Células madre. Pocos descubrimientos de investigaciones son tan prometedores como ellos para expandir las opciones de tratamiento médico por sí solos. Milagrosamente capaces de actuar como transformadores, ya sea recreando o transformándose en una variedad de tipos de células que se encuentran dentro de los organismos de los que se originan, las células madre ofrecen a la humanidad la esperanza de nuevas, terapias más eficaces contra una serie de enfermedades crónicas y terminales. Y encontrarlos es sorprendentemente fácil.

"Las células madre se pueden extraer de casi cualquier tejido vivo, "dijo el Dr. James Mah, director del programa de educación avanzada de la UNLV en ortodoncia, doctor en cirugía dental, e investigador dental. "De hecho, las células madre incluso se pueden encontrar en los tejidos del difunto ".

Pero a pesar de todo su potencial, hay un problema:"Los mayores desafíos con las células madre son reunir una cantidad suficiente de ellas para trabajar y mantenerlas viables hasta que se necesiten, "Dijo el Dr. Mah.

Él y el profesor de ciencias biomédicas de la UNLV Karl Kingsley, junto con un puñado de estudiantes universitarios, graduado, y estudiantes de odontología postdoctorales:decidieron asumir este desafío, abriéndose paso en la investigación de células madre explorando esos blancos nacarados de nuevas formas. En el proceso, desarrollaron un nuevo método para extraer una gran cantidad de células madre que luego podrían preservar de una fuente sorprendentemente abundante:las muelas del juicio.

"Cada vez más adultos, aproximadamente 5 millones en todo el país, tienen sus muelas del juicio, o terceros molares, remoto, "Kingsley dijo." La extracción de dientes es relativamente común entre los pacientes que se someten a tratamientos de ortodoncia. Y la mayoría de esos dientes están sanos, que contiene pulpa viable de la raíz del diente que ofrece oportunidades para reproducir células que han sido dañadas o destruidas por lesiones o enfermedades ".

Un hueso duro de roer

La pulpa de la raíz del diente alberga dos tipos de células madre preciadas. El primero, células madre pluripotentes, tienen la capacidad de convertirse en cualquier célula del organismo del que proceden. El segundo, células madre multipotentes, transformarse en tipos específicos de células dentro de ese organismo.

Saber dónde encontrar estas células era una cosa. Recuperándolos, los investigadores sabían, sería otro.

Los métodos comunes para extraer la pulpa de la raíz implican perforar, quitando la parte superior de, o rompiendo el diente. Cada método tiene sus detrimentos, El Dr. Mah dijo:todo lo cual conduce a una baja tasa de recuperación de células madre:calor dañino de la perforación, se enjuagan los elementos corrosivos de los dientes de agua, partículas contaminantes de esmalte, y más. Entonces, los investigadores buscaron descubrir cómo extraer la pulpa de una manera que produjera consistentemente un mayor rendimiento.

"Inicialmente, la respuesta parecía simple:romper el diente por la mitad como una nuez y quitar la pulpa, "Dijo el Dr. Mah.

Desafortunadamente, los dientes tienen superficies irregulares y formas no uniformes, por lo que romper los dientes generalmente produce el mismo efecto que un martillo, reduciendo así el número de células madre viables.

Feliz Ghag, luego un estudiante de odontología que trabaja con el Dr. Mah y Kingsley en el proyecto, pensó que podría tener una solución al dilema. Se acercó a Mohamed Trabia (decano asociado de investigación de la UNLV Howard R. Hughes College of Engineering, estudios de postgrado, e informática) y Brendan O'Toole (director del Programa de Innovación de Mendenhall e investigador en ingeniería mecánica) para discutir el análisis de fracturas.

"Happy había revisado la literatura sobre mecánica de fracturas y se decidió por una técnica que marcaba el diente para permitir una rotura limpia, similar al proceso para el vidrio cortado a medida, ", Dijo O'Toole. Después de algunas discusiones, parte del personal de Ingeniería ayudó a Ghag a fabricar el dispositivo.

El instrumento completo, que el equipo de investigación denominó en broma "Tooth Cracker 5000, "utiliza una abrazadera para mantener un diente en posición para que una herramienta de corte marque la superficie y una cuchilla para romperla. El resultado:un diente perfectamente partido a la mitad, con acceso inmediato a la pulpa de la raíz no dañada ni contaminada.

Para O'Toole, esta fue solo otra colaboración exitosa entre las dos unidades, como Ingeniería Mecánica había estado interactuando con el programa de ortodoncia de la Facultad de Medicina Dental durante algunos años.

"Ortodoncia, por definición, es un tema de bioingeniería, "Dijo O'Toole." Ellos diseñan y colocan mecanismos en la boca de las personas que ayudan a mover los dientes a la posición óptima. La interacción entre nuestros departamentos tiene mucho sentido ".

Con el Tooth Cracker 5000 completo, El Dr. Mah y Kingsley probaron la tasa de fracturas de 25 dientes, logrando una tasa de éxito del 100 por ciento. La idea de la fractura y el prototipo de diseño habían funcionado perfectamente.

Excavando para el éxito

Ahora que los investigadores habían resuelto el desafío de acceder a la pulpa de la raíz, se trataba de determinar cuántas células madre viables podían recuperar de los dientes fracturados. Tasas promedio de recuperación de pulpa que emplean métodos de extracción comunes (es decir, aplastante, perforación, etc.) son alrededor del 20 por ciento, El Dr. Mah señaló.

Había llegado el momento de probar el temple de su nuevo método de fractura. El Dr. Mah y Kingsley tiñeron 31 muestras de pulpa de dientes fracturados para resaltar las células madre viables que contenían los dientes. Las células muertas se vuelven azules cuando se exponen al tinte. Las células vivas aparecerían claras.

Miraron bajo el microscopio. El ochenta por ciento de sus células extraídas permanecieron claras después de que se introdujo el tinte.

"Decir que los resultados de las pruebas fueron prometedores es una subestimación, "Dijo el Dr. Mah." Nos dimos cuenta de que habíamos inventado un proceso de extracción que producía cuatro veces la tasa de éxito de recuperación de las células madre viables. La aplicación potencial es enorme ".

Replicando para un día lluvioso

Después de dominar la fracturación y la extracción, Había llegado el momento de que el equipo determinara qué tipo de células madre podían recolectarse y cuál era la mejor forma de almacenarlas.

Las células normales dentro del cuerpo generalmente mueren después de 10 repeticiones o pases, mientras que las células madre pueden replicarse indefinidamente, Kingsley indicó. Para aislar las células madre del resto de la pulpa de la raíz, los investigadores recolectaron células de la pulpa y las cultivaron en una placa de Petri. Una vez que las células cubrieron el plato, dividieron el cultivo por la mitad y repitieron el proceso entre 10 y 20 veces.

Al final del cultivo, todas las células no madre habían expirado. Kingsley capturó las células madre restantes y recogió su ácido ribonucleico (ARN), que se convierte en proteínas que se convierten en biomarcadores que su equipo podría utilizar para caracterizar cada tipo de célula madre y su respectiva tasa de replicación.

"Los científicos de todo el mundo están tratando de averiguar qué tipo de células madre pueden ser inducidas a convertirse en nuevas células o en diferentes tipos de tejidos. ", Dijo Kingsley." Ya sabemos que algunas poblaciones de células madre de la pulpa dental se pueden convertir en neuronas, que podrían convertirse en terapias para enfermedades cognitivas como el Alzheimer o el Parkinson ".

Kingsley señaló que equipos de científicos de todo el mundo están trabajando con modelos animales para probar el uso de células madre para tratar afecciones neurológicas. Indicaciones tempranas, él dijo, son positivas. Aunque todavía se necesitan pruebas adicionales, Kingsley indicó que el siguiente paso lógico en esta investigación sería probar células madre en humanos para tratar cualquier número de enfermedades crónicas que enfrentan las personas.

"Existen aplicaciones potenciales de las células madre para múltiples enfermedades, incluido el cáncer, artritis, y enfermedad pulmonar, ", Dijo Kingsley." El próximo desafío es recolectar de manera confiable las células madre lo suficientemente temprano y almacenarlas con éxito para que puedan usarse cuando sea necesario ".

Preservando el premio

Según múltiples estudios, el número de células madre pluripotentes que se encuentran en los dientes disminuye drásticamente después de que los adultos alcanzan los 30 años, Dijo Kingsley. Sin embargo, las personas pueden donar células madre que se encuentran en sus dientes de la misma manera que pueden donar su sangre antes de un procedimiento quirúrgico o preservar sus cordones umbilicales. Si las personas optaban por que se les quitaran las muelas del juicio o se les realizara un tratamiento de conducto, sus células madre podrían recolectarse en ese momento y almacenarse para uso futuro.

Crear esa posibilidad ha llevado al Dr. Mah y Kingsley al siguiente paso en su investigación:el proceso criogénico.

"No hay criogénesis estándar, o proceso de congelación, para almacenar células madre, ", Dijo Kingsley." Hay varias organizaciones que recolectan y congelan los dientes para estudios y uso futuros, pero no hay evidencia sobre los efectos a largo plazo de la criopreservación. Aún no podemos responder cuánto tiempo sobrevivirán las células ".

En 2011, la estudiante de odontología Allison Tomlin estudió diferentes poblaciones de células madre y su viabilidad después de descongelarse. Cada año desde, Kingsley y su equipo descongelaron una parte de la muestra de Tomlin y evaluaron la viabilidad de las células madre restantes. Hallazgos iniciales, que Kingsley, Tomlin, y R. Michael Sanders (profesor de ciencias clínicas en la escuela de odontología) publicaron en su Biomateriales y biomecánica en bioingeniería El artículo "Los efectos de la criopreservación en las células madre mesenquimales derivadas de la pulpa dental humana" indica que las células que se dividen rápidamente tienen tasas más altas de viabilidad año tras año en comparación con las células que se dividen más lentamente. Si estos resultados permanecen constantes, las células madre podrían clasificarse antes del proceso de congelación en función de cuándo podrían ser necesarias.

"El trabajo que estamos haciendo el Dr. Kingsley y yo es parte de un cambio de paradigma, "El Dr. Mah dijo." Nuestro proceso de fracturamiento podría acelerar el proceso de recolección y criogénesis, preservando así un alto recuento de células madre que fomenta la investigación sobre cómo el uso de estas células puede ayudar a curar y potencialmente curar enfermedades ".