha detto. "Sappiamo già che alcune popolazioni di cellule staminali della polpa dentale possono essere convertite in neuroni, che potrebbero diventare terapie per malattie cognitive come l'Alzheimer o il Parkinson".

Kingsley ha notato che team di scienziati di tutto il mondo stanno lavorando con modelli animali per testare l'utilizzo di cellule staminali per trattare le condizioni neurologiche. Prime indicazioni, Egli ha detto, sono positivi. Sebbene siano ancora necessari ulteriori test, Kingsley ha indicato che il prossimo passo logico in questa ricerca sarebbe quello di testare le cellule staminali negli esseri umani per curare un numero qualsiasi di malattie croniche che le persone affrontano.

"Esistono potenziali applicazioni delle cellule staminali per più malattie, compreso il cancro, artrite, e malattie polmonari, " Kingsley ha detto. "La prossima sfida è raccogliere in modo affidabile le cellule staminali abbastanza presto e conservarle con successo in modo che possano essere utilizzate quando necessario".

Preservare il premio

Secondo molteplici studi, il numero di cellule staminali pluripotenti presenti nei denti diminuisce drasticamente dopo che gli adulti raggiungono l'età di 30 anni, disse Kingsley. Però, le persone potrebbero donare le cellule staminali trovate nei loro denti proprio come potrebbero donare il loro sangue prima di un intervento chirurgico o preservare i loro cordoni ombelicali. Se le persone scegliessero di rimuovere i denti del giudizio o di eseguire un canale radicolare, le loro cellule staminali potrebbero essere raccolte in quel momento e conservate per un uso futuro.

La creazione di questa possibilità ha portato il dottor Mah e Kingsley al passo successivo della loro ricerca:il processo criogenico.

"Non esiste una criogenesi standard, o processo di congelamento, per la conservazione delle cellule staminali, " Kingsley ha detto. "Ci sono più organizzazioni che raccolgono e congelano i denti per studi e usi futuri, ma non ci sono prove sugli effetti a lungo termine della crioconservazione. Non possiamo ancora rispondere per quanto tempo le cellule sopravviveranno".

Nel 2011 la studentessa di odontoiatria Allison Tomlin ha studiato diverse popolazioni di cellule staminali e la loro vitalità dopo essere state scongelate. Ogni anno da allora, Kingsley e il suo team hanno scongelato una parte del campione di Tomlin e valutato la vitalità delle cellule staminali rimanenti. I primi risultati, che Kingsley, Tomlin, e R. Michael Sanders (professore di scienze cliniche nella scuola di odontoiatria) pubblicato nel loro Biomateriali e biomeccanica nella bioingegneria L'articolo "Gli effetti della crioconservazione sulle cellule staminali mesenchimali derivate da polpa dentale umana" indica che le cellule che si dividono rapidamente hanno tassi di vitalità più elevati anno dopo anno rispetto alle cellule a divisione più lenta. Se questi risultati rimangono costanti, le cellule staminali potrebbero essere selezionate prima del processo di congelamento in base a quando potrebbero essere necessarie.

"Il lavoro che io e il dottor Kingsley stiamo facendo è parte di un cambio di paradigma, " ha detto il dottor Mah. "Il nostro processo di frattura potrebbe accelerare il processo di raccolta e criogenesi, preservando così un alto numero di cellule staminali che favorisce la ricerca su come l'utilizzo di queste cellule può aiutare la guarigione e potenzialmente curare le malattie".