http://www.seas.harvard.edu/news/2014/05/researchers-use-light-to-coax-stem-cells-to-repair-teeth
非侵入性雷射療法能輕易改變牙齒治療，並導致更廣泛的再生醫學臨床應用。
By Kristen Kusek, Wyss Institute
May 28, 2014
麻州劍橋／波士頓 -- 一個由哈佛領導的團隊率先證明，能利用低功率光線觸發體內的幹細胞以再生組織，他們在 Science Translational Medicine 中報告此一進展。這項研究由 David J. Mooney 所領導，哈佛工程與應用科學學院（SEAS） Robert P. Pinkas Family 生物工程教，為贗復牙科（restorative dentistry）與再生醫學（甚至範圍更廣的傷口癒合、骨骼再生等）中的許多臨床應用立下基礎。
這個團隊使用低功率雷射來觸發人類牙齒幹細胞以形成牙本質（dentin，這種堅硬的組織類似骨骼，構成大部份牙齒。）此外，他們還精確描繪出涉及其中的分子機制，同時使用不同實驗室與不同的動物模型來證明其威力。
有一些生物活性分子，例如生長因子（growth factors）這種調控蛋白，能觸發幹細胞分化成不同類型的細胞。目前的再生嘗試得讓科學家將幹細胞從體內分離出來，在實驗室中操作，最後在將它們送回體內 -- 這樣的嘗試在其臨床轉譯（clinical translation）上將會面臨許多管控與技術障礙。但 Mooney 的方法不同，而且他希望，那能更容易在臨床實務上獲得成功。
"我們的治療方法並沒有引入任何新東西到體內，而且醫學與牙醫經常使用雷射，故臨床轉譯的障礙很低，" Mooney 表示，他也是哈佛 Wyss 生物啟發工程研究所的核心教職員。"如果我們能再生牙齒而非替換它們，那麼對此領域來說，將會是一個重大進展。"
這個團隊於 2011 年首度轉交給第一作者與齒科醫師 Praveen Arany 博士，他現在是 NIH 的助理臨床研究者。在研究的那時候，他是哈佛畢業生，之後參與 SEAS 與 Wyss 研究所的博士後研究。
Arany 把囓齒類動物帶往實驗室版本的牙科辦公室，在牠們的大臼齒鑽孔，以低劑量雷射療法來治療包含成年牙齒幹細胞的牙髓，套上牙帽（temporary caps），並保持動物舒適與健康。約在 12 周之後，高解析度 X 成像與顯微鏡證明雷射治療觸發了「增強版」的牙本質生成。
"那無疑是我第一次做囓齒類動物牙科治療，" Arany 說，在這麼小的尺度上進行口腔手術他面臨幾項技術挑戰。其牙本質與一般的牙本質組成非常類似，不過在形態學的組織上有點不同。此外，在人類牙齒中可見到的典型修復性牙本質橋（reparative dentin bridge），但因為這種手術的技術性挑戰，使其在微小的囓齒類動物牙齒上無法輕易出現。
"這是以人類進行研究會更加容易的幾個罕見例子之一，" Mooney 說。
接下來，該團隊完成一系列基於培養的實驗，揭開造就雷射治療之再生效應背後的精確分子機制。結果證明，有種普遍存在的調控細胞蛋白，稱為轉化生長因子β1（transforming growth factor beta-1，TGF-β1）在觸發牙齒幹細胞生長成牙本質上扮演關鍵的角色。TGF-β1 以潛伏型態存在，直到被任意數量的分子活化。
這裡是該團隊所確認的化學骨牌效應：在一種劑量相依的情況下，雷射首先引發反應性氧族（reactive oxygen species，ROS），那是在化學上活躍的含氧分子，在細胞功能中扮演重要的角色。ROS 將潛伏的 TGF-β1 複合體活化，那接著使幹細胞分化成牙本質。
搞清楚此一機制是關鍵，因為那為累積數十年之久的、關於低功率光療（low-level light therapy，LLLT）-- 亦稱為光生物調節（Photobiomodulation，PBM）-- 的成堆奇聞軼事立下穩固的科學基礎。
醫療雷射的使用始於 1960 年代晚期，醫師已累積不少如傳奇般的證據指出，低功率（雷射）光療能刺激各種生物過程，包括誘使皮膚回春、刺激毛髮生長等等。但最有趣的是，同樣的雷射也能用來切除皮膚與移除毛髮 -- 端看臨床上使用雷射的方式。低功率雷射的臨床效果難以捉摸且大部分都反覆無常。這項新研究代表科學家首度在分子層次上掌握低功率雷射治療如何運作的要點，並為受控制的治療方案立下基礎。
"為了進行組織再生，科學社群對於探索一堆利用幹細胞的方法相當熱衷，" Wyss Institute Founding Director Don Ingber 表示，"而 Dave 與他的團隊增添了一個創新、非侵入性，且非常簡單卻又十分強大的工具到工具箱中。"
Arany 接下來要在人類臨床試驗中進行這項研究。他目前正與他在 National Institute of Dental and Craniofacial Research（NIDCR，NIH 其中之一）的同事合作，以規劃出所需要的安全性與有效性參數。"我們對於能將這些觀測拓展到包含其它類型幹細胞的其他再生應用上，感到相當振奮，" 他說。
※ 後面的相關研究單位略譯，詳見原站。相關報導：
＊ Photoactivation of Endogenous Latent Transforming Growth Factor–β1 Directs Dental Stem Cell Differentiation for Regeneration
http://dx.doi.org/10.1126/scitranslmed.3008234
Praveen R. Arany, Andrew Cho, Tristan D. Hunt,
Gursimran Sidhu, Kyungsup Shin, Eason Hahm, George X. Huang,
James Weaver, Aaron Chih-Hao Chen, Bonnie L. Padwa,
Michael R. Hamblin, Mary Helen Barcellos-Hoff,
Ashok B. Kulkarni and David J. Mooney
Sci Transl Med 28 May 2014: Vol. 6, Issue 238, p. 238ra69
doi: 10.1126/scitranslmed.3008234
＊ 研究：牙科用藍光也許能阻礙癌症生長
＊ LED燈光影響神經細胞生長
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