Zęby odgrywają kluczową rolę w przeżuwaniu, mowie i samopoczuciu psychicznym (obrazie siebie). Ząb ludzki składa się z wysoko zmineralizowanych tkanek o różnej gęstości i twardości1. Szkliwo zębów, główny składnik korony zęba, jest najbardziej zmineralizowaną tkanką w organizmie człowieka. Podczas tworzenia szkliwa (amelogenezy), gdy rozwijają się zęby, komórki macierzyste nabłonka zębów (DESC) różnicują się w komórki tworzące szkliwo (ameloblasty). Raz uformowane szkliwo jest rzadko naprawiane lub odnawiane z powodu apoptotycznej utraty ameloblastów na początku wyrzynania się zębów1. Odbudowa uszkodzonej tkanki szkliwa, spowodowanej urazem lub chorobą bakteryjną, jest obecnie realizowana przy użyciu materiałów syntetycznych; Są one jednak dotknięte istotnymi niedociągnięciami, takimi jak mikrowycieki, gorsza osteointegracja i zakotwiczenie, skończona żywotność i brak w pełni funkcjonalnej naprawy2. W związku z tym solidna i niezawodna hodowla ludzkich DEC ze zdolnością do generowania ameloblastów i potencjałem do wytwarzania zmineralizowanej tkanki byłaby dużym krokiem naprzód w dziedzinie regeneracji zębów.
Wiedza na temat fenotypu ludzkiego DESC i funkcji biologicznej jest rzadkością3,4,5. Co ciekawe, zaproponowano, że DES ludzkich zębów istnieją w resztkach komórek nabłonkowych Malasseza (ERM), skupiskach komórek obecnych w mieszku zębowym (DF), który otacza niewyrżnięte zęby i pozostaje obecny w więzadle przyzębia wokół korzenia po wyrzynaniu się zęba1. Stwierdzono, że komórki ERM hodowane wspólnie z miazgą zębową różnicują się w komórki podobne do ameloblastów i generują tkankę podobną do szkliwa6. Jednak dogłębne badania nad specyficzną rolą komórek ERM w (re-) generacji szkliwa były ograniczone ze względu na brak wiarygodnych modeli badawczych7. Obecne systemy hodowli in vitro ERM są utrudnione przez ograniczoną żywotność i szybką utratę fenotypu w standardowo stosowanych warunkach 2D8,9,10,11,12. W związku z tym bardzo potrzebny jest elastyczny system in vitro, który wiernie rozwijałby, badał i różnicował ludzkie DESC.
W ciągu ostatniej dekady, potężna technika hodowli nabłonkowych komórek macierzystych in vitro została z powodzeniem zastosowana do kilku typów (ludzkich) tkanek nabłonkowych w celu zbadania ich biologii, a także choroby13,14,15,16. Technologia ta umożliwia komórkom macierzystym nabłonka tkankowego samorozwój w struktury komórkowe 3D (tj. organoidy) po zasianiu do rusztowania naśladującego macierz zewnątrzkomórkową (ECM) (zwykle Matrigel) i hodowli w określonym pożywce replikującej sygnalizację niszy komórek macierzystych tkanki i / lub embriogenezę. Typowe czynniki wzrostu potrzebne do rozwoju organoidów obejmują naskórkowy czynnik wzrostu (EGF) i bezskrzydłe aktywatory miejsca integracji MMTV (WNT) 14,15,16. Powstałe w ten sposób organoidy charakteryzują się trwałą wiernością w naśladowaniu oryginalnych nabłonkowych komórek macierzystych tkanki, a także wysoką rozszerzalnością przy zachowaniu ich fenotypu i właściwości funkcjonalnych, pokonując w ten sposób często ograniczoną dostępność pierwotnych tkanek ludzkich nabytych w klinice. Aby ustalić organoidy, izolacja nabłonkowych komórek macierzystych z tkanki heterogenicznej (tj. obejmującej inne typy komórek, takich jak komórki mezenchymalne) przed hodowlą nie jest wymagana, ponieważ komórki mezenchymalne nie przyczepiają się do ECM ani nie rozwijają się w nim, co ostatecznie prowadzi do powstania czysto nabłonkowych organoidów13,16,17,18,19. Ta obiecująca i wszechstronna technologia doprowadziła do opracowania różnorodnych modeli organoidów z różnych ludzkich tkanek nabłonkowych. Jednak organoidy pochodzące z ludzkich zębów, cenne dla dogłębnych badań nad rozwojem, regeneracją i chorobami zębów, nie zostały jeszcze ustalone20,21. Niedawno udało nam się opracować taki nowy model organoidowy, zaczynając od tkanki DF z trzecich zębów trzonowych (zębów mądrości) pobranych od dorastających pacjentów19.
Tutaj opisujemy protokół tworzenia nabłonkowych kultur organoidowych z dorosłego ludzkiego zęba (tj. z DF trzecich zębów trzonowych) (Rysunek 1A). Powstałe w ten sposób organoidy wykazują ekspresję markerów macierzystych związanych z ERM, a jednocześnie są podatne na długoterminową ekspansję. Co ciekawe, w przeciwieństwie do większości innych modeli organoidów, zazwyczaj potrzebny EGF jest zbędny dla solidnego rozwoju i wzrostu organoidów. Co ciekawe, organoidy macierzyste wykazują właściwości różnicowania ameloblastów, naśladując w ten sposób cechy i procesy ERM/DESC zachodzące in vivo. Opisany tutaj nowy i unikalny model organoidów pozwala badać biologię, plastyczność i zdolność różnicowania DESC oraz otwiera drzwi do podjęcia pierwszych kroków w kierunku podejścia regeneracyjnego zębów.