İnsan Dişinden Organoidlerin Mekanik Araştırma ve Rejeneratif Terapiye Doğru Güçlü Bir Araç Olarak Kurulması

Dişlerin gıda çiğneme, konuşma ve psikolojik iyi oluşta (benlik imajı) önemli rolleri vardır. İnsan dişi, değişen yoğunluk ve sertlikte yüksek mineralize dokulardan oluşur¹. Diş kronunun ana bileşeni olan diş minesi, insan vücudundaki en yüksek mineralize dokudur. Emaye oluşumu sırasında (amelogenez), dişler geliştiğinde, diş epitel kök hücreleri (DESC’ler) emaye oluşturan hücrelere (ameloblastlar) farklılaşır. Bir kez oluştuktan sonra, diş erüpsiyonunun başlangıcında ameloblastların apoptotik kaybı nedeniyle emaye nadiren onarılır veya yenilenir¹. Travma veya bakteriyel hastalığın neden olduğu hasarlı emaye dokusunun restorasyonu şu anda sentetik malzemeler kullanılarak gerçekleştirilmektedir; ancak bunlar mikrokaçak, inferior osseointegrasyon ve ankraj, sonlu ömür ve tam fonksiyonel onarım eksikliği gibi önemli eksikliklerle uğraşmaktadır². Bu nedenle, ameloblast üretme kapasitesine ve mineralize doku üretme potansiyeline sahip sağlam ve güvenilir bir insan DESC kültürü, dental rejeneratif alanda ileriye doğru atılmış önemli bir adım olacaktır.

İnsan DESC fenotipi ve biyolojik fonksiyonu hakkında bilgi azdır ^3,4,5. İlginçtir ki, insan dişlerinin DESC’lerinin, Malassez’in Epitel Hücre Dayanaklarında (ERM), diş folikülünde (DF) bulunan ve diş patladığında kök çevresindeki periodontal ligamentte mevcut olan hücre kümelerinde var olduğu öne sürülmüştür¹. Diş pulpası ile birlikte kültürlenmiş ERM hücrelerinin ameloblast benzeri hücrelere farklılaştığı ve mine benzeri doku ürettiği bulunmuştur⁶. Bununla birlikte, ERM hücrelerinin emaye (yeniden) üretimindeki spesifik rolüne ilişkin derin çalışmalar, güvenilir çalışma modellerinin eksikliği nedeniyle sınırlandırılmıştır⁷. Mevcut ERM in vitro kültür sistemleri, standart olarak kullanılan 8,9,10,11,12 2D koşullarında sınırlı kullanım ömrü ve hızlı fenotip kaybı nedeniyle engellenmektedir^. Bu nedenle, insan DESC’lerini sadık bir şekilde genişletmek, incelemek ve ayırt etmek için izlenebilir bir in vitro sisteme şiddetle ihtiyaç vardır.

Son on yılda, in vitro epitel kök hücrelerini büyütmek için güçlü bir teknik, biyolojilerini ve hastalık^{13,14,15,16’yı} incelemek için çeşitli (insan) epitel dokularına başarıyla uygulanmıştır. Bu teknoloji, doku epitel kök hücrelerinin, hücre dışı bir matrise (ECM) tohumlandığında, hücre dışı bir matrise (ECM) tohumlandığında (tipik olarak, Matrigel) ve dokunun kök hücre niş sinyalini ve / veya embriyogenezini kopyalayan tanımlanmış bir ortamda kültürlendiğinde 3D hücre yapılarına (yani organoidlere) kendi kendine gelişmesini sağlar. Organoid gelişim için gerekli tipik büyüme faktörleri epidermal büyüme faktörü (EGF) ve kanatsız tip MMTV entegrasyon bölgesi (WNT) aktivatörleri ^{14,15,16’dır}. Ortaya çıkan organoidler, dokunun orijinal epitel kök hücrelerini taklit etmede kalıcı sadakatin yanı sıra, fenotip ve fonksiyonel özelliklerini korurken yüksek genişletilebilirlik ile karakterize edilir, böylece klinikten elde edilen sıklıkla sınırlı birincil insan dokusu mevcudiyetinin üstesinden gelir. Organoidleri oluşturmak için, epitel kök hücrelerinin kültürlemeden önce heterojen dokudan (yani, mezenkimal hücreler gibi diğer hücre tiplerini içeren) izolasyonu gerekli değildir, çünkü mezenkimal hücreler ECM’ye bağlanmaz veya gelişmez, sonuçta tamamen epitel organoidleri^ile sonuçlanır 13,16,17,18,19 . Bu umut verici ve çok yönlü teknoloji, çeşitli insan epitel dokularından manifold organoid modellerinin geliştirilmesine yol açmıştır. Bununla birlikte, diş gelişimi, rejenerasyonu ve hastalığının derinlemesine incelenmesi için değerli olan insan dişi kaynaklı organoidler henüz kurulmamıştır^20,21. Son zamanlarda, ergen hastalardan çıkarılan üçüncü azı dişlerinden (bilgelik dişleri) DF dokusundan başlayarak böyle yeni bir organoid model geliştirmeyi başardık¹⁹.

Burada, yetişkin insan dişinden (yani, üçüncü azı dişlerinin DF’sinden) epitel organoid kültürleri geliştirme protokolünü açıklıyoruz (Şekil 1A). Ortaya çıkan organoidler, ERM ile ilişkili sap belirteçlerini eksprese ederken, uzun süreli genişletilebilir. İlginçtir ki, diğer organoid modellerin çoğunun aksine, tipik olarak ihtiyaç duyulan EGF, sağlam organoid gelişimi ve büyümesi için gereksizdir. İlginç bir şekilde, saplılık organoidleri ameloblast farklılaşma özellikleri gösterir, böylece ERM / DESC özelliklerini ve in vivo olarak meydana gelen süreçleri taklit eder. Burada açıklanan yeni ve benzersiz organoid model, DESC biyolojisini, plastisitesini ve farklılaşma kapasitesini keşfetmeye izin verir ve diş rejeneratif yaklaşımlara doğru ilk adımları atmak için kapıyı açar.