Stamceller. Få forskningsupptäckter har lika mycket löfte om att på egen hand utöka medicinska behandlingsalternativ som de gör. Mirakulöst kunnat fungera som transformatorer-antingen att återskapa eller förvandla sig till en mängd olika celltyper som finns inom organismerna de kommer från-stamceller ger mänskligheten hopp om nytt, effektivare behandlingar mot ett antal kroniska och terminala sjukdomar. Och att hitta dem är förvånansvärt lätt.

"Stamceller kan extraheras från nästan vilken levande vävnad som helst, "sa Dr. James Mah, chef för UNLV:s avancerade utbildningsprogram i ortodonti, doktor i tandkirurgi, och tandläkare. "Faktiskt, stamceller kan till och med hittas i vävnader hos den avlidne. "

Men trots all sin potential, Det finns en fångst:"De största utmaningarna med stamceller samlar ihop tillräckligt många av dem för att arbeta med och håller dem livskraftiga tills de behövs, "Dr Mah sa.

Han och UNLV biomedicinska professor Karl Kingsley - tillsammans med en handfull grundutbildning, examen, och postdoktorala tandläkare - bestämde sig för att anta denna utmaning, skära tänderna i stamcellsforskning genom att utforska de pärlvita på nya sätt. I processen, de utvecklade en ny metod för att extrahera ett stort antal stamceller som de sedan kunde bevara från en överraskande riklig källa:visdomständer.

"Fler och fler vuxna - cirka 5 miljoner i hela landet - har sina visdomständer, eller tredje molar, tog bort, "Sade Kingsley." Att dra ut tänder är relativt vanligt bland patienter som genomgår ortodontiska behandlingar. Och majoriteten av dessa tänder är friska, som innehåller livskraftig tandrotsmassa som erbjuder möjligheter att reproducera celler som har skadats eller förstörts av skador eller sjukdomar. "

En tuff nöt att knäcka

Tandrotmassan är hem för två typer av värdefulla stamceller. Den första, pluripotenta stamceller, har förmågan att bli vilken cell som helst i organismen från vilken de är hämtade. Den andra, multipotenta stamceller, förvandlas till specifika celltyper inom den organismen.

Att veta var man ska hitta dessa celler var en sak. Återställa dem, forskarna visste, skulle vara en annan.

Vanliga metoder för att extrahera rotmassa innefattar borrning i, ta bort toppen av, eller krossa tanden. Varje metod har sina skador, Dr Mah sa:som alla leder till en låg stamcellsåtervinningsgrad:skadlig värme från borrning, frätande element i vattentänderna sköljs in, förorenande emaljpartiklar, och mer. Så forskarna försökte upptäcka hur man extraherar massa på ett sätt som konsekvent gav ett högre utbyte.

"Initialt, svaret verkade enkelt:knäck tanden på mitten som en nöt och ta bort fruktköttet, "Dr Mah sa.

Tyvärr, tänderna har oregelbundna ytor och ojämna former, så sprickande tänder ger vanligtvis samma krossande effekt som en hammare, därigenom minskar antalet livskraftiga stamceller.

Glad Ghag, sedan en tandläkarstudent som arbetar med Dr. Mah och Kingsley på projektet, trodde att han kanske hade en lösning på dilemmat. Han kontaktade Mohamed Trabia (UNLV Howard R. Hughes College of Engineering associerade dekan för forskning, forskarutbildning, och dator) och Brendan O'Toole (Mendenhall Innovation Program Director och maskinteknisk forskare) för att diskutera frakturanalys.

"Happy hade granskat litteratur om frakturmekanik och bestämt sig för en teknik som fick tanden att göra en ren paus, liknande processen för skräddarsydda glas, Sa O'Toole. Efter några diskussioner, några av Engineering personal hjälpte Ghag att tillverka enheten.

Det färdiga instrumentet, som forskargruppen facetvist kallade "Tooth Cracker 5000, "använder en klämma för att hålla en tand på plats för att ett skärverktyg ska göra en yta och ett blad för att spricka den. Resultatet:en perfekt halverad tand, med omedelbar tillgång till oskadad och okontaminerad rotmassa.

För O'Toole, detta var bara ännu ett framgångsrikt samarbete mellan de två enheterna, som maskinteknik hade interagerat med tandläkarhögskolans ortodontiska program i några år.

"Ortodonti, per definition, är ett ämne inom bioteknik, "O'Toole sa." De utformar och placerar mekanismer i människors mun som hjälper till att flytta tänderna till optimal position. Interaktionen mellan våra avdelningar är mycket meningsfull. "

Med Tooth Cracker 5000 komplett, Dr Mah och Kingsley testade frakturhastigheten på 25 tänder, att uppnå en procentsats för framgång. Frakturidén och designprototypen hade fungerat perfekt.

Gräver för framgång

Nu när forskarna hade knäckt utmaningen att komma åt rotmassan, det var på att bestämma hur många livskraftiga stamceller de kunde återhämta sig från de brutna tänderna. Genomsnittlig massaåtervinningsgrad med vanliga extraktionsmetoder (dvs. skakande, borrning, etc.) kommer in på cirka 20 procent, Dr Mah noterade.

Det var dags att testa styrkan i deras nya frakturmetod. Dr Mah och Kingsley färgade 31 frakturerade tandmassaprover för att markera eventuella livskraftiga stamceller som tänderna innehöll. Döda celler blir blå när de utsätts för färgämnet. Levande celler verkar tydliga.

De tittade under mikroskopet. Åttio procent av deras extraherade celler förblev klara efter att färgämnet infördes.

"Att säga att testresultaten var lovande är en grov underdrift, "Dr Mah." Vi insåg att vi hade uppfunnit en extraktionsprocess som gav fyra gånger återhämtningsgraden för livskraftiga stamceller. Den potentiella tillämpningen är enorm. "

Replikerar för en regnig dag

Efter att ha behärskat frakturering och extraktion, det var dags för laget att avgöra vilken typ av stamceller som skulle kunna skördas och hur de bäst förvaras.

Normala celler i kroppen dör vanligtvis efter 10 replikationer eller passager, medan stamceller kan replikera på obestämd tid, Kingsley angav. För att isolera stamcellerna från resten av rotmassan, forskarna skördade celler från fruktköttet och odlade dem på en petriskål. När cellerna täckte skålen, de delade kulturen i hälften och upprepade processen mellan 10 och 20 gånger.

I slutet av odlingen, alla icke -stamceller hade gått ut. Kingsley fångade de återstående stamcellerna och samlade deras ribonukleinsyra (RNA), som omvandlas till proteiner som blir biomarkörer som hans team kan använda för att karakterisera varje stamcellstyp och dess respektive replikationshastighet.

"Forskare runt om i världen försöker ta reda på vilken typ av stamceller som kan lockas till att bli nya celler eller olika vävnadstyper, "Sade Kingsley." Vi vet redan att vissa populationer av stamceller för tandmassa kan omvandlas till neuroner, som kan bli terapier för kognitiva sjukdomar som Alzheimers eller Parkinsons. "

Kingsley noterade att forskargrupper runt om i världen arbetar med djurmodeller för att testa att använda stamceller för att behandla neurologiska tillstånd. Tidiga indikationer, han sa, är positiva. Även om det fortfarande finns behov av ytterligare tester, Kingsley indikerade att nästa logiska steg i denna forskning skulle vara att testa stamceller hos människor för att behandla ett antal kroniska sjukdomar som människor möter.

"Det finns potentiella tillämpningar av stamceller för flera sjukdomar, inklusive cancer, artrit, och lungsjukdom, "Kingsley sa." Nästa utmaning är att på ett tillförlitligt sätt samla in stamcellerna tillräckligt tidigt och lagra dem framgångsrikt så att de kan användas vid behov. "

Bevara priset

Enligt flera studier, antalet pluripotenta stamceller som finns i tänderna minskar dramatiskt efter att vuxna har fyllt 30 år, Sa Kingsley. Dock, människor kan donera stamceller som finns i deras tänder ungefär som att de kan donera sitt blod före ett kirurgiskt ingrepp eller bevara navelsträngarna. Om människor valde att ta bort sina visdomständer eller genomföra en rotfyllning, deras stamceller kunde skördas vid den tiden och lagras för framtida bruk.

Att skapa den möjligheten har lett Dr. Mah och Kingsley till nästa steg i sin forskning:den kryogena processen.

"Det finns ingen standardkryogenes, eller frysprocess, för lagring av stamceller, "Kingsley sa." Det finns flera organisationer som samlar och fryser tänder för framtida studier och användning, men det finns inga bevis för de långsiktiga effekterna av kryokonservering. Vi kan ännu inte svara på hur länge cellerna kommer att överleva. "

2011 studerade tandläkare, Allison Tomlin, olika populationer av stamceller och deras livskraft efter att de tinats. Varje år sedan, Kingsley och hans team har tint en del av Tomlins prov och utvärderat livskraften hos kvarvarande stamceller. Inledande fynd - som Kingsley, Tomlin, och R. Michael Sanders (professor i kliniska vetenskaper vid tandskolan) publicerade i sin Biomaterial och biomekanik inom bioteknik artikel "Effekterna av kryokonservering på mänskliga tandköttsmassa härledda mesenkymala stamceller"-ange att celler som snabbt delar sig har högre livskraft år efter år jämfört med långsammare delande celler. Om dessa resultat förblir konstanta, stamcellerna kan sorteras före frysningsprocessen baserat på när de kan behövas.

"Det arbete som Dr Kingsley och jag gör är en del av ett paradigmskifte, "Dr Mah." Vår brytningsprocess kan påskynda insamlings- och kryogenesprocessen, därigenom bevaras ett högt antal stamceller som främjar forskning om hur användning av dessa celler kan hjälpa till att läka och eventuellt bota sjukdomar. "