.
Os organoides agora foram criados a partir de células-tronco para secretar as proteínas que formam o esmalte dentário, a substância que protege os dentes de danos e cáries. Uma equipe multidisciplinar de cientistas da Universidade de Washington em Seattle liderou esse esforço.
“Este é um primeiro passo crítico para nosso objetivo de longo prazo de desenvolver tratamentos baseados em células-tronco para reparar dentes danificados e regenerar aqueles que foram perdidos”, disse Hai Zhang, professor de odontologia restauradora na UW School of Dentistry e um dos co–autores do artigo que descreve a pesquisa.
As descobertas foram publicadas hoje na revista Célula de Desenvolvimento. Ammar Alghadeer, um estudante de pós-graduação no laboratório de Hannele Ruohola-Baker, no Departamento de Bioquímica da UW School of Medicine, foi o principal autor do artigo. O laboratório é afiliado ao UW Medicine Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine.
Os pesquisadores explicaram que o esmalte dentário protege os dentes das tensões mecânicas incorridas pela mastigação e os ajuda a resistir à cárie. É o tecido mais duro do corpo humano.
O esmalte é feito durante a formação do dente por células especializadas chamadas amelobastos. Quando a formação dos dentes está completa, essas células morrem. Consequentemente, o corpo não tem como reparar ou regenerar o esmalte danificado, e os dentes podem se tornar propensos a fraturas ou sujeitos a perdas.
Para criar ameloblastos em laboratório, os pesquisadores primeiro tiveram que entender o programa genético que leva as células-tronco fetais a se desenvolverem nessas células produtoras de esmalte altamente especializadas.
Para fazer isso, eles usaram uma técnica chamada sequenciamento de RNA de indexação combinatória de célula única (sci-RNA-seq), que revela quais genes estão ativos em diferentes estágios do desenvolvimento de uma célula.
Isso é possível porque as moléculas de RNA, chamadas de RNA mensageiro (mRNA), carregam as instruções das proteínas codificadas no DNA dos genes ativados para as máquinas moleculares que montam as proteínas. É por isso que mudanças nos níveis de mRNA em diferentes estágios do desenvolvimento de uma célula revelam quais genes são ativados e desativados em cada estágio.
Ao realizar o sci-RNA-seq em células em diferentes estágios do desenvolvimento do dente humano, os pesquisadores conseguiram obter uma série de instantâneos da ativação do gene em cada estágio. Eles então usaram um sofisticado programa de computador, chamado Monocle, para construir a provável trajetória das atividades dos genes que ocorrem quando as células-tronco indiferenciadas se desenvolvem em ameloblastos totalmente diferenciados.
“O programa de computador prevê como você vai daqui para lá, o roteiro, o projeto necessário para construir ameloblasts”, disse Ruohola-Baker, que liderou o projeto. Ela é professora de bioquímica e diretora associada do UW Medicine Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine.
Com essa trajetória mapeada, os pesquisadores, após muitas tentativas e erros, conseguiram persuadir células-tronco humanas indiferenciadas a se tornarem ameloblastos. Eles fizeram isso expondo as células-tronco a sinais químicos que eram conhecidos por ativar diferentes genes em uma sequência que imitava o caminho revelado pelos dados sci-RNA-seq. Em alguns casos, eles usaram sinais químicos conhecidos. Em outros casos, colaboradores do UW Medicine Institute for Protein Design criaram proteínas projetadas por computador com efeitos aprimorados.
Durante a condução desse projeto, os cientistas também identificaram pela primeira vez outro tipo de célula, chamado subodontoblasto, que eles acreditam ser um progenitor dos odontoblastos, um tipo de célula crucial para a formação dos dentes.
Os pesquisadores descobriram que, juntos, esses tipos de células podem ser induzidos a formar pequenos mini-órgãos tridimensionais e multicelulares, chamados organoides. Estes organizaram-se em estruturas semelhantes às observadas nos dentes humanos em desenvolvimento e segregaram três proteínas essenciais do esmalte: ameloblastina, amelogenina e esmalte. Essas proteínas formariam então uma matriz. Segue-se um processo de mineralização que é essencial para formar o esmalte com a dureza necessária.
Zhang disse que a equipe de pesquisa agora espera refinar o processo para fazer um esmalte comparável em durabilidade ao encontrado nos dentes naturais e desenvolver maneiras de usar esse esmalte para restaurar dentes danificados. Uma abordagem seria criar esmalte em laboratório que pudesse ser usado para preencher cavidades e outros defeitos.
Ruohola-Baker aponta que outra abordagem mais ambiciosa seria criar “obturações vivas” que pudessem crescer e reparar cavidades e outros defeitos. Em última análise, o objetivo seria criar dentes derivados de células-tronco que pudessem substituir totalmente os dentes perdidos.
Ruohola-Baker disse que os dentes são um modelo ideal para trabalhar no desenvolvimento de outras terapias com células-tronco.
“Muitos dos órgãos que gostaríamos de ser capazes de substituir, como pâncreas humano, rim e cérebro, são grandes e complexos. Regenerá-los com segurança a partir de células-tronco levará tempo”, disse ela. “Os dentes, por outro lado, são muito menores e menos complexos. Eles são talvez a fruta mais fácil. Pode demorar um pouco até que possamos regenerá-los, mas agora podemos ver os passos que precisamos para chegar lá.”
Ela prevê: “Este pode finalmente ser o ‘Século das Obturações Vivas’ e a odontologia regenerativa humana em geral”.
Além de pesquisadores do Departamento de Ciências da Saúde Oral da Escola de Odontologia da UW, outros cientistas do UW Brotman Baty Institute, da UW Allen School of Computer Science and Engineering, Seattle Children’s Research Institute, Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine, Institute for Protein Design, o Departamento de Engenharia da UW College of Engineering Bioengineering (um departamento conjunto da UW’s College of Engineering e School of Medicine), Biochemistry, Comparative Medicine and Pediatrics, Genome Sciences, todos na UW medical school, e o SRM Institute of Science and Technology, Chennai, Índia, todos contribuíram para o estudo.
Este trabalho foi financiado pelo US National Institutes of Health (1P01GM081619, R01GM097372, R01GM97372-03S1, R01GM083867, 5R24HD000836, T90DE021984, R01DE033016, U01DK127553, R01DK117914 ), o National Heart, Lung and Blood Institute Progenitor Cell Biology Consortium (U01HL099997; UO1HL099993), Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development, UW Medicine Institute of Stem Cell and Regenerative Medicine Fellowships e Dr. Douglass L. Morell Research Fund. O trabalho realizado no Núcleo de Genômica do Instituto de Células-Tronco e Medicina Regenerativa foi apoiado por uma doação da Fundação John H. Tietze
.
