DOI: https://doi.org/10.1186/s12951-024-02542-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38760763
تاريخ النشر: 2024-05-17
المؤلف: Hui Lü وآخرون
الموضوع الرئيسي: طب الأسنان الداخلي وعلاجات قنوات الجذر
نظرة عامة
**نظرة عامة**
تمثل تجديد اللب استراتيجية مبتكرة لعلاج الأسنان الدائمة غير الناضجة المتأثرة بنخر اللب، باستخدام مزيج من الخلايا الجذعية والهياكل والعوامل النمو. تسلط التطورات الأخيرة الضوء على إمكانيات الحويصلات خارج الخلوية المستمدة من الخلايا الجذعية (EVs) كنهج جديد في هذا المجال. لقد أظهرت الدراسات أن تهيئة هذه الحويصلات تعزز من فعاليتها العلاجية، بينما تعتبر الهياكل الفعالة ضرورية لحماية الحويصلات من التحلل السريع. تركز هذه الدراسة على تطوير هيدروجيل قابل للحقن يحتوي على حويصلات مستمدة من خلايا جذعية تم تمييزها مسبقًا من الأسنان اللبنية البشرية المتساقطة (SHEDs) وتقييم تأثيرها على تجديد اللب.
تشير النتائج إلى أن تهيئة SHEDs تعزز بشكل كبير الخصائص الوظيفية للحويصلات، والتي، عند دمجها مع هيدروجيل GelMA، تعزز بشكل فعال تكوين العاج من خلال زيادة تمايز الخلايا الجذعية اللبية السنية (DPSCs). توضح هذه الأبحاث بنجاح استخراج الحويصلات الوظيفية من SHEDs المهيأة وبناء مركب هيدروجيل يعزز تكاثر الخلايا الجذعية اللبية السنية وهجرتها في المختبر، بالإضافة إلى تسهيل تكوين العاج في الجسم الحي. ومن الجدير بالذكر أن هذه الدراسة هي الأولى التي تدمج الحويصلات الهندسية من SHED مع هيدروجيل لتجديد اللب، مما يبرز الدور الواعد للهيدروجيلات المحاطة بالحويصلات كأداة بيوميميتية في هندسة الأنسجة السنية.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” في ورقة البحث التصميم التجريبي والتقنيات التحليلية المستخدمة للتحقيق في أسئلة البحث. استخدمت الدراسة نهجًا كميًا، مع دمج التحليلات الإحصائية لتقييم البيانات المجمعة من تجارب مختلفة. تضمنت المنهجيات المحددة تجارب مختبرية محكومة، حيث تم التلاعب بالمتغيرات بشكل منهجي لمراقبة تأثيراتها على النتائج المعنية.
شملت جمع البيانات استخدام أدوات موحدة لضمان الموثوقية والصلاحية، بينما تم تطبيق اختبارات إحصائية مثل ANOVA وتحليل الانحدار لتقييم العلاقات بين المتغيرات. تم تحديد حجم العينة بناءً على تحليل القوة لضمان تمثيل كافٍ وأهمية إحصائية. بشكل عام، تم تصميم الطرق بدقة لتسهيل استنتاجات قوية بشأن الفرضيات التي تم اختبارها في الدراسة.
النتائج
في هذه الدراسة، استخدمنا بنجاح وسط تحفيز تكوّن العاج (OM) لاستخراج حويصلات خارج الخلية الوظيفية (OM-EV) من الخلايا الجذعية المستمدة من الأسنان اللبنية البشرية المتساقطة (SHEDs). عند تركيز 20 ميكروغرام/مل، عززت OM-EV بشكل كبير تكاثر وهجرة الخلايا الجذعية اللبية السنية (DPSCs) مقارنةً بالحويصلات خارج الخلوية التقليدية (CM-EV). أظهرت التحليلات في المختبر أن OM-EV عززت التمايز العاجي بشكل أكثر فعالية من CM-EV، كما يتضح من صبغة الفاليدين الحمراء وألكالين فوسفاتاز، بالإضافة إلى زيادة التعبير عن علامات التمايز العاجي. اقترحت التسلسلات عالية الإنتاجية أن هذه التأثيرات المتفوقة قد تكون مرتبطة بتنشيط مسار إشارة AMPK/mTOR.
بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتطوير هيدروجيل من الجيلاتين الميثاكريلي (GelMA) قابل للتقاطع الضوئي لتغليف OM-EV، والذي أظهر إطلاقًا مستدامًا وتوافقًا حيويًا مع DPSCs. سهل الهيدروجيل إدخال OM-EV بواسطة DPSCs، مما عزز بقائها وهجرتها. أظهرت التجارب في الجسم الحي التي تضمنت شرائح جذور الأسنان المزروعة تحت الجلد في الفئران العارية أن الهيدروجيل المحاط بـ OM-EV عزز تكوين العاج، مما أدى إلى زيادة تكوين الأنسجة المعدنية وارتفاع مستويات بروتين الفوسفاتيد الدهني للعاج (DSPP) وبروتين مصفوفة العاج-1 (DMP-1) بعد 8 أسابيع. تسلط هذه الأبحاث الضوء على إمكانيات الحويصلات المستمدة من SHED المدمجة مع هيدروجيل GelMA كنهج جديد لتجديد اللب، مما يقدم استراتيجية بيوميميتية واعدة لهندسة الأنسجة السنية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم عزل وتوصيف الخلايا الجذعية البشرية من الأسنان اللبنية المتساقطة (SHEDs) وخلايا الجذعية اللبية السنية من الأضراس الثالثة المتأثرة (DPSCs) بنجاح. عرضت كلا النوعين من الخلايا أشكالًا تشبه المغزل وأظهرت قدرات تكاثر كبيرة، حيث أظهرت SHEDs قدرة تكاثر أقوى من DPSCs. أكدت تقنية تحليل التدفق التعبير عن علامات الخلايا الجذعية الميزانشيمية (CD44، CD73، CD90، وCD105) بينما كانت سلبية بالنسبة للعلامات الدموية (CD34 وCD45). علاوة على ذلك، أظهرت كلا النوعين من الخلايا تعددية القدرات، كما يتضح من قدرتها على التمايز إلى سلالات عظمية وشحمية.
ركزت الدراسة أيضًا على عزل وتوصيف الحويصلات خارج الخلوية (EVs) المستمدة من SHEDs المزروعة تحت ظروف مختلفة. تم تحديد الحويصلات باستخدام المجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، والمجهر القوة الذرية (AFM)، وتحليل تتبع الجسيمات النانوية (NTA)، وWestern blotting، مما يؤكد نجاح عزلها وخصائصها المميزة. ومن الجدير بالذكر أن الدراسة أظهرت أن الحويصلات العاجية (OM-EVs) عززت تكاثر وهجرة DPSCs بشكل أكثر فعالية من الحويصلات التقليدية (CM-EVs). بالإضافة إلى ذلك، عززت OM-EVs بشكل كبير التمايز العاجي لـ DPSCs، كما يتضح من زيادة تكوين العقد الكالسيومية وارتفاع التعبير عن علامات التمايز العاجي (DSPP، DMP-1، ALP، وRunx2) مع مرور الوقت. كشفت تسلسلات الميكرو RNA أن التمايز المسبق لـ SHEDs غيرت ملفات الميكرو RNA في OM-EVs، مما يشير إلى دور تنظيمي في الوظائف البيولوجية لهذه الحويصلات. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على إمكانيات SHEDs والحويصلات المستمدة منها في تطبيقات طب الأسنان التجديدي وهندسة الأنسجة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12951-024-02542-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38760763
Publication Date: 2024-05-17
Author(s): Hui Lü et al.
Primary Topic: Endodontics and Root Canal Treatments
Overview
**Overview**
Pulp regeneration represents an innovative strategy for treating immature permanent teeth affected by pulp necrosis, utilizing a combination of stem cells, scaffolds, and growth factors. Recent advancements highlight the potential of stem cell-derived extracellular vesicles (EVs) as a novel approach in this field. Preconditioning of these EVs has been shown to enhance their therapeutic efficacy, while effective scaffolding is crucial for protecting EVs from rapid degradation. This study focuses on the development of an injectable hydrogel containing EVs derived from pre-differentiated stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHEDs) and evaluates their impact on pulp regeneration.
The results indicate that preconditioning SHEDs significantly enhances the functional properties of EVs, which, when combined with GelMA hydrogel, effectively promote dentinogenesis by upregulating the odontogenic differentiation of dental pulp stem cells (DPSCs). This research successfully demonstrates the extraction of functional EVs from preconditioned SHEDs and the construction of a hydrogel complex that promotes DPSC proliferation and migration in vitro, as well as facilitating dentinogenesis in vivo. Notably, this study is the first to integrate SHED-engineered EVs with a hydrogel for pulp regeneration, underscoring the promising role of OM-EV-encapsulated hydrogels as a biomimetic tool in dental tissue engineering.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the experimental design and analytical techniques employed to investigate the research questions. The study utilized a quantitative approach, incorporating statistical analyses to evaluate the data collected from various experiments. Specific methodologies included controlled laboratory experiments, where variables were systematically manipulated to observe their effects on the outcomes of interest.
Data collection involved the use of standardized instruments to ensure reliability and validity, while statistical tests such as ANOVA and regression analysis were applied to assess the relationships between variables. The sample size was determined based on power analysis to ensure adequate representation and statistical significance. Overall, the methods were rigorously designed to facilitate robust conclusions regarding the hypotheses tested in the study.
Results
In this study, we successfully utilized an odontogenic induction medium (OM) to derive functional extracellular vesicles (OM-EV) from stem cells obtained from human exfoliated deciduous teeth (SHEDs). At a concentration of 20 µg/mL, OM-EV significantly enhanced the proliferation and migration of dental pulp stem cells (DPSCs) compared to conventional extracellular vesicles (CM-EV). The in vitro analysis indicated that OM-EV promoted odontogenic differentiation more effectively than CM-EV, as evidenced by Alizarin red phalloidin and alkaline phosphatase staining, along with increased expression of odontogenic markers. High-throughput sequencing suggested that these superior effects may be linked to the activation of the AMPK/mTOR signaling pathway.
Additionally, we developed a photocrosslinkable gelatin methacryloyl (GelMA) hydrogel to encapsulate OM-EV, which demonstrated sustained release and biocompatibility with DPSCs. The hydrogel facilitated the internalization of OM-EV by DPSCs, enhancing their survival and migration. In vivo experiments involving tooth root slices transplanted subcutaneously in nude mice showed that the OM-EV-encapsulated hydrogel promoted dentinogenesis, leading to increased mineralized tissue formation and elevated levels of dentin sialophosphoprotein (DSPP) and dentin matrix protein-1 (DMP-1) after 8 weeks. This research highlights the potential of SHED-derived EVs combined with GelMA hydrogel as a novel approach for pulp regeneration, offering a promising biomimetic strategy for dental tissue engineering.
Discussion
In this study, human stem cells from exfoliated deciduous teeth (SHEDs) and dental pulp stem cells from impacted third molars (DPSCs) were successfully isolated and characterized. Both cell types exhibited spindle-like morphologies and demonstrated significant proliferation capabilities, with SHEDs showing a stronger proliferative ability than DPSCs. Flow cytometry confirmed the expression of mesenchymal stem cell markers (CD44, CD73, CD90, and CD105) while being negative for hematopoietic markers (CD34 and CD45). Furthermore, both cell types exhibited multipotentiality, as evidenced by their ability to differentiate into osteogenic and adipogenic lineages.
The study also focused on the isolation and characterization of extracellular vesicles (EVs) derived from SHEDs cultured under different conditions. The EVs were identified using transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), nanoparticle tracking analysis (NTA), and Western blotting, confirming their successful isolation and distinct characteristics. Notably, the study demonstrated that odontogenic EVs (OM-EVs) enhanced the proliferation and migration of DPSCs more effectively than conventional EVs (CM-EVs). Additionally, OM-EVs significantly promoted the odontogenic differentiation of DPSCs, as indicated by increased calcium nodule formation and elevated expression of odontogenic markers (DSPP, DMP-1, ALP, and Runx2) over time. MicroRNA sequencing revealed that pre-differentiation of SHEDs altered the microRNA profiles in OM-EVs, suggesting a regulatory role in the biological functions of these vesicles. Overall, the findings highlight the potential of SHEDs and their derived EVs in regenerative dentistry and tissue engineering applications.