Age-related regenerative potential of human Dental Pulp Stem/Stromal Cells (hDPSCs): possible consequences in an ageing society

Uncomplicated dental treatments for pulpitis and periodontitis continues to be challenging especially in elderly, and regenerative approaches could meet this contingency. Ageing is a physiologic phenomenon occurring with time, which hamper the organs’ functional capacity that normally maintains tissue homeostasis and physiological responses. Moreover, it is well known that aged cells significantly affect their microenvironment, as they secrete pro-inflammatory and matrix-degrading molecules. The impact of these factors on Mesenchymal Stem/Stromal Cells (MSCs) could be also of interest for a better understanding of the age-related regenerative potential. Since Dental Pulp Stem/Stromal cells (DPSCs) represent a good candidate for oral restorative therapies, the study of age-related changes in their recovering capability could be crucial for developing customized treatments for an ageing society. In our in vitro investigations, we firstly analysed changes in the morphology, proliferation, and differentiation toward mesenchymal, odontoblastic and neuronal phenotypes of human DPSCs (hDPSCs) harvested from differently aged donors. Then, we studied the effects of an age-related microenvironment on the biological performances of hDPSCs isolated from young and old subjects. Cytofluorimetric, immunohistochemical, quantitative reverse‐transcription polymerase chain reaction (qRT‐PCR), and western blot analyses were performed. We observed a decline in hDPSCs proliferation and differentiation potential with age. Moreover, these cells showed distinct age‐related mineralization capabilities as well as neurogenic differentiation. In addition, cell-conditioned media from an age-related microenvironment was able to modify the behaviour of hDPSCs isolated from young or old subjects. Later, aimed to combine the conventional restorative dentistry with the recent regenerative techniques, the in vitro impact of a commonly used nanofilled composite (Filtek Supreme XTE) on hDPSCs was taken into account. In this research, proliferation, apoptosis, differentiation ability as well as matrix mineralization, of hDPSCs cultured in the presence of a nanofilled composite were examined. Our data demonstrated that Filtek Supreme XTE affects and delays hDPSCs differentiation and mineralization processes when compared to a control group with dentin-slices as well as in tissue culture plates. This initial approach performed with young cells paves the ways for future studies with hDPSCs derived from old subjects, in order to develop a bioactive material customised for an ageing population In conclusion, our results confirmed that ageing differently impaired hDPSCs biological properties and local factors may modulate these processes. Our observations represent a valid tool for the development of tailored regenerative strategies in an ageing society.

Il trattamento efficace della pulpite e/o della parodontite continua ad essere una sfida nella pratica clinica soprattutto in relazione all’invecchiamento della popolazione. Quest’ultimo è un fenomeno fisiologico che si verifica con il tempo e che impedisce la normale funzionalità degli organi, ostacolando l'omeostasi dei tessuti e delle attività fisiologiche. Inoltre, è ben noto che le cellule senescenti influenzano significativamente il loro microambiente, poiché secernono molecole pro-infiammatorie e degradative. Gli approcci di medicina rigenerativa potrebbero soddisfare le necessità di nuove terapie per tali patologie e di conseguenza risulta importante poter valutare sia le ripercussioni legate età sulle potenzialità di Cellule Stromali/Staminali Mesenchimali (MSC) nonché gli effetti legati al microambiente. Nello specifico, poiché le cellule Staminali/Stromali derivate dalla Polpa Dentale (DPSC) rappresentano un buon candidato per le terapie restaurative del cavo orale, lo studio del loro potenziale rigenerativo età correlato potrebbe essere fondamentale per lo sviluppo di trattamenti sempre più personalizzati in una società che invecchia. I nostri studi in vitro sono stati inizialmente indirizzati a valutare i cambiamenti morfologici, proliferativi e differenziativi verso i fenotipi mesenchimali, odontoblastici e neuronali di cellule della polpa dentaria (hDPSC) isolate da soggetti di età diversa. Successivamente, abbiamo studiato gli effetti di un microambiente età correlato sul comportamento biologico di hDPSC ottenute sia da individui giovani che da soggetti anziani. Dalle analisi citofluorimetriche, immunoistochimiche, e di espressione genica mediante Real Time PCR (qRT-PCR) e western blotting è emerso un declino sia della capacità proliferativa che e del potenziale differenziativo con l'avanzare dell’età dei donatori. Inoltre, è stato possibile riscontrare modificazioni età correlate della capacità di mineralizzazione della matrice extracellulare in seguito a stimoli odontogenici e osteogenici. Anche il differenziamento in senso neuronale ha evidenziato cambiamenti età correlati. Infine, la presenza di un microambiente età-correlato ha mostrato effetti significativi sul comportamento di hDPSC isolate da soggetti giovani e anziani. Successivamente, nell’ottica di combinare l'odontoiatria restaurativa convenzionale con le recenti tecniche rigenerative, si è voluta testare la biocompatibilità in vitro di un composito dentale nanoriempito di ultima generazione (Filtek Supreme XTE), comunemente usato in odontoiatria. Anche in questo caso sono stati analizzati la capacità proliferativa, l'apoptosi e il potenziale differenziativo in senso odontogenico delle hDPSC, nonché la loro capacità di mineralizzare la matrice. I nostri dati hanno dimostrato che Filtek Supreme XTE influenza e/o ritarda i processi di differenziamento e mineralizzazione della matrice da parte delle hDPSC rispetto ai controlli rappresentati sia cellule messe a contatto con la dentina sia da hDPSC coltivate in plastica. Questa sperimentazione preliminare, eseguita con cellule provenienti da individui giovani, pone le basi per futuri studi con cellule ottenute da soggetti anziani utili allo sviluppo di materiali bioattivi adatti ad una popolazione che invecchia. In conclusione, i nostri studi hanno confermato che le caratteristiche biologiche delle hDPSC possono risultare compromesse dai fenomeni di invecchiamento, probabilmente anche in relazione a fattori presenti nel microambiente in grado di modulare l’attività cellulare. Queste osservazioni risultano utili per lo sviluppo di terapie personalizzate che mirano alla rigenerazione di osso, polpa dentaria e dentina, nonché per l’applicazione in medicina rigenerativa del trattamento di disturbi neurologici. Nell’ambito dell’odontoiatria conservativa, è da tenere inoltre in considerazione che l’esposizione a lungo termine delle hDPSC con i compositi nanoriempiti sulle potrebbe ritardare in modo significativo e perfino interrompere il loro di differenziamento in senso odontogenico e/o la mineralizzazione della matrice extracellulare. Questi dati sono di rilevanza clinica, poiché nelle lesioni traumatiche o cariose, le cellule della polpa potrebbero avere una ridotta capacità rigenerativa in un tessuto dentale vulnerabile, specialmente in un soggetto anziano.