par Ha, Hoang Thai
Président du jury Remmelink, Myriam
Promoteur Baeyens, Nicolas
Publication Non publié, 2025-10-21
Thèse de doctorat
Résumé : In this work, we developed a comprehensive atlas of the progression of tooth decay by combining volumetric imaging of cleared human tooth samples with, for the first time, a preserved dentin-pulp interface and single-cell analysis of human dental pulps in both healthy and diseased states. This innovative approach allowed us to provide detailed insights into the remodeling processes as the pathology progresses. During the early phases, we observed an arterialization of capillary networks and a progressive outward remodeling of larger vessels. Additionally, we identified neurogenesis of nerve endings and the reprogramming of perivascular progenitor cells into fibroblasts, initiating the physiological reparative response of the stromal tissue. We identified the potential for reversibility in early disease stages, followed by irreversible remodeling as the disease progresses to advanced stages if no dental care is undertaken. Vascular and nerve regression, along with a shift in immune response and dental pulp fibrosis, contribute to irreversible pulpitis. The various remodeling processes observed are also present in other systemic diseases, highlighting the potential of the human tooth as a unique and promising model for studying human systemic conditions. Our findings reveal that the dental pulp does not merely degenerate under chronic injury, but rather undergoes a complex and staged remodeling characterized by selective cellular activation, recruitment, and cross-communication. Endothelial cells exhibit transcriptional signatures of angiogenic activation, followed by signs of vascular regression and fibrosis in advanced stages. The dental pulp is a specialized soft connective tissue located at the tooth’s core within a rigid, opaque, non-expandable chamber. It is encased by hard, mineralized tissues: an outer enamel layer and an inner dentin layer comprising dentinal tubules, allowing for communication between the outer layers of the hard tissue and the pulp. The pulp is highly innervated and vascularized, with its vascular system playing a vital role in tooth homeostasis by facilitating cell nutrition, oxygenation, and the removal of metabolic waste. Meanwhile, the neural system regulates blood flow, tooth sensitivity, and pain perception. Previous research using resin casts and Indian ink in animal models has revealed the basics of the pulp vasculature’s three-dimensional architecture. More recently, a study imaged the neurovascular systems of the human dental pulp extracted from hard tissues after tissue clearing.1 However, these studies were either limited to animal models, which do not naturally develop tooth decay as observed in humans, or involved pulp extracted from its mineralized environment. In addition, they often present limited imaging resolution. Visualization at high resolution of the complete architecture of the neurovascular system in human teeth, with a preserved dentin-pulp interface, is lacking. The human tooth is unique because it contains fully functional soft tissue accessible and easily harvested, for example, during wisdom teeth extraction, enabling procedures such as omics investigations and therapeutic trials.Dental decay is a slowly progressing infectious disease, the most common chronic disease worldwide. It causes enamel and dentin demineralization, followed by cavitation and subsequent progression of the lesion toward the dental pulp. This progression can be clinically and histologically classified, as done by the SiSta classification, based on the progression of the decay inside the hard tissue. The decay of the hard tissues releases metabolic byproducts into the dentinal tubules, which can diffuse to the dentin-pulp interface. Pulpal cells sense invading pathogens and trigger a cascade of inflammatory responses called pulpitis. Traditional clinical practices have long prioritized the removal of infected hard tissues, often at the expense of considering the regenerative potential of the pulp. the evolution of dentistry has progressively embraced a more conservative and biologically oriented approach. Although extensively studied, the cellular and molecular mechanisms involved in pulp response remain unclear, mainly how these processes vary with disease progression and severity, and what drives the progression from reversible pulpitis into irreversible pulpitis. While a study has demonstrated increased expression of pro-inflammatory, anti-inflammatory, and mineralization-related genes in cases of deep decay, a deeper understanding of these mechanisms during the progression of the disease is necessary. Precise insights could drive a paradigm shift in dental treatment, transitioning from hard tissue management and pulp removal by endodontic approaches to strategies targeting pulp preservation and regeneration.Together, these findings support a new conceptual framework in which the human dental pulp is not a static tissue but a dynamic, multicellular organ capable of context-dependent remodeling. The transition from reversible to irreversible stages of caries corresponds to a breakdown of this regenerative network: as communication between vascular, stromal, and neural cells deteriorates, the tissue loses its ability to orchestrate coordinated repair.The novelty of this work lies in demonstrating that fibrosis and loss of neurovascular integration are not merely end points of pulp pathology but progressive, regulated processes that can be mapped and quantified at single-cell resolution. These insights open new perspectives for therapeutic reactivation of endogenous pulp repair, by targeting key signaling pathways that sustain neurovascular–stromal communication before irreversible damage occurs.
Dans cette étude, nous avons développé un atlas complet de l’évolution spontanée de la carie dentaire en combinant l’imagerie volumétrique d’échantillons de dents humaines clarifiées avec, pour la première fois, une interface dentine-pulpe préservée, et l’analyse single-cell de pulpes dentaires humaines en états sains et pathologiques. Cette approche nous a permis d’apporter des informations détaillées sur les processus de remodelage au fur et à mesure de la progression de la pathologie. Aux stades précoces, nous avons observé une artérialisation des réseaux capillaires proches de la lésion ainsi qu’un remodelage expansif et progressif des vaisseaux de plus gros calibre. De plus nous avons identifié une neurogenèse des terminaisons nerveuses et la reprogrammation des cellules progénitrices périvasculaires en fibroblastes, initiant la réponse réparatrice physiologique du stroma. Nous avons identifié un potentiel de réversibilité aux premiers stades de la maladie, suivi d’un remodelage irréversible lorsque la maladie atteint des stades avancés sans soins dentaires. La régression vasculaire et nerveuse, associée à un basculement de la réponse immunitaire et à la fibrose pulpaire, contribue à l’installation d’une pulpite irréversible. Les différents processus de remodelage observés sont également présents dans d’autres maladies systémiques, soulignant le potentiel unique et prometteur de la dent humaine comme modèle d’étude des pathologies systémiques humaines. Nos résultats montrent que la pulpe dentaire ne se contente pas de dégénérer sous l’effet d’une lésion chronique, mais qu’elle subit au contraire un remodelage complexe et progressif, caractérisé par une activation cellulaire sélective, un recrutement ciblé et une communication croisée entre différents types cellulaires. Les cellules endothéliales présentent des signatures transcriptionnelles d’activation angiogénique, suivies, aux stades avancés, de signes de régression vasculaire et de fibrose.Les caractéristiques spatiales et fonctionnelles des systèmes cellulaires de la pulpe dentaire, ainsi que son hétérogénéité et sa réponse à la carie dentaire, restent en grande partie inexplorées en raison des propriétés particulières de la dent. La pulpe dentaire est un tissu conjonctif spécialisé situé au cœur de la dent, dans une chambre rigide, opaque et inextensible. Elle est entourée par des tissus durs et minéralisés : une couche externe d’émail et une couche interne de dentine composée de tubules dentinaires, permettant la communication entre les couches externes de tissu dur et la pulpe. La pulpe est fortement innervée et vascularisée, son système vasculaire jouant un rôle essentiel dans l’homéostasie dentaire en facilitant la nutrition cellulaire, l’oxygénation et l’élimination des déchets métaboliques.1 Parallèlement, le système nerveux régule le flux sanguin, la sensibilité dentaire et la perception de la douleur. Des recherches antérieures utilisant des moulages en résine et de l’encre de Chine4 sur des modèles animaux ont révélé les bases de l’architecture tridimensionnelle de la vascularisation pulpaire. Plus récemment, une étude a permis d’imager les systèmes neurovasculaires de la pulpe dentaire humaine extraite de ses tissus durs après clarification tissulaire. Cependant, ces études étaient soit limitées à des modèles animaux, qui ne développent pas naturellement de caries comme chez l’homme, soit portaient sur une pulpe extraite de son environnement minéralisé. En outre, elles présentent souvent une résolution d’imagerie limitée. Il manque encore une visualisation à haute résolution de l’architecture complète du système neurovasculaire dans les dents humaines, avec une interface dentine-pulpe préservée. La dent humaine est singulière car elle contient un tissu mou pleinement fonctionnel, accessible et facilement prélevable, par exemple lors de l’extraction des dents de sagesse, permettant des analyses omiques et des essais thérapeutiques.La carie dentaire est une maladie infectieuse à progression lente, la plus courante des maladies chroniques dans le monde. Elle provoque une déminéralisation de l’émail et ensuite de la dentine, suivie d’une cavitation, et d’une progression de la carie vers la pulpe dentaire. Cette progression peut être classée cliniquement et histologiquement, comme dans la classification SiSta, en fonction de l’avancée de la carie dans le tissu dur. La dégradation des tissus durs libère des sous-produits métaboliques dans les tubules dentinaires, qui peuvent diffuser jusqu’à l’interface dentine-pulpe. Les cellules pulpaires détectent les agents pathogènes envahissants et déclenchent une cascade de réponses inflammatoires appelée pulpite. Les pratiques cliniques traditionnelles ont longtemps privilégié l’élimination des tissus durs infectées, souvent au détriment de la prise en compte du potentiel régénératif de la pulpe. L’évolution de la dentisterie a progressivement intégré une approche plus conservatrice et biologiquement orientée. Bien que fortement étudiés, les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la réponse de la pulpe restent mal compris, en particulier la manière dont ces processus varient en fonction de la progression et de la gravité de la maladie, et ce qui conduit à l’évolution d’une pulpite réversible vers une pulpite irréversible. Bien qu’une étude ait démontré une expression accrue de gènes pro-inflammatoires, anti-inflammatoires et liés à la minéralisation dans les cas de carie profonde, une compréhension plus approfondie de ces mécanismes au cours de la progression de la maladie est nécessaire. Des informations précises pourraient entraîner un changement de paradigme dans les traitements dentaires, en passant de la gestion des tissus durs et de l’ablation de la pulpe par des approches endodontiques à des stratégies visant à préserver et régénérer la pulpe.Ensemble, ces résultats soutiennent un nouveau cadre conceptuel selon lequel la pulpe dentaire humaine n’est pas un tissu statique, mais un organe multicellulaire dynamique, capable d’un remodelage dépendant du contexte. La transition entre les stades réversibles et irréversibles de la carie correspond à une désorganisation progressive du réseau régénératif : à mesure que la communication entre les cellules vasculaires, stromales et nerveuses se détériore, le tissu perd sa capacité à orchestrer une réparation coordonnée.L’originalité de ce travail réside dans la démonstration que la fibrose et la perte d’intégration neurovasculaire ne constituent pas de simples stades terminaux de la pathologie pulpaire, mais des processus progressifs et régulés, pouvant être cartographiés et quantifiés à la résolution unicellulaire. Ces découvertes ouvrent de nouvelles perspectives thérapeutiques visant à réactiver la réparation de la pulpe, en ciblant les voies de signalisation clés qui soutiennent la communication neurovasculaire et stromale avant que les dommages irréversibles ne s’installent.

Documents en relation

DI-fusion