Científicos usan rayos laser para regenerar piezas dentales
Científicos de la Universidad de Harvard han demostrado la capacidad de utilizar la luz de baja potencia para activar las células madre en el interior del cuerpo para regenerar tejido, un avance que sienta las bases para una serie de aplicaciones clínicas tales como la cicatrización de heridas, regeneración ósea, y más.
En la investigación, el equipo utilizó un láser de baja potencia para activar células madre en piezas dentales y formar dentina, el tejido duro que es similar al hueso y constituye la mayor parte de los dientes. Realizándolo con éxito en varios modelos animales.
Un número de moléculas biológicamente activas, tales como proteínas reguladoras denominadas factores de crecimiento, puede desencadenar a las células madre para diferenciarse en diferentes tipos de células. Las actividades de regeneración actuales requieren que los científicos aíslen las células madre del cuerpo, las manipulen en un laboratorio, y posteriormente las devuelvan, enfrentando a una serie de obstáculos regulatorios y técnicos para su traducción clínica.
Nuestra modalidad de tratamiento no introduce nada nuevo al cuerpo, y el láser se utiliza de forma rutinaria en la medicina y la odontología, por lo que las barreras para la traducción clínica son bajos, sería un avance sustancial en el campo si podemos regenerar los dientes en lugar de reemplazarlos, dijo David Mooney, responsable de la investigación.
En el experimento se utilizaron roedores a los que se les hizo agujeros en sus molares, posteriormente se les trato la pulpa del diente, la cual contiene las células madre dentales con láser de baja dosis. Después de 12 semanas, con imágenes de alta resolución de rayos X y microscopía confirmaron que el tratamiento con láser desencadenaba la formación de dentina mejorada.
“La dentina fue sorprendentemente similar en composición a la dentina normal, pero tenía un poco diferente organización morfológica. Este es uno de esos raros casos en los que sería más fácil hacer este trabajo en un humano”, agregó.
En el mecanismo molecular los investigadores encontraron que una proteína celular reguladora ubicua llamada Factor de crecimiento transformante Beta 1 (TGF-β1) juega un papel fundamental en la activación de las células madre dentales para hacer crecer la dentina. El láser primero induce a varias especies de moléculas químicamente activas que contienen oxígeno y que desempeñan un papel importante en la función celular activando el TGF-β1, que este a su vez, diferencia las células madre en la dentina.
Desde finales de 1960, los médicos han ido acumulando evidencias anecdóticas de que la terapia de luz de baja intensidad puede estimular todo tipo de procesos biológicos incluyendo la regeneración de piel y el crecimiento del cabello. Pero curiosamente, el mismo láser puede también ser utilizado para la ablación de la piel y eliminar el vello, dependiendo de la forma en que el médico utilice el láser.
El nuevo trabajo supone la primera vez que los científicos han llegado al meollo de cómo los tratamientos con láser de bajo nivel funcionan a nivel molecular, y sienta las bases para los protocolos de tratamiento controlados.
Referencia: Science Translational Medicine
Sci Transl Med 28 May 2014:
Vol. 6, Issue 238, p. 238ra69
Sci. Transl. Med. DOI: 10.1126/scitranslmed.3008234
REGENERATIVE MEDICINE
Photoactivation of Endogenous Latent Transforming Growth Factor–β1 Directs Dental Stem Cell Differentiation for Regeneration
1. Praveen R. Arany1,2,3,4,5,
2. Andrew Cho5,
3. Tristan D. Hunt1,
4. Gursimran Sidhu1,
5. Kyungsup Shin1,3,
6. Eason Hahm1,
7. George X. Huang1,
8. James Weaver2,
9. Aaron Chih-Hao Chen6,
10. Bonnie L. Padwa7,
11. Michael R. Hamblin6,8,9,
12. Mary Helen Barcellos-Hoff10,
13. Ashok B. Kulkarni5 and
14. David J. Mooney1,2,*
+ Author Affiliations
1. 1Harvard School of Engineering and Applied Sciences, Cambridge, MA 02138, USA.
2. 2Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Boston, MA 02115, USA.
3. 3Harvard School of Dental Medicine, Boston, MA 02115, USA.
4. 4Leder Human Biology and Translational Medicine, Boston, MA 02115, USA.
5. 5National Institute of Dental and Craniofacial Research, Bethesda, MD 20892, USA.
6. 6Wellman Center for Photomedicine, Massachusetts General Hospital, Boston, MA 02114, USA.
7. 7Children’s Hospital Boston, Boston, MA 02115, USA.
8. 8Department of Dermatology, Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA.
9. 9Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology, Boston, MA 02139, USA.
10. 10New York University School of Medicine, New York, NY 10016, USA.
1. ↵*Corresponding author. E-mail: mooneyd@seas.harvard.edu
Abstract
Rapid advancements in the field of stem cell biology have led to many current efforts to exploit stem cells as therapeutic agents in regenerative medicine. However, current ex vivo cell manipulations common to most regenerative approaches create a variety of technical and regulatory hurdles to their clinical translation, and even simpler approaches that use exogenous factors to differentiate tissue-resident stem cells carry significant off-target side effects. We show that non-ionizing, low-power laser (LPL) treatment can instead be used as a minimally invasive tool to activate an endogenous latent growth factor complex, transforming growth factor–β1 (TGF-β1), that subsequently differentiates host stem cells to promote tissue regeneration. LPL treatment induced reactive oxygen species (ROS) in a dose-dependent manner, which, in turn, activated latent TGF-β1 (LTGF-β1) via a specific methionine residue (at position 253 on LAP). Laser-activated TGF-β1 was capable of differentiating human dental stem cells in vitro. Further, an in vivo pulp capping model in rat teeth demonstrated significant increase in dentin regeneration after LPL treatment. These in vivo effects were abrogated in TGF-β receptor II (TGF-βRII) conditional knockout (DSPPCreTGF-βRIIfl/fl) mice or when wild-type mice were given a TGF-βRI inhibitor. These findings indicate a pivotal role for TGF-β in mediating LPL-induced dental tissue regeneration. More broadly, this work outlines a mechanistic basis for harnessing resident stem cells with a light-activated endogenous cue for clinical regenerative applications.
Copyright © 2014, American Association for the Advancement of Science
Citation: P. R. Arany, A. Cho, T. D. Hunt, G. Sidhu, K. Shin, E. Hahm, G. X. Huang, J. Weaver, A. C. Chen, B. L. Padwa, M. R. Hamblin, M. H. Barcellos-Hoff, A. B. Kulkarni, D. J. Mooney, Photoactivation of Endogenous Latent Transforming Growth Factor–β1 Directs Dental Stem Cell Differentiation for Regeneration. Sci. Transl. Med. 6, 238ra69 (2014).
