Usando imagens ao vivo ex vivo para investigar divisões celulares e movimentos durante a renovação dentária de camundongos

Nas últimas duas décadas, o incisivo de camundongo emergiu como uma plataforma inestimável para investigar os princípios da regulação de células-tronco adultas e regeneração^dentária1,2. O incisivo de camundongo cresce continuamente e se renova ao longo da vida do animal. Para isso, mantém tanto as células-tronco epiteliais quanto as mesenquimais, que podem se auto-renovar e se diferenciar em diferentes tipos celulares do dente ^1,2. Enquanto as células-tronco epiteliais dentárias dão origem aos ameloblastos, que secretam a matriz do esmalte, as células-tronco mesenquimais dentárias dão origem aos odontoblastos, cementoblastos e fibroblastos, que formam dentina, cemento e ligamento periodontal, respectivamente 3,4,5,6. Esse fornecimento constante de novas células mantém a homeostase tecidual e permite a reposição de células antigas que são perdidas devido ao desgaste mastigatório ou^lesões7,8. A elucidação dos mecanismos celulares e moleculares que regulam a manutenção e diferenciação das células-tronco dentárias é, portanto, fundamental para o entendimento da regeneração dentária, uma área de crescente interesse.

Anatomicamente, uma grande parte do incisivo de camundongo adulto está envolta no osso maxilar. Enquanto a borda incisal do dente é exposta, a extremidade apical do incisivo se encaixa dentro de um alvéolo e está firmemente presa ao osso circundante através de ligamentos periodontais e tecidos conjuntivos (Figura 1A,B). A extremidade apical do incisivo também é a região de crescimento do dente e mantém células-tronco e progenitoras dentárias tanto na camada epitelial quanto na polpa mesenquimal9,10,11,12,13. Especificamente, as células-tronco epiteliais dentárias são mantidas na extremidade bulbosa do epitélio, conhecida como broto apical, também chamada de alça cervical labial (Figura 1C). Assim como o epitélio intestinal e a epiderme, a renovação epitelial no incisivo é suportada principalmente por células-tronco cicladoras ativas e seus descendentes intermediários altamente proliferativos, denominadas células amplificadoras do trânsito14,15,16,17, ambas residindo na parte interna da alça cervical. No entanto, ainda não se sabe se o epitélio incisivo contém e utiliza células-tronco quiescentes durante a regeneração. Em contraste, tanto as células-tronco mesenquimais dentais ativas quanto quiescentes têm sido identificadas na polpa apical, e as células-tronco quiescentes funcionam como uma população de reserva que se torna ativada durante o reparo da^lesão13,18.

Muitas das descobertas sobre a biologia da renovação e regeneração dos incisivos de camundongos resultaram de investigações histológicas, nas quais amostras são obtidas em distintas conjunturas temporais, fixadas, processadas e, em seguida, seccionadas em cortes de mícrons finos ao longo de um plano particular. Através da análise detalhada de cortes histológicos de diferentes modelos murinos que permitem o rastreamento de linhagens ou perturbações genéticas, os cientistas identificaram as linhagens celulares de diferentes populações progenitoras, bem como as vias genéticas e de sinalização que controlam a homeostase dos incisivos e o reparo de lesões 19,20,21. No entanto, as imagens bidimensionais estáticas (2D) de células não vitais em cortes não conseguem capturar todo o espectro de comportamentos celulares e organizações espaciais em tecidos vivos, como mudanças na forma celular, movimentos e cinética celular. Detectar e medir essas rápidas mudanças celulares, que ocorrem em uma escala de tempo insolúvel por meio da secção tecidual, requer uma estratégia diferente. Além disso, a aquisição dessas informações também é fundamental para a compreensão de como as células dentárias interagem entre si, reagem a diferentes estímulos de sinalização e se auto-organizam para manter as estruturas e funções teciduais.

O advento da imagem de tecidos profundos quadridimensionais (4D) utilizando microscopia de dois fótons²², uma tecnologia que integra três dimensões espaciais com resolução temporal, supera as limitações inerentes à análise histológica ao permitir o exame espaço-temporal de explantes teciduais cultivados, organoides ou mesmo tecidos in situ 23,24,25,26 . Por exemplo, imagens ao vivo em 4D do epitélio dentário em desenvolvimento revelaram os padrões espaço-temporais de divisões e migrações celulares que coordenam o crescimento tecidual, a formação do centro de sinalização e a morfogênese epitelial dentária 27,28,29,30,31,32. No incisivo adulto de camundongos, a imagem 4D foi recentemente adaptada para estudar o comportamento celular durante o reparo de lesão epitelial dentária. Imagens ao vivo revelaram que as células intermédias do estrato na camada suprabasal podem ser diretamente convertidas em ameloblastos na camada basal para regenerar o epitélio danificado, desafiando o paradigma tradicional de reparo de lesão^epitelial15.

Descrevemos a dissecção, cultivo e imagem do incisivo adulto de camundongos, com foco nas células epiteliais da alça cervical labial (Figura 1). Esta técnica preserva a vitalidade das células dentárias por mais de 12 h e permite o rastreamento ao vivo de células marcadas fluorescentemente em resolução de célula única. Esta abordagem permite a investigação do movimento e migração celular, bem como mudanças dinâmicas na forma e orientação da divisão celular sob condições normais de cultura, ou em respostas a perturbações genéticas, físicas e químicas.