기계론적 연구 및 재생 요법을 향한 강력한 도구로 인간의 치아에서 오가노이드를 확립

치아는 음식 매스틱화, 연설 및 심리적 웰빙 (자기 이미지)에 필수적인 역할을합니다. 인간의 치아는 다양한 밀도와 경도의 고도로 미네랄화 된 조직으로 구성됩니다¹. 치아 크라운의 주요 구성 요소 인 치과 에나멜은 인체에서 가장 높은 미네랄 화 된 조직입니다. 에나멜 형성 (amelogenesis) 동안, 치아가 발달 할 때, 치과 상피 줄기 세포 (DESCs)는 에나멜 형성 세포 (아멜로 아세포)로 분화됩니다. 일단 형성되면, 에나멜은 치아 분출 시작시 아멜로 아멜 세포의 사멸 적 손실로 인해 거의 수리되거나 갱신되지 않습니다¹. 외상이나 박테리아 질환으로 인한 손상된 에나멜 조직의 복원은 현재 합성 물질을 사용하여 수행됩니다. 그러나 이들은 미세 누출, 열등한 골유착 및 앵커리지, 유한 수명 및 완전한 기능 수리 부족과 같은 중요한 단점으로 인해 어려움을 겪고 있습니다². 따라서 아멜로아세포를 생성할 수 있는 능력과 미네랄화된 조직을 생산할 수 있는 잠재력을 갖춘 인간 DESC의 견고하고 신뢰할 수 있는 문화는 치과 재생 분야에서 중요한 진전이 될 것입니다.

인간 DESC 표현형과 생물학적 기능에 대한 지식은 ^3,4,5 부족하다. 흥미롭게도, 인간 치아의 DESCs는 말라세즈의 상피 세포 휴식 (ERM), 분출되지 않은 치아를 둘러싸고있는 치과 모낭 (DF) 내에 존재하는 세포 클러스터에 존재하는 것으로 제안되었으며, 치아가 분출되면 뿌리 주변의 치주 인대에 남아 있습니다¹. 치과용 펄프와 공동 배양된 ERM 세포는 아멜로아세포형 세포로 분화하여 에나멜 유사 조직을 생성하는 것으로 밝혀졌다⁽⁶). 그러나, 에나멜(재)생성에서 ERM 세포의 특정 역할에 대한 심오한 연구는 신뢰할 수 있는 연구 모델⁷의 부족으로 인해 제한되었다. 현재의 ERM 시험관내 배양 시스템은 표준적으로 사용되는^2D 조건에서 제한된 수명과 표현형의 빠른 손실로 인해 방해를 받고 있습니다 8,9,10,11,12. 따라서 인간 DESC를 충실하게 확장, 연구 및 차별화하기위한 견인 가능한 시험관 내 시스템이 강력하게 필요합니다.

지난 십 년 동안, 시험관 내에서 상피 줄기 세포를 성장시키는 강력한 기술은 그들의 생물학뿐만 아니라 질병^13,14,15,16을 연구하기 위해 여러 유형의 (인간) 상피 조직에 성공적으로 적용되었습니다. 이 기술은 조직 상피 줄기 세포가 세포외 매트릭스 (ECM)에 시딩될 때 3D 세포 구조 (즉, 오가노이드)로 자체 발달 할 수있게 해줍니다 – 스캐폴드 (전형적으로, Matrigel)를 모방하고 조직의 줄기 세포 틈새 신호 전달 및 / 또는 배아 발생을 복제하는 정의 된 배지에서 배양됩니다. 오가노이드 발달에 필요한 전형적인 성장 인자는 표피 성장 인자 (EGF) 및 날개 없는 유형 MMTV 통합 부위 (WNT) 활성화제^14,15,16을 포함한다. 생성 된 오가노이드는 조직의 원래 상피 줄기 세포를 모방하는 데 지속적인 충실성뿐만 아니라 표현형 및 기능적 특성을 유지하면서 높은 확장성을 특징으로하므로 클리닉에서 획득 한 것처럼 종종 제한된 일차 인간 조직 가용성을 극복합니다. 오가노이드를 확립하기 위해, 배양하기 전에 이종 조직으로부터 상피 줄기 세포의 단리(즉, 중간엽 세포와 같은 다른 세포 유형을 포함함)는 중간엽 세포가 ECM에 부착되거나 번성하지 않기 때문에 필요하지 않으며, 결국 순전히 상피 오가노이드^{13,16,17,18,19}를 초래한다. . 이 유망하고 다재다능한 기술은 다양한 인간 상피 조직에서 다양한 오가노이드 모델을 개발하도록 이끌었습니다. 그러나 치아 발달, 재생 및 질병에 대한 심층적 인 연구에 가치있는 인간 치아 유래 오가노이드는 아직^20,21 개가 확립되지 않았습니다. 우리는 최근에 청소년 환자¹⁹에서 추출한 세 번째 어금니(사랑니)로부터 DF 조직으로부터 출발하여 이러한 새로운 오가노이드 모델을 개발하는 데 성공했다.

여기에서, 우리는 성인 인간 치아로부터 (즉, 세 번째 어금니의 DF로부터) 상피 오가노이드 배양물을 개발하는 프로토콜을 설명한다 (도 1A). 생성된 오가노이드는 ERM 관련 줄기 마커를 발현하면서 장기간 확장 가능하다. 흥미롭게도, 대부분의 다른 오가노이드 모델과는 반대로, 전형적으로 필요한 EGF는 강력한 오가노이드 발달 및 성장을 위해 중복된다. 흥미롭게도, 줄기 오가노이드는 아멜로아세포 분화 특성을 보여주며, 따라서 생체내에서 발생하는 ERM/DESC 특징과 과정을 모방한다. 여기에 설명 된 새롭고 독특한 오가노이드 모델을 통해 DESC 생물학, 가소성 및 분화 능력을 탐구 할 수 있으며 치아 재생 접근법을 향한 첫 걸음을 내딛을 수있는 문을 열어줍니다.