El uso de hidrogeles bioortogonalmente reticulados permite controlar la autoorganización celular y la señalización bioquímica, imitando el desarrollo natural del diente
Xuechen Zhang y Dra. Ana Angelova Volponi. / KCL.
Redacción T21
Madrid21 ABR 2025
Una innovadora tecnología de hidrogeles desarrollada en King's College London recrea con precisión el microambiente necesario para la formación dental, ofreciendo alternativas biológicas y autorreparables a los empastes e implantes tradicionales.
Un equipo de científicos del King's College London (KCL) ha logrado un avance significativo en la odontología regenerativa, acercándose a la posibilidad de cultivar dientes humanos en el laboratorio. Esta investigación, cuyos resultados se publican en ACS Macro Letters, podría revolucionar el cuidado dental, ofreciendo alternativas biológicas y autorreparables a los empastes e implantes tradicionales.
El núcleo de este avance reside en el desarrollo de hidrogeles especiales diseñados para imitar el microambiente natural donde se forman los dientes. El equipo de KCL, en colaboración con el Imperial College London, ha utilizado hidrogeles bioortogonalmente reticulados, redes de polímeros diseñadas cuyas propiedades físicas y químicas replican la matriz extracelular que rodea a las células dentales durante el desarrollo.
Estos hidrogeles se crean mezclando precursores de gelatina modificados con restos de tetrazina (Tz) y norborneno (Nb). Al ajustar la concentración de gelatina y la proporción estequiométrica entre Tz y Nb, los investigadores pueden controlar con precisión la rigidez y elasticidad del hidrogel. Esta capacidad de ajuste es crucial, ya que permite crear un entorno que no es un simple andamio pasivo, sino un medio dinámico que facilita la comunicación celular esencial para la formación dental.
A diferencia de intentos anteriores, estos hidrogeles permiten una liberación gradual de señales bioquímicas, imitando el proceso natural y permitiendo que las células madre dentales interactúen y se diferencien correctamente.
Formación de organoides dentales in vitro
El desarrollo dental natural es un proceso complejo que implica interacciones precisas entre células epiteliales y mesenquimales. El sistema de hidrogel desarrollado por KCL replica esta comunicación celular. Al encapsular agregados de células epiteliales y mesenquimales dentales dentro de la formulación de hidrogel optimizada, los investigadores observaron cómo estas células se autoorganizaban para formar organoides dentales.
Estos organiodes son versiones simplificadas y en miniatura de dientes que recapitulan las primeras etapas del desarrollo dental in vitro.
Los organoides desarrollados mostraron características similares a los dientes naturales en formación, incluyendo la diferenciación de células productoras de esmalte (epitelio) y capas de dentina (mesénquima).
El estudio identificó que los hidrogeles con menor rigidez y mayor capacidad de hinchamiento eran los más propicios para la formación de estos organoides estructurados. Este éxito representa la primera vez que se utilizan hidrogeles bioortogonalmente reticulados definidos para la ingeniería del desarrollo dental, proporcionando una plataforma ajustable para estudiar y modelar este proceso.
Los dientes cultivados en laboratorio prometen ventajas significativas sobre las opciones actuales como empastes e implantes. A diferencia de los implantes, que son materiales inertes y no se regeneran, los dientes cultivados biológicamente podrían integrarse completamente con el hueso maxilar y los tejidos circundantes. Potencialmente, podrían crecer, repararse y adaptarse con el tiempo, funcionando como dientes naturales.
Esto eliminaría los riesgos asociados con materiales extraños y procedimientos invasivos, ofreciendo una solución más sostenible y biológicamente compatible. La Dra. Ana Angelova Volponi, autora principal del estudio, destaca que la integración de estas técnicas innovadoras tiene el potencial de revolucionar el cuidado dental.
Aunque los resultados son prometedores, aún quedan desafíos para trasladar esta tecnología a la práctica clínica. Los investigadores están considerando dos estrategias principales: trasplantar células dentales en etapa temprana directamente en el maxilar del paciente para que el diente crezca in situ, o cultivar un diente completo en el laboratorio antes de implantarlo.
Ambas opciones requieren iniciar el desarrollo dental temprano en el laboratorio, algo que el sistema de hidrogel ahora permite. Los retos futuros incluyen asegurar la maduración completa de los dientes cultivados, su correcta integración funcional en la boca del paciente y la superación de los procesos regulatorios para su aprobación clínica. Además, aunque los estudios actuales utilizan células embrionarias de ratón, se investigan futuras adaptaciones, como la incorporación de factores de crecimiento en el hidrogel para mejorar la señalización odontogénica.
Retos y perspectivas
Este trabajo se enmarca en el campo más amplio de la medicina regenerativa, que busca utilizar células madre y biomateriales avanzados para reparar o reemplazar tejidos dañados. El uso de hidrogeles definidos y ajustables no solo avanza en la odontología regenerativa, sino que también ofrece una plataforma adaptable para otras aplicaciones en ingeniería de tejidos, como la regeneración ósea o cartilaginosa.
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Referencia
Generating Tooth Organoids Using Defined Bioorthogonally Cross-Linked Hydrogels. Xuechen Zhang et al. ACS Macro Letters, Vol 13/Issue 12. DOI:https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.4c00520
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