ES cells-derived ectomesenchymal cells for tooth engineering.

S Acuña-Mendoza, S Martin, S Ribes, L Keller, C Chaussain, L Lebrin, H Lesot, A Poliard

Abstract


Recent progresses in stem cell biology and tissue engineering allow considering the possible development of new therapies for compensating the dental tissue losses associated with traumas, pathologies or ageing. The possibility of generating a tooth by mimicking development through reassociations between dental epithelial cells and ectomesenchymal cells derived from the neural crest (NC) has been demonstrated in the mouse. In the search of cell sources to be used for a human transfer, pluripotent stem cells could represent a good alternative. Our study thus focuses on obtaining, ectomesenchymal cells from pluripotent ES cells, capable of promoting tooth histomorphogenesis, when reassociated with a competent dental epithelium. To this end, two ES differentiation protocols, using cyclopamine or a combination of FGF2 and BMP4, have been developed and tested for their capacity to generate such cells. The differentiated ES cells were characterized by quantitative RT-PCR. Both protocols led the cells to acquire in 10 days a mesenchymal-like cell morphology. Rapidly after induction, the cells loose their expression of pluripotent genes while sequentially activating typical NC specifiers. However, the kinetics of gene activation differed between the 2 protocols. Interestingly, Twist, a gene whose expression in the NC is associated with a commitment towards an ectomesenchymal fate, is only activated under the influence of FGF2 and BMP4. Reassociation experiments with a competent epithelium will allow testing the odontogenic potential of the differentiated ES cells. These experiments performed in the mouse system should allow defining a strategy for obtaining odontogenic competent human cells.

Les progrès en matière de biologie de cellules souches et d’ingénierie tissulaire permettent d’envisager le développement de nouvelles thérapies pour pallier les pertes de tissus dentaires consécutives à des traumatismes, des situations pathologiques ou au vieillissement. La possibilité de générer une dent en mimant le développement, par réassociations entre cellules dentaires épithéliales et mésenchymateuses dérivées des crêtes neurales (CN), a été démontrée chez la souris. Dans la recherche de ressources cellulaires utilisables pour un transfert chez l’homme, les cellules souches pluripotentes pourraient constituer une alternative. Notre but est d’obtenir à partir de ces dernières, des cellules ectomésenchymateuses capables d’interagir avec un épithélium dentaire pour promouvoir l’histomorphogenèse d’une dent. Pour cela, deux protocoles de différenciation de cellules ES, utilisant la cyclopamine ou une combinaison de FGF2/BMP4, ont été mis au point. Les cellules induites ont été caractérisées par PCR quantitative. Les deux protocoles de différenciation amènent les cellules à acquérir en 10 jours, une morphologie de type mésenchymateux. Après induction, l’expression des gènes de pluripotence chute de façon drastique alors que celle des gènes spécificateurs de CN est activée. Toutefois, la cinétique varie selon le protocole. Le gène Twist, dont l’expression dans les CN est associée à un engagement vers l’ectomésenchyme, n’est activé significativement que sous l’action de FGF2/BMP4. Des expériences de réassociations avec un épithélium dentaire sont en cours pour évaluer le potentiel odontogène des cellules ES différenciées. A terme, ces approches menées chez la souris devraient permettre de définir une stratégie pour l’obtention de cellules compétentes humaines.

Keywords


Tissue engineering; Pluripotent cells; Ectomesenchyme; Neural crest; Differentiation

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