STEM CELLS APPLICATIONS IN DENTISTRY: A REVIEW

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1 APLICAÇÕES DAS CÉLULAS-TRONCO EM ODONTOLOGIA: UMA REVISÃO Celina Antonio Prata 1 Danielle Emille Massa Petean 2 Maurício Fabiano Pereira 2 Luiz Guilherme Brentegani 3 1 Profa. Dra. do Centro Universitário de Rio Preto- UNIRP. 2 Acadêmicos do Centro Universitário de Rio Preto- UNIRP. 3 Prof. Dr. da Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto USP RESUMO Existe um grande interesse no desenvolvimento de técnicas para a manipulação de células-tronco, no intuito de instituirem-se tratamentos restauradores de tecidos e órgãos. Para isso, o conhecimento de fatores de crescimento e genes envolvidos na diferenciação dessas células é imprescindível. Tem sido proposta a utilização de células-tronco adultas em diversas áreas da Odontologia. As pesquisas em bioengenharia tem se focado na diferenciação de células osteoprogenitoras,para formação de tecido ósseo, e na formação de tecidos semelhantes ao ligamento periodontal, dentina e polpa. Há também um grande avanço nos experimentos com células-tronco adultas provenientes de tecidos bucais.o seu fácil acesso e o fato de não serem órgãos vitais constituem um atrativo para testes de praticidade e viabilidade de técnicas da bioengenharia. Este estudo teve como objetivo realizar uma revisão de literatura acerca das atuais tendências das pesquisas com célulastronco na odontologia, além de discorrer sobre os fatores implicados para o sucesso na utilização prática dessas células. Pelo que os experimentos demonstram é possível que no futuro se utilize da bioengenharia tecidual na terapia endodôntica e periodontal, porém, a complexidade que envolve a formação dentária ainda distancia a ciência de desenvolver órgãos dentários completos a partir de células-tronco. Palavras-chave: Células-tronco, bioengenharia, aplicações em odontologia. STEM CELLS APPLICATIONS IN DENTISTRY: A REVIEW ABSTRACT There is a great interest in developing techniques for the manipulation of stem-cells, aiming at the achievement of restoring treatments of tissues and organs. To get that, the knowledge of growing factors and genes involved in the differentiation of these cells is fundamental. There has been proposed the use of adult stem-cells in many areas of Odontology. The researches in bioengineering have been focusing the differentiation of osteoprogenitor cells for the formation of bone tissue, and the development of tissues similar to the periodontal ligament, dentine and pulp. There is also a great advance in the experiments with adult stem-cells originating from oral tissues. The easy access Rev. Eletr. Pesq. UNIRP (online), São José do Rio Preto, 2011 Jan-Jun; 1(1): Página 10

2 and the fact of not being vital organs constitute an attractive situation to tests regarding practice and viability of bioengineering techniques. This study had the purpose of making a revision of the literature dealing with the recent tendencies of stem-cell researches in dentistry, besides discussing the factors involved in the success for the practical use of these cells. It is possible that, in the near future, periodontal and endodontic therapies will be able to use bioengineering during the treatment, in spite of, nowadays, the science is far from developing complete dental organs from stem-cells, due to the complex mechanisms of dental formation. Keywords: Stem-cells, bioengineering, application in dentistry. INTRODUÇÃO A bioengenharia tecidual é cada vez mais estudada por pesquisadores e cientistas de todo mundo 1. Com o desenvolvimento de técnicas novas e com um número cada vez maior de pessoas e empresas interessadas em patrocinar estas pesquisas, os avanços com a manipulação de tecidos é como nunca notável 2. Neste cenário aparece, sem dúvida, a mais estudada fonte de progressos no ramo da bioengenharia, as células-tronco. Já existentes no organismo desde o desenvolvimento até a vida adulta, as células-tronco se mantêm responsáveis por funções importantes no organismo do ser vivo, como: manutenção da integridade dos tecidos adultos, pelo reparo de tecidos lesados e pela remodelação dos tecidos e órgãos. Estudos atuais mostram a capacidade de cura com a utilização destas células, o que as deixaram ainda mais em evidência no mundo moderno 3. Porém, o avanço nas pesquisas com células-tronco está muito além do que funções naturais no organismo, elas estão sendo usadas em vários ramos da área da saúde como verdadeiros coringas no tratamento e desenvolvimento de pacientes com certas doenças ou problemas antes não tratáveis 2. Estudos recentes provaram que o dente decíduo, ou melhor, sua polpa, é uma rica fonte de células-tronco, servindo como alternativa para casos em que se tenha dificuldade de obter células da medula ou do cordão umbilical 4. Estas células obtidas a partir da polpa dental mostraram grande eficácia e eficiência, não exigindo 100% de compatibilidade e mostrando grande potencial de diferenciação em inúmeras células do organismo, além de mostrar, segundos estudos recentes, poder de cura de problemas graves na visão 5. Atualmente existem diversas terapias para substituição dos órgãos dentários, todas elas baseadas em técnicas não-biológicas e sujeitas a falhas 6. Apesar de esta condição ser uma anormalidade comum e não ameaçar a vida do paciente, esforços têm sido dirigidos para o desenvolvimento de mecanismos para a utilização de células-tronco na reposição de tecidos bucais 1. Testes realizados em ratos mostraram que as células-tronco são capazes de regenerar defeitos mandibulares, defeitos ósseos provenientes de exodontias ou traumas, formação de estrutura condilar, acelerar o processo de neoformação óssea 7, 8, 9 e, estudos mais avançados, mostram que pode haver uma neoformação dentária, criando-se assim a possibilidade de reparar a perda dental não somente proteticamente, mas também através da estimulação de uma terceira dentição 10, 11. Rev. Eletr. Pesq. UNIRP (online), São José do Rio Preto, 2011 Jan-Jun; 1(1): Página 11

3 Este estudo teve como objetivo realizar uma revisão de literatura acerca das atuais tendências das pesquisas com células-tronco na odontologia, além de discorrer sobre os fatores implicados para o sucesso na utilização prática dessas células. REVISÃO DE LITERATURA Os diferentes órgãos nos seres vivos eucariotos são constituídos por tecidos diferenciados que exercem atividade especializada. Apesar de ser encontrada uma grande diversidade de células em um indivíduo adulto, todas se originaram de uma única célula-ovo originada no momento da fecundação, ou seja, essa única célula tem a propriedade e a função de originar todos os tecidos do indivíduo adulto 3. Inicialmente, essa célula totipotente divide-se formando células idênticas, mas, muito precocemente na formação do embrião, os diferentes grupos celulares vão adquirindo características especializadas e, ao mesmo tempo, vão restringindo sua capacidade de diferenciação. No entanto, na maioria dos tecidos adultos existem reservas de células com capacidade de multiplicar-se, diferenciando-se naquele tecido a que pertencem e ao mesmo tempo mantendo esta própria reserva de células indiferenciadas. Essas células-tronco tecido-específicas são as responsáveis pela manutenção da integridade dos tecidos adultos, pelo reparo de tecidos lesados e pela remodelação dos tecidos e órgãos. De acordo com Zago e Covas 3, essas células progenitoras capazes de diferenciar-se em tecidos adultos especializados são denominadas células-tronco. As células-tronco são tipos de células indiferenciadas, sem função específica nos tecidos, capazes de se multiplicar e manter indiferenciadas por longos períodos (tanto in vitro como in vivo), mas que diante de estímulos específicos podem diferenciar-se em células maduras e funcionais dos tecidos, ou seja, são capazes de se auto renovarem e dar origem a células especializadas. Essas células possuem duas propriedades fundamentais: são capazes de se auto renovarem e de realizar divisões celulares assimétricas. Em essência as células-tronco quando ativadas por algum sinal ou evento podem deixar seu estado de repouso e avançar no ciclo celular, dando origem a 2 tipos celulares diferentes, o que é conhecido como divisão celular assimétrica. Um tipo celular mantém as características da célula-mãe permanecendo indiferenciadas, repondo o pool de células tronco local, propriedade esta conhecida como auto renovação. O outro tipo celular se prolifera por divisão simétrica dando origem as células progenitoras, que têm a capacidade de se diferenciarem em células especializadas, como osteoblastos, formando tecidos maduros 3, 12. As células-tronco e as células progenitoras estão presentes em praticamente todos os tecidos humanos normais e são fundamentais para sua saúde, manutenção e resposta a lesões ou doenças durante a vida. De acordo com Bianco et al 13., estas células são a fonte de todos os tecidos novos formados pelos sistemas de reparo e remodelação e são moduladas por sinais químicos e físicos que controlam sua ativação, proliferação, migração, diferenciação e sobrevida. Segundo Zago e Covas 3, uma definição mais simples de células-tronco pode ser obtida, ou seja, as células-tronco podem ser divididas em embrionárias (com capacidade de se transformar em praticamente qualquer célula do corpo, com exceção da placenta, sendo encontradas somente nos embriões) e células Rev. Eletr. Pesq. UNIRP (online), São José do Rio Preto, 2011 Jan-Jun; 1(1): Página 12

4 precursoras do organismo já desenvolvido, chamadas células-tronco adultas (com capacidade de diferenciação limitada, em geral restrita ao tecido de onde derivam). Quanto à capacidade de diferenciação, as células-tronco podem ser classificadas em: - Totipotentes, quando têm a capacidade de se diferenciarem em todos os tecidos do corpo humano, incluindo anexos embrionários; Pluripotentes, quando são capazes de se diferenciarem em todos os tecidos do corpo humano, exceto placenta e anexos embrionários; Oligopotentes, quando se diferenciam em apenas alguns tecidos do corpo humano; e Onipotentes, quando se diferenciam em apenas um único tipo celular 3. A medula óssea é o sítio doador mais usado clinicamente para a obtenção de células-tronco. Ela pode ser caracterizada como um órgão composto por dois sistemas principais que originam linhagens celulares distintas: o sistema hematopoiético propriamente dito, que dão origem às células sanguíneas e às do sistema imune, e o seu estroma de suporte, que podem formar osso, cartilagem, gordura e tecido muscular 14, 13. As células-tronco mesenquimais foram originalmente identificadas a partir de células mononucleares da medula óssea de camundongos por Alexander Friedenstein et al. em 1966, que as denominaram células formadoras de colônias fibroblásticas (CFU-F = colony forming units fibroblastic). Neste estudo observouse que transplantes heterotópicos de medula óssea eram capazes de formar osso novo a partir de células proliferativas que persistiam mesmo após a morte das células hematopoiéticas. Em 1968, Friedenstein et al. 15, na tentativa de conhecer as células que levaram a formação de osso novo, desenvolveram uma cultura de células mesenquimais do estroma da medula óssea e posteriormente transplantaram estas células para a cápsula renal e tecido subcutâneo de animais. Tanto na cápsula renal quanto no subcutâneo houve a formação de osso. Vários trabalhos posteriores a esses experimentos comprovaram a importância do fornecimento adicional de células-tronco em locais com formação óssea prejudicada, sendo a medula óssea o sítio mais comumente usado na obtenção destas células 16, 17,18,19,20. Desde então, muitos estudos vêm sendo realizados com células-tronco a fim de melhorar a osteogênese em aloenxertos ou xenoenxertos ósseos 21. Krzymansky et al. 22 em 1997 analisaram os efeitos da aplicação de células de aspecto fibroblastóide derivadas da medula óssea e de medula óssea fresca na reparação de defeitos ósseos comparando-as ao osso autógeno e ao osso alógeno. Concluíram que a medula óssea é uma boa fonte de células osteogênicas tanto para o transplante imediato quanto para a expansão in vitro. Em 2003, De Kok et al 23. comparam o uso de células-tronco mesenquimais autógenas e alógenas na formação óssea alveolar em cães. Matrizes de hidroxiapatita/fosfato-tricálcio foram utilizadas como carreador. Os autores concluíram que as células-tronco mesenquimais autólogas e alógenas possuem a capacidade de regeneração óssea em defeitos craniofaciais. Marei et. al. 24 em 2005 estudaram os efeitos das células-tronco mesenquimais na preservação e regeneração do osso alveolar após extração dentária em coelhos. As células-tronco mesenquimais foram expandidas em laboratório e pré-cultivadas em um molde de ácido poli-lático/poliglicólico (PLG) para a implantação no alvéolo dental após a extração. As análises histológicas e radiográficas mostraram após 4 semanas manutenção das paredes ósseas alveolares e maior densidade de tecido Rev. Eletr. Pesq. UNIRP (online), São José do Rio Preto, 2011 Jan-Jun; 1(1): Página 13

5 ósseo no grupo PLGA/células-tronco. Os autores concluíram que esta associação se mostra promissora na cirurgia dento alveolar. Jafarian et al. 25 em 2008 avaliaram a capacidade de regeneração óssea comparando dois tipos de carreadores para células-tronco mesenquimais em defeitos na mandíbula de cães. Os carreadores analisados foram a hidroxiapatita/fosfato-tricálcio β (HA/TCP) e o Bio-Oss esponjoso, que é um osso bovino inorgânico. Os dois materiais foram implantados no músculo masseter e em defeitos no ângulo mandibular de cães, associado ou não às células-tronco mesenquimais osteoprogenitoras obtidas da medula óssea dos animais. A análise histomorfométrica mostrou maior quantidade de tecido ósseo neoformado nos grupos que receberam as células osteoprogenitoras. Portanto os substitutos ósseos sintéticos bifásicos associados às células-tronco mesenquimais podem oferecer melhores condições de regeneração óssea que os tradicionais substitutos ósseos. Mais recentemente, Prata e Brentegani 9 avaliaram o efeito da associação das células-tronco com o osso autógeno e osso bovino na reparação alveolar em ratos. Conclui-se que o osso autógeno e o Gen-mix isoladamente ou associados ás célulatronco foram biologicamente compatíveis desenvolvendo osteointegração progressiva e que o osso autógeno foi superior no processo de reparação do defeito ósseo. Estes resultados ainda sugerem que a associação das células-tronco aos enxertos ósseos acelerou a neoformação óssea, principalmente quando associadas ao osso autógeno. Inúmeros estudos têm isolado células altamente proliferativas, derivadas da polpa dentária 4, 6, 26, 27, 28. Constatou-se que tais células são multipotentes e possuem a capacidade de auto renovação e de diferenciação em diversos tipos celulares. Existem evidências de que células-tronco de dentes decíduos são similares àquelas encontradas no cordão umbilical. Quando comparadas às células- tronco provenientes da medula óssea e da polpa de dentes permanentes, notou-se que as SHED (stem cells from human exfoliated deciduous teeth) apresentam uma maior taxa de proliferação. Além disso, os dados desse estudo indicam que as SHED possuem habilidade de se diferenciarem em células odontoblásticas funcionais, adipócitos e células neurais, além de estimularem a osteogênese após transplantação in vivo 29. A terapia com células-tronco adultas geralmente é precedida pela compreensão de todas as suas propriedades, o controle de sua proliferação e os fatores que determinam sua diferenciação. A regeneração de um órgão dentário não é simples, pois seu desenvolvimento é determinado por interações complexas e inúmeros fatores de crescimento 28 e, ainda, a diferenciação celular está ligada a mudanças morfológicas no decorrer da formação do germe dentário 30. Tem sido proposta a utilização de células-tronco adultas em diversas áreas da Odontologia. Segundo Zago e Covas 3, células-tronco adultas têm sido isoladas de vários tecidos incluindo o epitélio dentário e uma população destas células-tronco foi identificada em tecido pulpar, tendo como importante característica a habilidade para regenerar células semelhantes às do complexo dentino-pulpar. Além disso, células semelhantes ao estroma de medula óssea têm sido obtidas em polpa de dentes decíduos humanos, apresentando capacidade de diferenciação em diferentes tipos de células, como osteoblastos, adipócitos, células musculares e células neurais. Um estudo realizado por Soares et al. 29 mostrou capacidade de células-tronco de dentes decíduos promoverem osteogênese quando transplantadas para ratos. Estas células quando cultivadas em meio de cultura e transplantadas para ratos imunossuprimidos juntamente com um molde de acrílico na região condilar, Rev. Eletr. Pesq. UNIRP (online), São José do Rio Preto, 2011 Jan-Jun; 1(1): Página 14

6 mostraram capacidade de promover uma estrutura condilar semelhante a de ratos saudáveis após 8 semanas 8. Em outro trabalho semelhante, Abukawa et al. 7, implantou estas células-tronco em defeitos ósseos mandibulares de ratos imunossuprimidos e observou formação de tecido denso com osteócitos, osteoblastos, vasos sanguíneos e osso trabeculado. Laino et al. 31, em seu estudo, descobriu presença de células-tronco na região periodontal, e quando implantadas no ligamento periodontal na região de molares inferiores de ratos em defeitos criados cirurgicamente, promoveram integração do ligamento periodontal em duas de seis amostras, correspondendo a 33,3%, e, ocasionalmente, uniram a superfície do osso alveolar ao dente. Estudo realizado por Gronthos et al. 4 evidenciou a presença de células-tronco na polpa dentária de terceiros molares impactados e capacidade destas em formar depósito cálcico in vitro. No mesmo estudo, após transplantar tais células para ratos imunocomprometidos, verificou a formação de uma estrutura semelhante ao complexo dentinho/polpa, composta por colágeno tipo I, altamente organizada e tecido fibroso contendo vasos sanguíneos, análogo a polpa encontrada em dentes humanos naturais. Após conseguir isolar o peptídeo dentonina, Liu et al. 32, promoveu um aumento na taxa de proliferação das células-tronco, permitindo, em um futuro próximo, a utilização deste peptídeo na regeneração da polpa em resposta a injúrias como traumas e cáries, demonstrando grandes expectativas em relação ao uso da bioengenharia tecidual em áreas como a Dentística conservadora e a Endodontia. CONCLUSÕES De toda revisão da literatura pode-se concluir que: As células-tronco em vários experimentos não proporcionaram o desenvolvimento de reações imunogênicas, massas teciduais tumorais e nem reação de corpo estranho nos locais onde foram implantadas. As associações de células-tronco a outros biomateriais tem demonstrado bons resultados para melhora da osteogênese. Há um grande progresso nos estudos com células-tronco adultas provenientes de tecidos bucais, principalmente pelo seu fácil acesso e o fato de não serem órgãos vitais, oque viabiliza as técnicas da bioengenharia. Pelo que os experimentos demonstram é possível que no futuro se utilize da bioengenharia tecidual na terapia endodôntica e periodontal, porém a complexidade que envolve a formação dentária ainda distancia a ciência de desenvolver órgãos dentários completos a partir de células-tronco. REFERÊNCIAS 1. Li Z, Li ZB. Repair of mandible defect with tissue engineering bone in rabbits. ANZ J Surg 2005;75: Risbud M V, Shapiro I. M. Stem cells in craniofacial and dental tissue engineering. Orthod Craniofacial Res 2005; 8(2): Zago MA, Covas DT. Células-Tronco: a nova fronteira da medicina. São Paulo: Ateneu; p. 4. Gronthos S, Mankani M, Brahim J, Gehron R P, SHI S. Postnatal human dental pulp stem cells (DPSCs) in vitro and in vivo. Proc Natl Acad Sci 2000;97(25): Rev. Eletr. Pesq. UNIRP (online), São José do Rio Preto, 2011 Jan-Jun; 1(1): Página 15

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