干細胞。很少有研究發(fā)現(xiàn)像單獨一樣擴大醫(yī)療選擇的承諾。奇跡般地能夠充當變形金剛 - 無論是重新創(chuàng)造還是變成多種細胞類型，這些細胞類型都存在于它們源自干細胞的生物體內，為人類提供了一種新的，更有效的治療方法，可以抵抗許多慢性和末期疾病。找到它們非常容易。

“干細胞幾乎可以從任何活組織中提取出來，”UNLV牙齒矯正學高級教育項目主任，牙科外科醫(yī)生和牙科研究員James Mah博士說。“事實上，干細胞甚至可以在死者的組織中找到。”

但盡管它們具有所有潛力，但仍有一個問題：“干細胞的最大挑戰(zhàn)是如何收集它們并使它們在需要時保持可行，”Mah博士說。

他和UNLV生物醫(yī)學教授卡爾·金斯利，隨著本科，研究生了一把，和博士后牙科學生，決定接受這項挑戰(zhàn)，削減他們的牙齒在干細胞研究通過探索新的方式對這些珍珠白。在這個過程中，他們開發(fā)了一種新的方法來提取大量的干細胞，然后可以從一個令人驚訝的豐富來源中保存：智齒。

“越來越多的成年人 - 全國約有500萬人 - 將他們的智齒或第三磨牙移除，”金斯利說。“在接受正畸治療的患者中，拔牙是比較常見的。而且這些牙齒中的大多數(shù)都是健康的，含有活齒根牙髓，可以復制因受傷或疾病而受損或破壞的細胞。”

一個難以破解的堅果

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

知道在哪里找到這些細胞是一回事。研究人員知道，恢復它們將是另一回事。

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，每種方法都有其不利之處，所有這些都導致干細胞恢復率低：鉆井產(chǎn)生的破壞性熱量，水中的腐蝕性元素被沖洗掉，污染琺瑯質顆粒等等。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，答案似乎很簡單：將牙齒像堅果一樣將牙齒切成兩半并去除牙髓，”Mah博士說。

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胞的數(shù)量。

Happy Ghag，當時是一名牙醫(yī)學生，與Mah博士和Kingsley一起工作，認為他可能已經(jīng)解決了這個難題。他找到了Mohamed Trabia(UNLV Howard R. Hughes工程學院的研究，研究生和計算機副院長)和Brendan O'Toole(Mendenhall創(chuàng)新項目主任和機械工程研究員)來討論斷裂分析。

“快樂已經(jīng)審查了斷裂力學文獻，并決定采用一種技術，對牙齒進行劃分，以實現(xiàn)干凈的斷裂，類似于定制切割玻璃的工藝，”O'Toole說。經(jīng)過幾次討論，一些工程人員幫助Ghag制造了該設備。

完成的儀器，研究小組諷刺地稱之為“Tooth Cracker 5000”，使用夾具將齒保持在適當位置，以便切割工具對表面進行刻劃，并使用刀片將其破碎。結果：完全減半的牙齒，可以立即獲得未受損和未受污染的牙髓。

對于O'Toole來說，這只是兩個單位之間的又一次成功合作，因為機械工程已經(jīng)與牙科醫(yī)學院的正畸計劃進行了幾年的互動。

“根據(jù)定義，口腔正畸學是一個生物工程學的話題，”O'Toole說。“他們在人們的嘴里設計和放置機制，幫助將牙齒移動到最佳位置。我們部門之間的互動很有意義。”

隨著Tooth Cracker 5000的完成，Mah博士和Kingsley測試了25顆牙齒的骨折率，實現(xiàn)了100%的成功率。斷裂的想法和設計原型完美地運作。

挖掘成功

既然研究人員已經(jīng)克服了接觸牙髓的挑戰(zhàn)，那么就要確定他們可以從斷裂的牙齒中恢復多少活的干細胞。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%。

是時候測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胞。當暴露于染料時，死細胞會變成藍色?；罴毎雌饋砗芮宄?。

他們在顯微鏡下看了看。引入染料后，80%的提取細胞保持透明。

“說測試結果很有希望是一種嚴重的低估，”Mah博士說。“我們意識到我們發(fā)明了一種提取工藝，其活性干細胞的恢復成功率是其四倍。潛在的應用是巨大的。”

復制一個下雨天

掌握壓裂和提取后，團隊確定可以收獲哪種干細胞以及如何最好地儲存它們。

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

到培養(yǎng)結束時，所有非干細胞都已過期。Kingsley捕獲了剩余的干細胞并收集了他們的核糖核酸(RNA)，后者轉化為蛋白質，成為他的團隊可用于表征每種干細胞類型及其各自復制速率的生物標記物。

“世界各地的科學家正在試圖找出哪種類型的干細胞可以被誘導成為新細胞或不同的組織類型，”金斯利說。“我們已經(jīng)知道一些牙髓干細胞可以轉化為神經(jīng)元，這可能成為阿爾茨海默氏癥或帕金森癥等認知疾病的治療方法。”

Kingsley指出，世界各地的科學家團隊正在研究使用干細胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的動物模型。他說，早期跡象是積極的。雖然仍然需要進行額外的測試，但Kingsley表示，這項研究的下一個合乎邏輯的步驟是測試人體中的干細胞，以治療人們面臨的任何數(shù)量的慢性疾病。

“干細胞可能存在多種疾病，包括癌癥，關節(jié)炎和肺病，”金斯利說。“下一個挑戰(zhàn)是能夠及早收集干細胞并成功儲存，以便在需要時使用。”

保留獎品

金斯利說，根據(jù)多項研究，成年人達到30歲后，牙齒中發(fā)現(xiàn)的多能干細胞數(shù)量急劇減少。然而，人們可以捐獻牙齒中的干細胞，就像他們可能在手術前捐獻血液或保存他們的臍帶一樣。如果人們選擇拔除他們的智齒或進行根管治療，那么他們的干細胞可以在那時收獲并儲存以備將來使用。

創(chuàng)造這種可能性使得Mah和Kingsley博士進入他們研究的下一步：低溫過程。

“沒有用于儲存干細胞的標準低溫或冷凍過程，”Kingsley說。“有許多組織收集和凍結牙齒用于未來的研究和使用，但沒有證據(jù)表明冷凍保存的長期影響。我們還不能回答細胞存活多久。”

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

“金斯利博士和我正在做的工作是范式轉變的一部分，”馬博士說。“我們的壓裂過程可以加速收集和冷凍過程，從而保持高干細胞計數(shù)，進一步研究如何使用這些細胞來幫助治愈并可能治愈疾病。”