The Use of Bio-Inks and the Era of Bioengineering and Tooth Regeneration

Abstract Objective: To review existing literature and provide an update on the current use of Bio-Inks and potential future use. Material and Methods: A MeSH keyword search was conducted to find out relevant articles for this short review. Results: Bio inks used in 3D printing grafting require various properties essential for the selection. Combining multiple methods and improved properties is essential for developing successful bio-inks for 3D grafting of functional tissues and tooth pulp regeneration from stem cells. To date, researchers have made many efforts to grow teeth based on stem cells and inculcate regeneration of teeth along with surrounding tissues like alveolar bones and periodontal ligaments. Conclusion: 3D printing with Bio-Inks requires strict adherence to safety protocols for successful outcomes, making it difficult to employ this routinely.

Immunohistological study of the effect of vascular Endothelial Growth Factor on the angiogenesis of mature root canals in rat molars

Abstract Tissue bioengineering has been applied to Endodontics to seek a more biological treatment. The presence of blood vessels is crucial for cell nutrition during tissue formation. Objective This study analysed the application of vascular endothelial growth factor (VEGF) in the angiogenesis of mature root canals. Material and methods Upper first molars of twelve 13-week old Wistar male rats were used. The root pulp of the mesiobuccal canal was removed and the root canal instrumented with K-files up to size #25. Periapical bleeding was induced into the root canal by introducing a #15 K-file beyond the apex. The teeth on the right side of the arch were filled up with blood clot (G1), whereas those on the left side were filled up with blood clot plus 50 ng/ml of VEGF (G2). Teeth were sealed with light-curing glass-ionomer cement and the animals were sacrificed after 60 days. The maxilla was dissected and fixed before obtaining serial sections for histological processing with haematoxylin-eosin (HE) and immunohistochemical factor-VIII. Immunohistochemical labelling was evaluated using scores for statistical analysis. Results Immunohistological analysis demonstrated the presence of angiogenesis in both groups, but with higher angiogenic maturation in G2 during the experimental period (p<0.05). HE staining showed connective tissue with absence of odontoblasts in all specimens. Conclusions It can be concluded that it is possible to obtain angiogenesis in mature root canals with or without the use of VEGF, although the latter tends to accelerate blood vessel formation.

Estudo da interação entre células-tronco transplantadas e células do hospedeiro na bioengenharia pulpar / Study of the interaction between transplanted stem cells and host cells in pulp bioengineering

O uso de células tronco já é uma realidade em algumas áreas da Medicina, porém o mesmo não se aplica para a Odontologia, que segue utilizando materiais artificiais para substituir tecidos dentais perdidos. Desde 2000, quando Gronthos e colaboradores identificaram células-tronco na polpa de dentes permanentes, os estudos avançaram para que, num futuro breve, essas células possam ser de fato aplicadas para regenerar tecidos dentais, com destaque para a endodontia, onde o uso dessas células parece ser mais eminente. Dessa forma, esse trabalho procurou analisar a co-participação de células humanas transplantadas e células do hospedeiro em um modelo de engenharia pulpar. Para tanto, células de papila apical, enriquecidas ou não para o marcador CD146, foram transplantadas em câmaras pulpares despulpadas preenchidas com colágeno. Dois modelos animais foram utilizados, sendo um modelo transgênico para o gene GFP e outro imunocomprometido pela aplasia do timo (nude). Os resultados foram analisados nos dias 14 e 21 pós-transplante das amostras em cápsula renal. Nas amostras GFP realizou-se imunofluorescência para o marcador anti-GFP, com o objetivo de identificar as células do hospedeiro, enquanto nas amostras nude utilizou-se o marcador lâmina A para identificar as células humanas transplantadas.

Nas análises morfológicas de todas as coroas transplantadas houve a formação de um tecido conjuntivo frouxo de celularidade variável, com a presença de vasos bem formados com eritrócitos em seu interior, inclusive nas coroas que receberam somente colágeno. Somente as amostras que receberam células houve a formação de matriz mineralizada no espaço pulpar, mas nos tempos experimentais analisados não foi possível visualizar as células humanas. Nas amostras nude, o marcador lâmina A foi negativo para todos os grupos que receberam transplante de células. Nas amostras GFPs, o marcador anti-GFP foi positivo na totalidade das células em todas as amostras estudadas. A partir disso concluiu-se que as células-tronco humanas de papila apical transplantadas apesar de terem desempenhado alguma função fisiológica, não foram identificadas após 14 e 21 dias e o tecido neoformado no interior da câmara pulpar era proveniente do hospedeiro. Adicionalmente, concluímos que não é necessário o transplante de células para a formação de um tecido conjuntivo frouxo no interior da câmara pulpar.

The use of stem cells is already a reality in some areas of Medicine, but the same does not apply for Dentistry, which keeps on using artificial materials to replace lost dental tissues. Since 2000, when Gronthos and coleagues identified stem cells in the pulp of permanent teeth, studies advanced so that, in the near future, these cells may actually be applied to regenerate dental tissues, especially in endodontics, in which the use of these cells seems to be more imminent. Thereby, this study sought to examine the co-participation of transplanted human cells and host cells in a model of dental pulp engineering. For this, apical papilla cells enriched or not with CD146 marker, were transplanted into decelluarized pulp chambers (empty crowns) filled with collagen. Two animal models were used, a transgenic model for the GFP gene and an immunocompromised by thymus aplasia (nude). The results were analyzed on days 14 and 21 after transplantation of samples into renal capsule. In the GFP samples immunofluorescence was performed for the anti-GFP marker in order to identify host cells, while in the nude samples the lamina

A marker was used to identify the transplanted human cells. In the morphological analysis of all transplanted crowns there was formation of a loose connective tissue of variable cellularity, with the presence of well-formed vessels with erythrocytes inside, including in the crowns that received only collagen. Osteodentine was formed in the pulp chamber only in the samples that received cell, but after the wait time was not possible to visualize the human cells. In the nude samples the Lamina A marker was negative for all groups transplanted with cells. In the GFPs samples, the anti-GFP marker was positive for all cells in this group. We concluded that it was not necessary to use transplanted cells to form a connective tissue inside the pulp chamber and although transplanted human stem cells from apical papilla played some physiological function, after 14 and 21 days of transplantation, they were no longer present in the tissue newly formed by the host.

Stem cells and their applications in Dentistry: a literature review / Células-tronco e sua aplicabilidade na odontologia: uma revisão de literatura

Desde a descoberta da célula-tronco, diversos profissionais da área da saúde têm se utilizado dessa alternativa como importante meio para combater muitas doenças, principalmente aquelas cuja cura tem desafiado a ciência. Uma célula-tronco é uma unidade não especificada, com grande potencial de autorrenovação, capaz de organizar diferentes tipos celulares no organismo. Várias pesquisas apontam para a utilização de células-tronco embrionárias ou adultas na formação dental, regeneração tecidual e óssea. Baseado na importância deste tema, este estudo teve por objetivo fazer uma revisão da literatura sobre estudos e aplicabilidade dessas células na odontologia.

Since stem cells were discovered, professionals in many different areas of healthcare have been using them as an important tool for fighting diseases, particularly diseases for which science has been unable to find cures. A stem cell is an undifferentiated unit with powerful self-renewal properties that is capable of organizing other cell types in the body. Many studies have shown the utility of embryonic or adult stem cells for forming teeth and for regeneration of bone and soft tissues. In view of the importance of the subject, this article provides a review of the literature on studies of stem cells and their potential applications in dentistry.

A Bioengenharia / Bioengineering

Esta é uma oportunidade especial na Odontologia para expandir nossos horizontes e para que cientistas e clínicos empreendam exploração do futuro sobre os temas da bioengenharia, do crescimento e dos fatores de diferenciação. Alguns cientistas foram, no passado, acusados de fornecer uma visão futurista do impacto clínico dos avanços biológicos e tecnológicos sob a perspectiva de suas especialidades. Isso me faz lembrar de que quando eu, um calouro na faculdade de Odontologia, ouvi um especialista mundial em Cardiologia, nos dizer que havíamos cometido um erro ao escolher a Odontologia como profissão, porque dentro de 18 meses, haveria no mercado uma vacina para a cárie. Eu sugiro que cada um valorize a informação que vai conhecer hoje, como eu deveria ter feito na época com base no que ouvi. Isto tem a ver com a necessidade de investigação pré-mercadológica a respeito de novos produtos. Nos primórdios da osseintegração, muito tempo se passava antes de haver alteração nos produtos. O sistema contemporâneo inverteu o processo a tal ponto que novos produtos são rotineiramente disponibilizados ao profissional com uma investigação inadequada. É frequentemente solicitado aos profissionais da área odontológica que utilizem novos dispositivos e que informem sobre o sucesso de seus resultados do tratamento sem ter informado ao paciente que estão conduzindo pesquisas. Essa é uma abordagem não científica que não traz nada de bom para o implantologista.

Análise por meio do método dos elementos finitos de um protetor bucal para atividades esportivas / Analysis through the finite element method of a mouthguard for sports activities

O uso de protetores bucais na prática de esportes tem ampliado espaço no contexto da prevenção de traumas bucais, bem como apresentado melhoria no desempenho ao longo de sua história. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento do complexo buco dento alveolar (lábio, dentes, osso alveolar e ligamento periodontal) por meio do método dos elementos finitos. A metodologia utilizada foi a partir de um modelo em formato esterolitográfico oriundo de uma tomografia computadorizada, o qual foi convertido para um modelo 3D pelo programa Rhinoceros® versão 4.0 sem protetor bucal (controle) e com protetor bucal de 4.0mm de espessura em EVA (copolímero de etileno e acetato de vinila), os quais receberam três cargas diferentes (500, 1000 e 1500N) no programa ANSYS® v12 em regime quaseestático, de caráter elástico linear. Pudemos observar que houve um padrão de comportamento das estruturas envolvidas quanto à dissipação das tensões geradas e ao se comparar o modelo controle com o modelo provido de protetor bucal houve uma absorção das tensões geradas em até 50%, permitindo confirmar a ação do protetor bucal em literatura e tornando o seu uso imperativo durante a prática de esportes, em especial as modalidades de maior contato.

The use of mouthguards in the practice of sports has expanded space in the prevention of oral trauma, and presented performance improvement over its history. The aim of this study was to evaluate the behavior of complex buco dental alveolar (lip, teeth, periodontal ligament and alveolar bone) through the finite element method. The methodology used was based on a sterelithographic model come from a CT scan, which was converted to a 3D model by the program Rhinoceros® version 4.0 without a mouthguard (control) and mouthguard 4.0mm-thick EVA (copolymerof ethylene and vinyl acetate), which received three different loads (500, 1000 and 1500N) in ANSYS® v12 under quasi-static, linear elastic character. We noticed that there was a pattern of behavior of the structures involved and the dissipation of the tensions generated and compare the model with the control model was fitted with a mouthguard absorbs stresses generated by 50%, allowing to confirm the action of the mouthguard in literature and making its use mandatory for participation in sports, in particular the modalities for greater contact.

Pesquisas com células-tronco: histórico geral e aplicações nas especialidades odontológicas / Stem cells research: general historic and dentistry applications

Diante dos resultados promissores de estudos nas áreas médicas e do aumento no número de pesquisas que englobam a bioengenharia e a odontologia, o objetivo deste estudo foi revisar a literatura com a finalidade de expor os aspectos gerais importantes no histórico das pesquisas com células-tronco e as diferentes aplicações nas especialidades odontológicas. Esta revisão da literatura foi baseada em levantamento bibliográfico na base de dados PubMed, relativo ao período de 1954 a 2010, onde foram utilizadas as palavras-chave “stem cell, temporomandibular joint; periodontal ligament; pulp cells; implant” para a seleção dos artigos. Apesar de a prática odontológica ser atualmente baseada em técnicas restauradoras consagradas que consistem na utilização de materiais restauradores e implantes metálicos, o sucesso relativo ao isolamento e cultivo de células provenientes do ligamento periodontal, da articulação temporomandibular e da polpa dentária destaca a possibilidade de, num futuro próximo, a atuação do cirurgião-dentista poder estar diretamente relacionada à utilização de células-tronco e à bioengenharia.

Because of the promising results presented by studies in medical areas and also due to the increase in the number of researches that associated biomedical engineering with dentistry, the aim of this study was to review and show the most important aspects of stem cells research and their different applications in dentistry. This literature review was based on PubMed bibliographical results from 1954 to 2010, where the keywords “stem cell, temporomandibular joint; periodontal ligament; pulp cells; implant” were used. Despite of dentistry practice had been based on restorative techniques that use restorative materials and metallic implants, the relative success of the isolation and cultivation of stem cells from the temporomandibular joint, periodontal ligament and pulp cells emphasize that the possibility of dentist’s performance will be directly relatedto the use of stem cells and biomedical engineering.