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Forscher nutzen Laser, um Zähne zu reparieren
Zum ersten Mal hat eine neue Studie gezeigt, dass es möglich ist, Laser mit geringer Leistung zu verwenden, um Stammzellen im Körper anzuregen, um neues Gewebe zu bilden, in diesem Fall um Dentin in Zähnen zu regenerieren. Das Harvard-geführte Team sagt, dass ihre Arbeit die Grundlage für eine Fülle neuer klinischer Anwendungen für die Heilung von Wunden, die Regeneration von Knochen und Zähnen und mehr schafft.
Der leitende Autor David J. Mooney, Robert P. Pinkas, Professor für Bioingenieurwesen an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences, und Kollegen berichten über ihre Studie in der Zeitschrift Wissenschaft Translationale Medizin.
Sie beschreiben nicht nur, wie sie mit schwachem Laserlicht menschliche Zahnstammzellen zu Dentin - dem knochenharten Gewebe, das den größten Teil der Zähne ausmacht, sondern auch zu den genauen molekularen Mechanismen - anregen.
Bei der Verwendung von Stammzellen müssen Wissenschaftler diese aus dem Körper entfernen, mit ihnen im Labor arbeiten und sie dann wieder in den Körper einbringen. Die Übertragung der Forschungsergebnisse mit diesem Ansatz auf die Klinik beinhaltet zahlreiche Hürden - sowohl regulatorische als auch praktische.
Aber die laserbasierte Methode, an der das Harvard-Team arbeitet, sollte viel einfacher in die Klinik zu übersetzen sein, wie Prof. Mooney erklärt:
"Unsere Behandlungsmethode führt dem Körper nichts Neues ein und Laser werden routinemäßig in der Medizin und Zahnmedizin verwendet, so dass die Barrieren für die klinische Translation gering sind. Es wäre ein substantieller Fortschritt auf dem Gebiet, wenn wir Zähne regenerieren und nicht ersetzen können." . "
Die Arbeit begann, als der leitende Autor und Zahnarzt Dr. Praveen Arany Löcher in die Molaren von Laborratten bohrte. Dr. Arany behandelte die Zahnpulpa, die adulte Stammzellen enthält, mit niedrig dosiertem Laserlicht, versiegelte sie mit provisorischen Kappen und hielt die Tiere dann einfach gesund und bequem und wartete.
Zwölf Wochen später, als er die Ergebnisse mittels hochauflösender Röntgenbildgebung und Mikroskopie untersuchte, stellte Dr. Arany, der stellvertretender klinischer Forscher am National Institute of Health (NIH) ist, fest, dass die Laserbehandlung die Dentinbildung ausgelöst hatte.
Nach diesem frühen Erfolg führte das Team eine Reihe von Experimenten mit gezüchtetem Gewebe durch, um herauszufinden, was auf molekularer Ebene geschieht, wenn Laserlicht eine neue Gewebebildung auslöst.
Zugrundeliegender molekularer Mechanismus ist ein Dominoeffekt vom Lasertrigger bis zum Dentin
Sie entdeckten, dass ein übliches regulatorisches Zellprotein, der transformierende Wachstumsfaktor Beta-1 (TGF-?1), eine Schlüsselrolle bei der Auslösung von Zahnstammzellen in Dentin spielt.
Die Forscher wollen nun mit menschlichen Versuchen für die Laserbehandlung beginnen und planen derzeit die erforderlichen Sicherheits- und Wirksamkeitstests.
Bis ein Molekül mitkommt und es aktiviert, existiert TGF-?1 in einem Standby-Modus. Was das Team entdeckte, ist ein Dominoeffekt, der beginnt, wenn das Laserlicht reaktive Sauerstoffspezies (ROS) induziert, und diese wiederum aktivieren den TGF-?1-Komplex, der dann die Stammzellen dazu veranlasst, sich in Dentin zu differenzieren. ROS sind chemisch aktive sauerstoffhaltige Moleküle, die in vielen Zellfunktionen eine Schlüsselrolle spielen.
Die Entdeckung ist bedeutsam, weil sie wissenschaftlich bestätigt, was immer von den berichteten Anekdoten über die Low-Level-Lichttherapie, auch bekannt als Photobiomodulation, geglaubt wurde. Seit den 1960er Jahren gibt es vereinzelte Berichte von Ärzten, die bemerkenswerte Ergebnisse mit Laserlicht wie verjüngende Haut, stimulierendes Haarwachstum und andere Wunder erzielen.
Es ist auch interessant, dass die gleiche Art von Lasertherapie verwendet werden kann, um unerwünschtes Hautmaterial und Haar zu entfernen - alles hängt davon ab, wie Sie den Laser verwenden.
Die Studie hilft, einige der widersprüchlichen Beweise über die klinischen Auswirkungen von Low-Power-Lasern auf Gewebe zu klären, und markiert das erste Mal, dass Wissenschaftler die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen in Angriff genommen haben.
Studie fügt der Toolbox für die Geweberegeneration ein "einfaches, aber leistungsfähiges Werkzeug" hinzu
Don Ingber, Gründungsdirektor des Wyss-Instituts, der die Studie unterstützte, sagt: "Die wissenschaftliche Gemeinschaft erforscht aktiv eine Vielzahl von Ansätzen zur Verwendung von Stammzellen für die Geweberegeneration" und mit dieser neuen Studie Prof. Mooney und sein Team "haben der Toolbox ein innovatives, nichtinvasives und bemerkenswert einfaches, aber leistungsstarkes Werkzeug hinzugefügt."
Dr. Arany möchte jetzt mit menschlichen Studien beginnen und arbeitet derzeit mit anderen zusammen, um die erforderlichen Sicherheits- und Wirksamkeitstests zu planen. Er sagt, sie sind auch "aufgeregt darüber, diese Beobachtungen auf andere regenerative Anwendungen mit anderen Arten von Stammzellen auszuweiten".
Neben dem Wyss Institute, dem National Institute of Dental and Craniofacial Research des NIH und verschiedenen Quellen in Harvard, half die Studie zu finanzieren.
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