Établir les organoïdes de la dent humaine comme un outil puissant pour la recherche mécaniste et la thérapie régénérative

Les dents ont des rôles essentiels dans la mastication des aliments, la parole et le bien-être psychologique (image de soi). La dent humaine est constituée de tissus hautement minéralisés de densité et de dureté variables¹. L’émail dentaire, le composant principal de la couronne dentaire, est le tissu le plus minéralisé du corps humain. Au cours de la formation de l’émail (amélogenèse), lorsque les dents se développent, les cellules souches épithéliales dentaires (DESC) se différencient en cellules formant l’émail (améloblastes). Une fois formé, l’émail est rarement réparé ou renouvelé en raison de la perte apoptotique des améloblastes au début de l’éruption dentaire¹. La restauration du tissu de l’émail endommagé, causé par un traumatisme ou une maladie bactérienne, est actuellement effectuée à l’aide de matériaux synthétiques; cependant, ceux-ci sont troublés par des lacunes importantes telles que le microlaçage, l’ostéointégration et l’ancrage inférieurs, la durée de vie limitée et le manque de réparation entièrement fonctionnelle². Par conséquent, une culture robuste et fiable de DESC humains ayant la capacité de générer des améloblastes et le potentiel de produire des tissus minéralisés serait un grand pas en avant dans le domaine de la régénération dentaire.

Les connaissances sur le phénotype des DESC humain et la fonction biologique sont rares ^3,4,5. Fait intéressant, il a été proposé que des DESC de dents humaines existent dans les restes de cellules épithéliales de Malassez (ERM), des amas de cellules présents dans le follicule dentaire (DF), qui entoure les dents non percées, et restent présents dans le ligament parodontal autour de la racine une fois que la dent éclate¹. Il a été constaté que les cellules ERM co-cultivées avec la pulpe dentaire se différencient en cellules de type améloblaste et génèrent des tissus semblables à l’émail⁶. Cependant, les études approfondies sur le rôle spécifique des cellules ERM dans la (re-)génération de l’émail ont été limitées en raison de l’absence de modèles d’étude fiables⁷. Les systèmes actuels de culture in vitro ERM sont entravés par une durée de vie limitée et une perte rapide de phénotype dans les conditions 2D standard^utilisées 8,9,10,11,12. Par conséquent, un système in vitro traitable pour développer, étudier et différencier fidèlement les DESC humains est fortement nécessaire.

Au cours de la dernière décennie, une technique puissante pour cultiver des cellules souches épithéliales in vitro a été appliquée avec succès à plusieurs types de tissus épithéliaux (humains) pour étudier leur biologie ainsi que la maladie 13,14,15,16. Cette technologie permet aux cellules souches épithéliales tissulaires de se développer elles-mêmes en constructions cellulaires 3D (c’est-à-dire des organoïdes) lorsqu’elles sont ensemencées dans un échafaudage imitant la matrice extracellulaire (ECM) (typiquement, Matrigel) et cultivées dans un milieu défini répliquant la signalisation de niche de cellules souches et / ou l’embryogenèse du tissu. Les facteurs de croissance typiques nécessaires au développement organoïde comprennent le facteur de croissance épidermique (EGF) et les activateurs du site d’intégration MMTV (WNT) de type sans ailes 14,15,16. Les organoïdes résultants se caractérisent par une fidélité durable dans l’imitation des cellules souches épithéliales originales du tissu, ainsi que par une grande extensibilité tout en conservant leur phénotype et leurs propriétés fonctionnelles, surmontant ainsi la disponibilité souvent limitée des tissus humains primaires acquis à la clinique. Pour établir des organoïdes, l’isolement des cellules souches épithéliales du tissu hétérogène (c.-à-d. comprenant d’autres types de cellules telles que les cellules mésenchymateuses) avant la culture n’est pas nécessaire car les cellules mésenchymateuses ne s’attachent pas à l’ECM ou ne s’y développent pas, ce qui aboutit éventuellement à des organoïdes purement épithéliaux ^{13,16,17,18,19} . Cette technologie prometteuse et polyvalente a conduit au développement de nombreux modèles organoïdes à partir de divers tissus épithéliaux humains. Cependant, les organoïdes dérivés des dents humaines, précieux pour l’étude approfondie du développement, de la régénération et de la maladie des dents, n’ont pas encore été établis^20,21. Nous avons récemment réussi à développer un tel nouveau modèle organoïde à partir de tissu DF de troisièmes molaires (dents de sagesse) extraites de patients adolescents¹⁹.

Nous décrivons ici le protocole pour développer des cultures organoïdes épithéliales à partir de la dent humaine adulte (c.-à-d. à partir du DF des troisièmes molaires) (Figure 1A). Les organoïdes résultants expriment des marqueurs de tige associés à ERM tout en étant extensibles à long terme. Curieusement, contrairement à la plupart des autres modèles organoïdes, l’EGF généralement nécessaire est redondant pour un développement et une croissance organoïdes robustes. Fait intéressant, les organoïdes de la tige présentent des propriétés de différenciation des améloblastes, imitant ainsi les caractéristiques et les processus ERM / DESC se produisant in vivo. Le nouveau modèle organoïde unique décrit ici permet d’explorer la biologie, la plasticité et la capacité de différenciation du DESC et ouvre la porte aux premiers pas vers des approches de régénération des dents.