Stabilire gli organoidi dal dente umano come un potente strumento verso la ricerca meccanicistica e la terapia rigenerativa

I denti hanno ruoli essenziali nella masticazione alimentare, nella parola e nel benessere psicologico (immagine di sé). Il dente umano è costituito da tessuti altamente mineralizzati di varia densità e durezza¹. Lo smalto dentale, il componente principale della corona del dente, è il tessuto mineralizzato più alto del corpo umano. Durante la formazione dello smalto (amelogenesi), quando i denti si sviluppano, le cellule staminali epiteliali dentali (DESC) si differenziano in cellule che formano lo smalto (ameloblasti). Una volta formato, lo smalto viene raramente riparato o rinnovato a causa della perdita apoptotica degli ameloblasti all’inizio dell’eruzione dentale¹. Il ripristino del tessuto smaltato danneggiato, causato da traumi o malattie batteriche, viene attualmente effettuato utilizzando materiali sintetici; tuttavia, questi sono turbati da importanti carenze come il microleakage, l’osteointegrazione e l’ancoraggio inferiori, la durata della vita finita e la mancanza di riparazione completamente funzionale². Quindi, una coltura robusta e affidabile di DESC umani con la capacità di generare ameloblasti e il potenziale per produrre tessuto mineralizzato sarebbe un importante passo avanti nel campo rigenerativo dentale.

Le conoscenze sul fenotipo DESC umano e sulla funzione biologica sono scarse ^3,4,5. È interessante notare che i DESC dei denti umani sono stati proposti per esistere nei resti delle cellule epiteliali di Malassez (ERM), cluster cellulari presenti all’interno del follicolo dentale (DF), che circonda i denti non eruttati e rimane presente nel legamento parodontale intorno alla radice una volta che il dente erutta¹. È stato scoperto che le cellule ERM co-coltivate con polpa dentale si differenziano in cellule simili agli ameloblasti e generano tessuto simile allo smalto⁶. Tuttavia, studi approfonditi sul ruolo specifico delle cellule ERM nella (ri)generazione dello smalto sono stati limitati a causa della mancanza di modelli di studio affidabili⁷. Gli attuali sistemi di coltura in vitro ERM sono ostacolati da una durata di vita limitata e da una rapida perdita di fenotipo nelle condizioni 2D utilizzate standardmente 8,9,10,11,12. Quindi, un sistema trattabile in vitro per espandere, studiare e differenziare fedelmente i DESC umani è fortemente necessario.

Durante l’ultimo decennio, una potente tecnica per coltivare cellule staminali epiteliali in vitro è stata applicata con successo a diversi tipi di tessuti epiteliali (umani) per studiare la loro biologia e la malattia 13,14,15,16. Questa tecnologia consente alle cellule staminali epiteliali tissutali di auto-svilupparsi in costruzioni cellulari 3D (cioè organoidi) quando seminate in un’impalcatura che imita la matrice extracellulare (ECM) (tipicamente, Matrigel) e coltivate in un mezzo definito che replica la segnalazione di nicchia delle cellule staminali del tessuto e / o l’embriogenesi. I fattori di crescita tipici necessari per lo sviluppo di organoidi includono il fattore di crescita epidermico (EGF) e gli attivatori del sito di integrazione MMTV di tipo alare (WNT) 14,15,16. Gli organoidi risultanti sono caratterizzati da una fedeltà duratura nell’imitare le cellule staminali epiteliali originali del tessuto, nonché da un’elevata espandibilità pur mantenendo il loro fenotipo e le loro proprietà funzionali, superando così la disponibilità di tessuto umano primario spesso limitata acquisita dalla clinica. Per stabilire gli organoidi, non è necessario l’isolamento delle cellule staminali epiteliali dal tessuto eterogeneo (cioè comprendente altri tipi di cellule come le cellule mesenchimali) prima della coltura poiché le cellule mesenchimali non si attaccano o prosperano nell’ECM, risultando infine in organoidi puramente epiteliali 13,16,17,18,19 . Questa tecnologia promettente e versatile ha portato allo sviluppo di molteplici modelli organoidi da vari tessuti epiteliali umani. Tuttavia, gli organoidi derivati dai denti umani, preziosi per lo studio approfondito dello sviluppo, della rigenerazione e della malattia dei denti, non sono stati ancora stabiliti^20,21. Recentemente siamo riusciti a sviluppare un nuovo modello organoide a partire dal tessuto DF di terzi molari (denti del giudizio) estratti da pazienti adolescenti¹⁹.

Qui, descriviamo il protocollo per sviluppare colture organoidi epiteliali dal dente umano adulto (cioè dal DF dei terzi molari) (Figura 1A). Gli organoidi risultanti esprimono marcatori di stelo associati all’ERM pur essendo espandibili a lungo termine. Curiosamente, contrariamente alla maggior parte degli altri modelli di organoidi, l’EGF tipicamente necessario è ridondante per uno sviluppo e una crescita robusti di organoidi. È interessante notare che gli organoidi di staminale mostrano proprietà di differenziazione degli ameloblasti, imitando così le caratteristiche e i processi ERM / DESC che si verificano in vivo. Il nuovo e unico modello organoide qui descritto consente di esplorare la biologia, la plasticità e la capacità di differenziazione DESC e apre la porta per fare i primi passi verso approcci rigenerativi dei denti.