Stamcellen. Er zijn maar weinig onderzoeksontdekkingen die zoveel belofte inhouden van het in zijn eentje uitbreiden van de medische behandelingsopties als zij doen. Op wonderbaarlijke wijze in staat om te fungeren als transformatoren - ofwel herscheppen of veranderen in een verscheidenheid aan celtypen die worden aangetroffen in de organismen waaruit ze afkomstig zijn - bieden stamcellen de mensheid hoop op nieuwe, effectievere therapieën tegen een aantal chronische en terminale ziekten. En ze vinden is verrassend eenvoudig.

"Stamcellen kunnen worden gewonnen uit bijna elk levend weefsel, " zei dr. James Mah, directeur van UNLV's geavanceerde onderwijsprogramma in orthodontie, arts voor tandheelkundige chirurgie, en tandheelkundig onderzoeker. "In feite, stamcellen zijn zelfs te vinden in weefsels van overledenen."

Maar ondanks al hun potentieel, er is een addertje onder het gras:"De grootste uitdagingen met stamcellen zijn het verzamelen van genoeg van hen om mee te werken en ze levensvatbaar te houden totdat ze nodig zijn, ' zei dokter Mah.

Hij en UNLV-hoogleraar biomedische wetenschappen Karl Kingsley - samen met een handvol niet-gegradueerde, afstuderen, en postdoctorale studenten tandheelkunde - besloten deze uitdaging aan te gaan, hun tanden zetten in stamcelonderzoek door die parelwitte blanken op nieuwe manieren te verkennen. In het proces, ze ontwikkelden een nieuwe methode om grote aantallen stamcellen te extraheren die ze vervolgens konden bewaren uit een verrassend overvloedige bron:verstandskiezen.

"Steeds meer volwassenen - ongeveer 5 miljoen in het hele land - hebben hun verstandskiezen, of derde kiezen, VERWIJDERD, " zei Kingsley. "Het trekken van tanden komt relatief vaak voor bij patiënten die orthodontische behandelingen ondergaan. En de meeste van die tanden zijn gezond, met levensvatbare tandwortelpulp die kansen biedt voor het reproduceren van cellen die zijn beschadigd of vernietigd door verwondingen of ziekte."

Een harde noot om te kraken

Tandwortelpulp is de thuisbasis van twee soorten gewaardeerde stamcellen. De eerste, pluripotente stamcellen, hebben het vermogen om elke cel te worden in het organisme waaruit ze zijn getrokken. De seconde, multipotente stamcellen, transformeren in specifieke soorten cellen binnen dat organisme.

Weten waar deze cellen te vinden waren, was één ding. Ze herstellen, wisten de onderzoekers, een andere zou zijn.

Gebruikelijke methoden voor het extraheren van wortelpulp zijn het boren in, het verwijderen van de bovenkant van, of het verbrijzelen van de tand. Elke methode heeft zijn nadelen, Dr. Mah zei, die allemaal leiden tot een lage terugwinning van stamcellen:schadelijke hitte van boren, corrosieve elementen in de watertanden worden ingespoeld, verontreinigende emaildeeltjes, en meer. Dus probeerden de onderzoekers te ontdekken hoe ze pulp konden extraheren op een manier die consequent een hogere opbrengst opleverde.

"In eerste instantie het antwoord leek simpel:breek de tand doormidden als een noot en verwijder het vruchtvlees, ' zei dokter Mah.

Helaas, tanden hebben onregelmatige oppervlakken en niet-uniforme vormen, dus krakende tanden produceren meestal hetzelfde verbrijzelende effect als een hamer, waardoor het aantal levensvatbare stamcellen wordt verminderd.

Gelukkig Ghag, vervolgens een student tandheelkunde die samen met Dr. Mah en Kingsley aan het project werkte, dacht dat hij misschien een oplossing voor het dilemma had. Hij benaderde Mohamed Trabia (UNLV Howard R. Hughes College of Engineering's associate dean voor onderzoek, afgestudeerde studies, en computergebruik) en Brendan O'Toole (directeur van het Mendenhall Innovation Program en onderzoeker werktuigbouwkunde) om breukanalyse te bespreken.

"Happy had de literatuur over breukmechanica bekeken en een techniek gekozen die de tand scoorde om een ​​zuivere breuk mogelijk te maken, vergelijkbaar met het proces voor op maat gesneden glas, " zei O'Toole. Na een paar discussies, een deel van het personeel van Engineering hielp Ghag het apparaat te fabriceren.

Het voltooide instrument, die het onderzoeksteam schertsend de "Tooth Cracker 5000" noemde, " gebruikt een klem om een ​​tand op zijn plaats te houden, een snijgereedschap om het oppervlak in te snijden en een mes om het te kraken. Het resultaat:een perfect gehalveerde tand, met directe toegang tot onbeschadigde en niet-verontreinigde wortelpulp.

Voor O'Toole, dit was gewoon weer een succesvolle samenwerking tussen de twee eenheden, omdat Werktuigbouwkunde al een paar jaar contact had met het orthodontische programma van de School of Dental Medicine.

"Orthodontie, per definitie, is een bio-engineering onderwerp, " Zei O'Toole. "Ze ontwerpen en plaatsen mechanismen in de mond van mensen die helpen de tanden in een optimale positie te brengen. De interactie tussen onze afdelingen is heel logisch."

Met de Tooth Cracker 5000 compleet, Dr. Mah en Kingsley testten het breukpercentage van 25 tanden, het behalen van een succespercentage van 100 procent. Het breukidee en het ontwerpprototype hadden perfect gewerkt.

Opgraven voor succes

Nu de onderzoekers de uitdaging om toegang te krijgen tot de wortelpulp hadden gekraakt, het was om te bepalen hoeveel levensvatbare stamcellen ze konden herstellen van de gebroken tanden. Gemiddelde pulpterugwinningspercentages die gebruik maken van gebruikelijke extractiemethoden (d.w.z. verbrijzelen, boren, enz.) komen uit op ongeveer 20 procent, merkte dr. Mah op.

Het was tijd om de moed van hun nieuwe breukmethode te testen. Dr. Mah en Kingsley verfden 31 pulpmonsters van gebroken tanden om eventuele levensvatbare stamcellen in de tanden te markeren. Dode cellen zouden blauw worden bij blootstelling aan de kleurstof. Levende cellen zouden helder lijken.

Ze keken onder de microscoop. Tachtig procent van hun geëxtraheerde cellen bleef helder nadat de kleurstof was geïntroduceerd.

"Zeggen dat de testresultaten veelbelovend waren, is een grove understatement, " Dr. Mah zei. "We realiseerden ons dat we een extractieproces hadden uitgevonden dat vier keer het succespercentage van het herstel voor levensvatbare stamcellen produceerde. De potentiële toepassing is enorm."

Repliceren voor een regenachtige dag

Na het breken en extraheren onder de knie te hebben, het was tijd voor het team om te bepalen wat voor soort stamcellen konden worden geoogst en hoe ze het beste konden worden opgeslagen.

Normale cellen in het lichaam sterven meestal na 10 herhalingen of passages, overwegende dat stamcellen oneindig kunnen repliceren, Kingsley aangegeven. Om de stamcellen te isoleren van de rest van de wortelpulp, de onderzoekers oogstten cellen uit de pulp en kweekten ze op een petrischaaltje. Zodra de cellen de schaal bedekten, ze splitsten de cultuur in tweeën en herhaalden het proces tussen de 10 en 20 keer.

Tegen het einde van de kweek, alle niet-stamcellen waren verlopen. Kingsley ving de resterende stamcellen en verzamelde hun ribonucleïnezuur (RNA), die wordt omgezet in eiwitten die biomarkers worden die zijn team zou kunnen gebruiken om elk stamceltype en de respectieve replicatiesnelheid te karakteriseren.

"Wetenschappers over de hele wereld proberen erachter te komen welk type stamcellen kan worden overgehaald om nieuwe cellen of verschillende weefseltypes te worden, " zei Kingsley. "We weten al dat sommige populaties van tandpulpstamcellen kunnen worden omgezet in neuronen, die therapieën zouden kunnen worden voor cognitieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer of Parkinson."

Kingsley merkte op dat teams van wetenschappers over de hele wereld werken met diermodellen om te testen met stamcellen om neurologische aandoeningen te behandelen. vroege indicaties, hij zei, zijn positief. Hoewel er nog steeds behoefte is aan aanvullende tests, Kingsley gaf aan dat de volgende logische stap in dit onderzoek zou zijn om stamcellen bij mensen te testen om een ​​willekeurig aantal chronische ziekten te behandelen waarmee mensen worden geconfronteerd.

"Er zijn mogelijke toepassingen van stamcellen voor meerdere ziekten, inclusief kanker, artritis, en longziekte, " zei Kingsley. "De volgende uitdaging is om de stamcellen vroeg genoeg te verzamelen en ze met succes op te slaan, zodat ze kunnen worden gebruikt wanneer dat nodig is."

De prijs behouden

Volgens meerdere onderzoeken het aantal pluripotente stamcellen in tanden neemt drastisch af nadat volwassenen de leeftijd van 30 jaar hebben bereikt, zei Kingsley. Echter, mensen kunnen stamcellen doneren die in hun tanden worden gevonden, net zoals ze hun bloed kunnen doneren voorafgaand aan een chirurgische ingreep of hun navelstreng behouden. Als mensen ervoor kozen hun verstandskiezen te laten verwijderen of een wortelkanaalbehandeling lieten uitvoeren, hun stamcellen konden op dat moment worden geoogst en opgeslagen voor toekomstig gebruik.

Het creëren van die mogelijkheid heeft Dr. Mah en Kingsley naar de volgende stap in hun onderzoek gebracht:het cryogene proces.

"Er is geen standaard cryogenese, of invriesproces, voor het opslaan van stamcellen, " zei Kingsley. "Er zijn meerdere organisaties die tanden verzamelen en invriezen voor toekomstig onderzoek en gebruik, maar er is geen bewijs voor de langetermijneffecten van cryopreservatie. We kunnen nog niet zeggen hoe lang de cellen zullen overleven."

In 2011 bestudeerde student tandheelkunde Allison Tomlin verschillende populaties stamcellen en hun levensvatbaarheid na te zijn ontdooid. Sindsdien elk jaar Kingsley en zijn team hebben een deel van Tomlin's monster ontdooid en de levensvatbaarheid van de resterende stamcellen geëvalueerd. De eerste bevindingen – die Kingsley, Tomlin, en R. Michael Sanders (professor klinische wetenschappen aan de tandheelkundige school) gepubliceerd in hun Biomaterialen en biomechanica in bio-engineering artikel "De effecten van cryopreservatie op van menselijke tandpulp afgeleide mesenchymale stamcellen" - geven aan dat snel delende cellen jaar na jaar een hogere levensvatbaarheid hebben in vergelijking met langzamer delende cellen. Als deze resultaten constant blijven, de stamcellen konden vóór het invriesproces worden gesorteerd op basis van wanneer ze nodig zouden kunnen zijn.

"Het werk dat Dr. Kingsley en ik doen, maakt deel uit van een paradigmaverschuiving, "Zei Dr. Mah. "Ons breekproces zou het verzamel- en cryogeneseproces kunnen versnellen, waardoor een hoog aantal stamcellen behouden blijft, wat het onderzoek naar hoe het gebruik van deze cellen kan helpen bij het genezen en mogelijk genezen van ziekten bevordert."