© Borgis - Nowa Stomatologia 4/2014, s. 178-182
*Alicja Mackiewicz1, Tomasz Lekszycki2, Dorota Olczak-Kowalczyk1
Komórki macierzyste z miazgi zęba ludzkiego (DPSCs). Charakterystyka i możliwości zastosowania – przegląd piśmiennictwa
Dental pulp stem cells (DPSCs). Characteristics and application – a review
1Zakład Stomatologii Dziecięcej, Instytut Stomatologii, Warszawski Uniwersytet Medyczny
Kierownik Zakładu: prof. dr hab. n. med. Dorota Olczak-Kowalczyk
2Zakład Konstrukcji Maszyn i Inżynierii Biomedycznej, Instytut Mechaniki i Poligrafii, Politechnika Warszawska
Kierownik Zakładu: prof. nzw. dr hab. inż. Tomasz Lekszycki
Summary
The dental pulp stem cells (DPSCs) are the fraction of the mesenchymal stem cells and can be characterized by the properties of all stem cells, such as self-renewal, multipotential character and the presence of the STRO-1 receptor on their surface. DPSCs possess the ability to secrete the components of the extracellular matrix and the dentine building proteins. They are mainly isolated from young human teeth, such as the completely impacted third molars. The cells identification covers colony forming tests, phenotypic assays, behavioral aspects and specific surface markers testing. Isolated and tested cells may be kept in liquid nitrogen using the cryopreservation technique for up to 6 months. Different culture conditions provide multiple differentiation modes, which enables obtaining specific progenitor cells. DPSCs may be used in various medicine disciplines, as well as in dentistry. Nowadays, the DPSCs have become an attractive source for tissue engineering using different biological scaffolds. The scaffolds are three-dimensional structures providing an ideal framework and morphogenic molecules constituents for the cells. Their application covers the treatment of neurodegenerative diseases, ex. the Parkinson disease, the regenerative endodontics and the post-traumatic treatment of young permanent teeth in the revascularization method. They also provide a great source of cells used in regenerative tissue engineering. The banking of the cells is also available via cryopreservation. In dentistry, DPSCs decide for the pulps regenerative and defensive potential and are the future of the regenerative dentistry as well as an ideal scientific research material.
Wstęp
Miazga zęba ludzkiego jest zbudowana z substancji podstawowej oraz elementów komórkowych, do których należą m.in. odontoblasty, fibroblasty oraz komórki macierzyste tkanki zęba (ang. dental stem cells – DSCs), będące frakcją komórek macierzystych mezenchymy (ang. mesenchymal stem cells – MSCs). Wśród komórek DSCs wyróżniamy: komórki macierzyste z miazgi zęba ludzkiego (ang. dental pulp stem cells – DPSCs), komórki macierzyste z miazgi zęba mlecznego (ang. stem cells from human exfoliated deciduous teeth – SHEDs), komórki macierzyste więzadła ozębnowego (ang. periodontal ligament stem cells – PDLSCs), komórki macierzyste brodawki wierzchołkowej (ang. stem cells from apical papilla – SCAP) oraz komórki progenitorowe pęcherzyka zębowego (ang. dental follicle progenitor cells – DFPCs) (1-7). Komórki macierzyste są niezróżnicowanymi komórkami embrionalnymi lub dojrzałymi komórkami postnatalnymi, które cechuje ciągły potencjał proliferacyjny. Są one samoodnawialne (ang. self-renewal) i posiadają zdolność tworzenia komórek progenitorowych (prekursorowych), czyli różnicowania się do każdej wyspecjalizowanej komórki (tzw. totipotencjalność) (1, 8). DPSCs są klasyfikowane jako wyspecjalizowane dojrzałe (postnatalne) komórki macierzyste (ang. adult stem cells), zróżnicowane na skutek działania czynników zewnętrznych, doprowadzających do przerwania procesu samoodnawiania się DSCs. DPSCs, w przeciwieństwie do MSCs, wykazują charakter multipontentny, co oznacza, że mogą się różnicować do przynajmniej trzech różnych linii komórkowych, takich jak odontoblasty, osteoblasty, komórki endotelium, nerwowe i tłuszczowe (2, 3, 9, 10). Pierwszymi komórkami macierzystymi wykorzystywanymi w medycynie były komórki macierzyste szpiku kostnego (ang. bone marrow stem cells – BMSCs). Ich pozyskiwanie było obciążające i niebezpieczne dla pacjenta. Próby wyizolowania i oznaczenia DPSCs zostały podjęte w końcu XX wieku, głównie z uwagi na ich znane zdolności proliferacyjne i regeneracyjne oraz potencjalną możliwość zastąpienia nimi BMSCs (3).
Dojrzałe odontoblasty, będące komórkami odpowiedzialnymi za sekrecję substancji budujących macierz zewnątrzkomórkową zębiny (ang. extracellular matrix – ECM) i jej dalszą mineralizację, w odpowiedzi na czynniki drażniące miazgę wydzielają szereg substancji obronnych (cytokiny, interleukiny, chemokiny), które mają za zadanie eliminację zagrożenia (1-3, 5, 11-15). W chwili opanowania ostrego stanu zapalnego następuje proces naprawczy tkanek twardych zęba (1). Udowodniono stymulujący wpływ interleukiny 1 (IL-1), transformujących czynników wzrostu β1 i β2 (TGF-β1, TGF-β2) oraz materiałów odontotropowych, takich jak np. wodorotlenek wapnia, na wydzielanie kolagenu zębiny przez komórki miazgi (11, 12, 16-19). Nowo powstała tkanka twarda odseparowuje miazgę zęba od strefy degradacji tkanki. Grubość warstwy zębiny oddzielającej dno ubytku próchnicowego od miazgi zęba jest ważnym czynnikiem warunkującym przeżycie odontoblastów. W przypadku działania silnego bodźca komórki leżące w bezpośredniej strefie jego oddziaływania obumierają. Ich funkcję sekrecyjną przejmują komórki miazgi właściwej, w tym DSCs, a nowo powstała tkanka nazywana jest zębiną reparacyjną (7, 17, 20).
DPSCs posiadają wszystkie cechy komórek macierzystych, o czym świadczy obecność na ich powierzchni receptora STRO-1 – specyficznego epitopu komórek mezenchymalnych (3, 4, 10, 21). Ponadto, na ich powierzchni wykazano obecność receptorów charakterystycznych dla śródbłonka (CD106, CD146, cząsteczka adhezji komórkowej naczyń 1 [VCAM-1]), tkanek okołonaczyniowych (CD146, 3G5, ACTA2), kości, zębiny i cementu (białko morfogenetyczne kości [ang. bone morphogenetic protein – BMP], fosfataza zasadowa [ang. alkaline phosphatase – ALP], osteonektyna [ang. osteonectin – OSN], osteopontyna [ang. osteopontin – OSP], kostna sialoproteina [ang. bone sialoprotein – BSP]) oraz fibroblastów (kolagen typu I, III oraz czynnik wzrostu fibroblastów 2 [FGF-2]) (1, 21, 22).
DPSCs charakteryzują się wysokim potencjałem proliferacyjnym, wzrostowym i zdolnością wydzielania mediatorów wzrostu komórkowego, takich jak kinazy-6 zależnej od cyklin (ang. cyclin-dependent kinase-6 – CDK-6) oraz insulinopodobnego czynnika wzrostu (ang. insulin-like growth factor – IGF) (3). DPSCs posiadają również na swojej powierzchni receptory odpowiadające za rozpoznawanie bakterii, tj. TLR-2, TLR-4 (ang. toll-like receptors – TLR) oraz wydzielają naczyniowy endotelialny czynnik wzrostu (ang. endothelial growth factor – EGF) w odpowiedzi na lipopolisacharyd (23). Różnicowanie DPSCs w dojrzałe odontoblasty następuje na skutek stymulacji przez bodźce zewnętrzne i białka sygnałowe (głównie czynniki wzrostu takie jak TGF-1, TGF-3, BMP-2, IFG-1) wydzielane przez dojrzałe odontoblasty oraz nabłonek wewnętrzny narządu szkliwotwórczego. Udowodniono również, że w warunkach fizjologicznych oraz w obecności białek macierzy zębiny i pozostałych czynników wzrostu może dojść do rozpoczęcia procesu różnicowania DPSCs w odontoblasty, nawet w przypadku braku wewnętrznego nabłonka narządu szkliwotwórczego lub błony podstawnej (24-26). Na proces migracji DPSCs z ich niszy bytowania wpływają białka sygnałowe z rodziny receptorów efedrynowych dla kinazy tyrozynowej subklasy B – EphB/efedryna-B (1, 27).
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Sedgley CM, Botero TM: Dental stem cells and their sources. Dent Clin N Am 2012; 56: 549-561. 2. Olender E, Kamiński A, Uhrynowska-Tyszkiewicz I, Wanyura H: Komórki macierzyste tkanek zęba i możliwości odtwarzania struktur zęba – przegląd piśmiennictwa. Czas Stomatol 2010; 63(11): 682-692. 3. Kacprzyńska E, Maciejewska I: Komórki macierzyste pochodzenia zębowego. Możliwości zastosowania we współczesnej stomatologii i potencjalne kierunki rozwoju – przegląd piśmiennictwa. Post Biol Komórki 2011; 38(3): 467-473. 4. Huang GT-J, Gronthos S, Shi S: Mesenchymal stem cells derived from dental tissues vs. those from other sources: their biology and role in regenerative medicine. J Dent Res 2009; 88(9): 792-806. 5. Huang GT-J, Sonoyama W, Liu Y et al.: The hidden treasure in apical papilla: the potential role in pulp/dentin regeneration and bioroot engineering. J Endod 2008; 34(6): 645-651. 6. Suchánek J, Soukup T, Ivančaková R et al.: Human dental stem cells – isolation and long term cultivation. ACTA MEDICA (Hradec Králové) 2007; 50(3): 195-201. 7. Goldberg M, Smith AJ: Cells and extracellular matrices of dentin and pulp: a biological basis for repair and tissue engineering. Crit Rev Oral Biol Med 2004; 15(1): 13-27. 8. Fuchs E, Segre JA: Stem cells: a new lease on life. Cell 2000; 100: 143-155. 9. Feng JQ, Luan X, Wallace J et al.: Genomic organization, chromosomal mapping, and promoter analysis of the mouse dentin sialophosphoprotein (Dspp) gene, which codes for both dentin sialoprotein and dentin phosphoprotein. J Biol Chem 1998; 273: 9457-9464. 10. Yu J, He H, Tang Ch et al.: Differentiation potential of STRO-1 + dental pulp stem cells changes during cell passaging. BMC Cell Biol 2010; 11: 32. 11. Chan CP, Lan WH, Chang MC et al.: Effects of TGF-βs on the growth, collagen synthesis and collagen lattice contraction of human dental pulp fibroblasts in vitro. Arch Oral Biol 2005; 50: 469-479. 12. Durand SH, Flacher V, Roméas A et al.: Lipoteichoic acid increases TLR and functional chemokine expression while reducing dentin formation in in vitro differentiated human odontoblasts. J Immunol 2006; 176(5): 2880-2887. 13. Pääkkonën V, Vuoristo J, Salo T, Tjäderhane L: Effects of TGF-β1 on interleukin profile of human dental pulp and odontoblasts. Cytokine 2007; 40(1): 44-51. 14. Veerayutthwilai O, Byers MR, Pham T-TT et al.: Differential regulation of immune responses by odontoblasts. Oral Microbiol Immunol 2007; 22(1): 5-13. 15. Eni Juliana A, Hisham S, Rohaya MAW, Nik Marzuki S: Molecular existence of mature odontoblast and osteoblast cells in adult human pulp tissues. Asian J Biochem 2009; 4(2): 36-44. 16. Yang LC, Huang FM, Lin CS et al.: Induction of interleukin-8 gene expression by black-pigmented Bacteroides in human pulp fibroblasts and osteoblasts. Int Endod J 2003; 36(11): 774-779. 17. Smith AJ, Cassidy N, Perry H et al.: Reactionary dentinogenesis. Int J Dev Biol 1995; 39: 273-280. 18. Cavalcanti BN, Rode SM, Marques MM: Cytotoxicity of substances leached or dissolved from pulp capping materials. Int Endod J 2005; 38: 505-509. 19. Demarco FF, Tarquinio SBC, Jaeger MMM et al.: Pulp response and cytotoxicity evaluation of 2 dentin bonding agents. Quintess Int 2001; 32(3): 211-220. 20. Mitsiadis TA, Fried K, Goridis C: Reactivation of delta-notch signaling after injury: complementary expression patterns of ligand and receptor in dental pulp. Exp Cell Res 1999; 246: 312-318. 21. Gronthos S, Mankani M, Brahim J et al.: Postnatal human dental pulp stem cells (DPSCs) in vitro and in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A 2000; 97(25): 13625-13630. 22. Shi S, Bartold PM, Miura M et al.: The efficacy of mesenchymal stem cells to regenerate and repair dental structures. Orthod Craniofac Res 2005; 8: 191-199. 23. Yamagishi VT-K, Torneck CD, Friedman S et al.: Blockade of TLR2 inhibits Porphyromonas gingivalis suppression of mineralized matrix formation by human dental pulp stem cells. J Endod 2011; 37(6): 812-818. 24. Ruch JV, Lesot H, Bègue-Kirn C: Odontoblast differentation. Int J Dev Biol 1995; 39: 51-68. 25. Bègue-Kirn C, Smith AJ, Ruch JV et al.: Effects of dentin proteins, transforming growth factor β1 (TGFβ1) and bone morphogenetic protein 2 (BMP2) on the differentiation of odontoblast in vitro. Int J Dev Biol 1992; 36: 491-503. 26. Leprince JG, Zeitlin BD, Tolar M, Peters OA: Interactions between immune system and mesenchymal stem cells in dental pulp and periapical tissues. Int Endod J 2012; 45: 689-701. 27. Stokowski A, Shi S, Sun T et al.: EphB/Ephrin-B interaction mediates adult stem cell attachment, spreading, and migration: implications for dental tissue repair. Stem Cells 2007; 25: 156-164. 28. Goldberg M, Six N, Chaussain C et al.: Dentin extracellular matrix molecules implanted into exposed pulps generate reparative dentin: a novel strategy in regenerative dentistry. J Dent Res 2009; 88(5): 396-399. 29. Buchaille R, Couble ML, Magloire H, Bleicher F: A substractive PCR-based cDNA library from human odontoblast cells: identification of novel genes expressed in tooth forming cells. Matrix Biol 2000; 19: 421-430. 30. Arthur A, Rychkov G, Shi S et al.: Adult human dental pulp stem cells differentiate toward functionally active neurons under appropriate environmental cues. Stem Cells 2008; 26: 1787-1795. 31. Chen Y-K, Huang AH-C, Chan AW-S et al.: Human dental pulp stem cells derived from different cryopreservation methods of human dental pulp tissues of diseased teeth. J Oral Pathol Med 2011; 40: 793-800. 32. Stevens A, Zuliani T, Olejnik C et al.: Human dental pulp stem cells differentiate into neural crest-derived melanocytes and have label-retaining and sphere-forming abilities. Stem Cells Dev 2008; 17: 1175-1184. 33. Yamada Y, Ito K, Nakamura S et al.: Promising cell-based therapy for bone regeneration using stem cells from deciduous teeth, dental pulp, and bone marrow. Cell Transplant 2011; 20: 1003-1013. 34. Prescott RS, Alsanea R, Fayad MI et al.: In vivo generation of dental pulp-like tissue by using dental pulp stem cells, a collagen scaffold, and dentin matrix protein 1 after subcutaneous transplantation in mice. J Endod 2008; 34(4): 421-426. 35. Nesti C, Pardini C, Barachini S et al.: Human dental pulp stem cells protect mouse dopaminergic neurons against MPP+ or rotenone. Brain Res 2011; 1367: 94-102. 36. Huang GT-J: Apexification: the beginning of its end. Int Endod J 2009; 42: 855-866.
