干細(xì)胞。很少有研究發(fā)現(xiàn)像單獨(dú)一樣擴(kuò)大醫(yī)療選擇的承諾。奇跡般地能夠充當(dāng)變形金剛 - 要么重新創(chuàng)造或變成在它們?cè)醋愿杉?xì)胞的生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的各種細(xì)胞類型，為人類提供了對(duì)抗許多慢性和末期疾病的新的，更有效的療法的希望。找到它們非常容易。

“干細(xì)胞幾乎可以從任何活體組織中提取出來(lái)，”UNLV牙齒矯正學(xué)高級(jí)教育項(xiàng)目主任，牙科外科醫(yī)生和牙科研究員James Ma博士說(shuō)。“事實(shí)上，干細(xì)胞甚至可以在死者的組織中找到。”

但是，盡管它們具有所有潛力，但仍有一個(gè)問(wèn)題：“干細(xì)胞的最大挑戰(zhàn)是收集足夠的干細(xì)胞并使其保持可行直至需要它們，”Mah博士說(shuō)。

他和UNLV生物醫(yī)學(xué)教授卡爾·金斯利，隨著本科，研究生了一把，和博士后牙科學(xué)生，決定接受這項(xiàng)挑戰(zhàn)，削減他們的牙齒在干細(xì)胞研究通過(guò)探索新的方式對(duì)這些珍珠白。在這個(gè)過(guò)程中，他們開(kāi)發(fā)了一種新的方法來(lái)提取大量的干細(xì)胞，然后可以從一個(gè)令人驚訝的豐富來(lái)源中保存：智齒。

“越來(lái)越多的成年人 - 全國(guó)約有500萬(wàn)人 - 將他們的智齒或第三磨牙移除，”金斯利說(shuō)。“在接受正畸治療的患者中拔牙是相對(duì)常見(jiàn)的。而且這些牙齒中的大多數(shù)都是健康的，含有活的牙根牙髓，可以復(fù)制因受傷或疾病而受損或破壞的細(xì)胞。”

一個(gè)難以破解的堅(jiān)果

牙根牙髓是兩種珍貴的干細(xì)胞的家園。第一種多能干細(xì)胞具有成為生物體內(nèi)任何細(xì)胞的能力。第二種多能干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為該生物體內(nèi)特定類型的細(xì)胞。

知道在哪里找到這些細(xì)胞是一回事。研究人員知道，恢復(fù)它們將是另一回事。

提取牙髓的常用方法包括鉆入牙齒，去除牙齒頂部或破碎牙齒。Mah博士說(shuō)，每種方法都有其不利之處，所有這些都導(dǎo)致干細(xì)胞恢復(fù)率低：鉆井產(chǎn)生的熱量損壞，水中的腐蝕性元素被沖洗掉，污染琺瑯顆粒等等。因此，研究人員試圖找到如何以持續(xù)產(chǎn)生更高產(chǎn)量的方式提取紙漿。

“最初，答案似乎很簡(jiǎn)單：將牙齒像堅(jiān)果一樣將牙齒切成兩半并去除牙髓，”Mah博士說(shuō)。

不幸的是，牙齒具有不規(guī)則的表面和不均勻的形狀，因此開(kāi)裂的牙齒通常產(chǎn)生與錘子相同的破碎效果，從而減少了活的干細(xì)胞的數(shù)量。

Happy Ghag，當(dāng)時(shí)是一名牙醫(yī)學(xué)生，與Mah博士和Kingsley一起參與該項(xiàng)目，認(rèn)為他可能已經(jīng)解決了這個(gè)兩難問(wèn)題。他找到了Mohamed Trabia(UNLV Howard R. Hughes工程學(xué)院的研究，研究生和計(jì)算機(jī)副院長(zhǎng))和Brendan O'Toole(Mendenhall創(chuàng)新項(xiàng)目主任和機(jī)械工程研究員)來(lái)討論斷裂分析。

“快樂(lè)已經(jīng)審查了斷裂力學(xué)文獻(xiàn)，并決定采用一種技術(shù)，對(duì)牙齒進(jìn)行劃分，以實(shí)現(xiàn)干凈的斷裂，類似于定制切割玻璃的工藝，”O'Toole說(shuō)。經(jīng)過(guò)幾次討論，一些工程人員幫助Ghag制造了這個(gè)設(shè)備。

完成的儀器，研究小組詼諧地稱之為“Tooth Cracker 5000”，使用夾具將牙齒固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫员闱懈罟ぞ邔?duì)表面進(jìn)行刻劃，并使用刀片將其破碎。結(jié)果：完全減半的牙齒，可以立即獲得未受損和未受污染的牙髓。

對(duì)于O'Toole來(lái)說(shuō)，這只是兩個(gè)單位之間的又一次成功合作，因?yàn)闄C(jī)械工程已經(jīng)與牙科醫(yī)學(xué)院的正畸計(jì)劃進(jìn)行了幾年的互動(dòng)。

“根據(jù)定義，口腔正畸學(xué)是一個(gè)生物工程學(xué)的話題，”O'Toole說(shuō)。“他們?cè)谌藗兊淖炖镌O(shè)計(jì)和放置機(jī)制，幫助將牙齒移到最佳位置。我們部門之間的互動(dòng)很有意義。”

隨著Tooth Cracker 5000的完成，Mah博士和Kingsley測(cè)試了25顆牙齒的骨折率，實(shí)現(xiàn)了100%的成功率。斷裂的想法和設(shè)計(jì)原型完美地運(yùn)作。

挖掘成功

既然研究人員已經(jīng)克服了接觸牙髓的挑戰(zhàn)，那么他們就可以確定他們可以從斷裂的牙齒中恢復(fù)多少活的干細(xì)胞。Mah博士指出，采用常規(guī)提取方法(即粉碎，鉆孔等)的平均紙漿回收率約為20%。

是時(shí)候測(cè)試他們新的斷裂方法的勇氣了。Mah和Kingsley博士染了31顆骨折牙齒樣本，以突出牙齒所含的任何干細(xì)胞。當(dāng)暴露于染料時(shí)，死細(xì)胞會(huì)變成藍(lán)色。活細(xì)胞看起來(lái)很清楚。

他們?cè)陲@微鏡下看了看。引入染料后，80%的提取細(xì)胞保持透明。

“說(shuō)測(cè)試結(jié)果是有希望的是一個(gè)嚴(yán)重的輕描淡寫(xiě)，”馬博士說(shuō)。“我們意識(shí)到我們已經(jīng)發(fā)明了一種提取工藝，其活性干細(xì)胞的恢復(fù)成功率是其四倍。潛在的應(yīng)用是巨大的。”

復(fù)制一個(gè)下雨天

在掌握壓裂和提取之后，團(tuán)隊(duì)確定可以收獲哪種干細(xì)胞以及如何最好地儲(chǔ)存它們。

Kingsley指出，體內(nèi)的正常細(xì)胞通常在10次重復(fù)或傳代后死亡，而干細(xì)胞可無(wú)限復(fù)制。為了將干細(xì)胞與其他根牙髓分離，研究人員從牙髓中收集細(xì)胞并在培養(yǎng)皿上培養(yǎng)。一旦細(xì)胞覆蓋培養(yǎng)皿，它們將培養(yǎng)物分成兩半并重復(fù)該過(guò)程10到20次。

到培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，所有非干細(xì)胞都已過(guò)期。Kingsley捕獲了剩余的干細(xì)胞并收集了他們的核糖核酸(RNA)，后者被轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)，成為他的團(tuán)隊(duì)可用于表征每種干細(xì)胞類型及其各自復(fù)制速率的生物標(biāo)記物。

金斯利說(shuō)：“世界各地的科學(xué)家正試圖弄清楚哪種類型的干細(xì)胞可以被誘導(dǎo)成新細(xì)胞或不同的組織類型。”“我們已經(jīng)知道一些牙髓干細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元，這可能成為阿爾茨海默氏癥或帕金森氏癥等認(rèn)知疾病的治療方法。”

金斯利指出，世界各地的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正在研究使用干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的動(dòng)物模型。他說(shuō)，早期跡象是積極的。雖然仍然需要進(jìn)行額外的測(cè)試，但Kingsley表示，這項(xiàng)研究的下一個(gè)合乎邏輯的步驟是測(cè)試人體中的干細(xì)胞，以治療人們面臨的任何數(shù)量的慢性疾病。

“干細(xì)胞可能存在多種疾病，包括癌癥，關(guān)節(jié)炎和肺病，”金斯利說(shuō)。“下一個(gè)挑戰(zhàn)是能夠及早收集干細(xì)胞并成功儲(chǔ)存干細(xì)胞，以便在需要時(shí)使用。”

保留獎(jiǎng)品

金斯利說(shuō)，根據(jù)多項(xiàng)研究，成年人達(dá)到30歲后，牙齒中發(fā)現(xiàn)的多能干細(xì)胞數(shù)量急劇減少。然而，人們可以捐獻(xiàn)牙齒中的干細(xì)胞，就像他們可能在手術(shù)前捐獻(xiàn)血液或保存他們的臍帶一樣。如果人們選擇去除智齒或進(jìn)行根管治療，那么他們的干細(xì)胞可以在那時(shí)收獲并儲(chǔ)存以備將來(lái)使用。

創(chuàng)造這種可能性使Mah博士和Kingsley進(jìn)入他們的研究的下一步：低溫過(guò)程。

“沒(méi)有用于儲(chǔ)存干細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)低溫或冷凍過(guò)程，”Kingsley說(shuō)。“有許多組織收集和凍結(jié)牙齒用于未來(lái)的研究和使用，但沒(méi)有證據(jù)表明冷凍保存的長(zhǎng)期影響。我們還不能回答細(xì)胞存活多久。”

2011年，牙科學(xué)生Allison Tomlin在解凍后研究了不同的干細(xì)胞群及其生存能力。每年以后，Kingsley和他的團(tuán)隊(duì)解凍了Tomlin的一部分樣本并評(píng)估了剩余干細(xì)胞的可行性。最初的研究結(jié)果 - Kingsley，Tomlin和R. Michael Sanders(牙科學(xué)院的臨床科學(xué)教授)在他們的生物工程生物材料和生物力學(xué)文章“冷凍保存對(duì)人牙髓間充質(zhì)干細(xì)胞的影響”中發(fā)表的文章與較慢的分裂細(xì)胞相比，分裂細(xì)胞具有較高的存活率。如果這些結(jié)果保持不變，可以在冷凍過(guò)程之前根據(jù)可能需要的時(shí)間對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行分類。

“金斯利博士和我正在做的工作是范式轉(zhuǎn)變的一部分，”馬博士說(shuō)。“我們的壓裂過(guò)程可以加速收集和冷凍過(guò)程，從而保持高干細(xì)胞計(jì)數(shù)，進(jìn)一步研究如何使用這些細(xì)胞來(lái)幫助治愈并可能治愈疾病。”