La primera etapa de la diferenciación odontoblástica se caracteriza por la disminución y posterior interrupción de la proliferación celular, cuyo efecto inmediato es el desarrollo de células posmitóticas situadas en la proximidad y con una orientación perpendicular a la membrana basal. Únicamente las células en contacto con la membrana basal se polarizarán y diferenciarán en odontoblastos. Aquellas células más distantes de la membrana basal constituyen las denominadas células de Höhl, que se situarán en la zona subodontoblástica⁵. Durante la polarización de los odontoblastos, el núcleo se aleja de la membrana hacia una posición basal, mientras que el retículo endoplasmático rugoso (RER) y el aparato de Golgi se ubicarán a nivel supranuclear. Los elementos del citoesqueleto (microtúbulos, filamentos intermediarios y microfilamentos) se disponen en la zona cerca del polo apical secretor del odontoblasto, donde realiza intercambios con la matriz extracelular. A nivel del polo apical, una prolongación del odontoblasto se forma en contacto con las fibras de anclaje. El aumento progresivo de la longitud de los odontoblastos induce el desplazamiento de los cuerpos celulares en dirección central de la papila ectomesenquimatosa, en tanto que las prolongaciones odontoblásticas se ramifican para formar el frente de mineralización, área donde los odontoblastos secretarán la predentina y se lleva a cabo la mineralización dentinal. Los odontoblastos con poca diferenciación secretan la dentina periférica o de manto, una dentina situada en contacto con el esmalte dental a nivel de la corona dental y del cemento, a nivel de las raíces^4,5.

El epitelio dental interno controla la diferenciación terminal de los odontoblastos por intermedio de la membrana basal⁶. Algunos genes, entre ellos RUNX2, han sido sugeridos como mediadores en la diferenciación de los odontoblastos; sin embargo, la totalidad los genes participantes de este proceso aún no han sido plenamente identificados. Gracias a marcadores inmunohistoquímicos se ha podido constatar la presencia de factores de crecimiento y sus receptores a lo largo de este proceso. Entre estos factores se encuentran: el factor de crecimiento transformante β (TGF-β), las proteínas morfogenéticas del hueso (BMP) y el factor de crecimiento insulínico tipo 1 (IGF-1)⁶.

TGF-β es una proteína ubicuitaria necesaria en la regulación de diferentes procesos celulares implicada en la proliferación y diferenciación celular, la síntesis de la matriz extracelular, la respuesta inmunitaria y los procesos de muerte celular. TGF-β participa en las interacciones epitelio-mesénquima induciendo la diferenciación odontoblástica⁷. TGF-β1, secretado por el epitelio dental interno, es activado por los componentes de la membrana basal e interactúa con los preodontoblastos, induciendo su diferenciación. En efecto, los odontoblastos secretan TGF-β1, estimulando la secreción de la predentina y la dentina⁶.

Haruyama et al.⁸ analizaron los defectos dentales en un modelo murino transgénico con sobreexpresión de TGF-β1 y reportaron defectos de la dentina similares a los observados en la dentinogénesis imperfecta y en la displasia de la dentina. Dicho trabajo concluye mencionando que una alteración de TGF-β1 puede perturbar el proceso de adhesión entre los ameloblastos y la dentina. Recientemente, Li y Pan⁹ investigaron la inmunolocalización de TGF-β1 durante el desarrollo posnatal del diente, y evidenciaron que TGF-β1 se expresa en los preodontoblastos y en los odontoblastos secretores, mientras que su expresión disminuye en los odontoblastos maduros.

Las BMP hacen parte de la subfamilia de TGF-β y se encuentran implicadas en el desarrollo craneofacial y dental¹⁰. Un estudio in vitro realizado en células madres de gérmenes dentales humanos constató que la BMP2 y la BMP7 cumplen un rol importante en las interacciones epitelio-mesénquima e inducen la diferenciación odontoblástica¹¹. Vainio et al.¹² comprobaron que BMP4 está presente en el epitelio dental interno e induce la expresión de Msx-1/Msx-2 (factores de transcripción) en el mesénquima dental. Estos autores señalaron que BMP4 es una proteína capaz de generar señales epiteliales importantes en el establecimiento de la información posicional durante el desarrollo del diente. Nakashima¹³ señaló que la BMP4 se expresa en los preodontoblastos, y su expresión disminuye después de su diferenciación en odontoblastos, mientras que la de BMP2 aumenta durante la diferenciación odontoblástica terminal.

IGF-1 es un regulador del crecimiento, la diferenciación y procesos de apoptosis en diversos tipos celulares y tejidos¹⁴. En efecto, IGF-1 ha sido identificado como un estimulador de la diferenciación de ameloblastos y odontoblastos, además de promover la regeneración de la dentina¹⁵. Se ha constatado la presencia de IGF-1 y sus receptores en odontoblastos durante el proceso de diferenciación, presumiendo su rol esencial en el desarrollo dental^16,17. Matsumura et al.¹⁷ mostraron, en un modelo murino con receptor de IGF-1 específico de odontoblastos (DMP1-Igf1r), alteraciones en la formación de la dentina terciaria luego de una lesión inducida de manera experimental. Este hallazgo sugiere que IGF-1 desempeñaría también un papel importante en la formación de la dentina reaccionaria.

Existen otros factores que participan en la diferenciación odontoblástica, entre ellos el factor de crecimiento epidérmico (EGF), el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), el factor 11 de crecimiento y diferenciación (GDF11) y el factor de crecimiento de hepatocitos (HGF)^18-21. Asimismo, diversos moduladores de la diferenciación de odontoblastos han sido reportados, como por ejemplo: la proteína de especificidad 7 (Sp7), también conocida como Osterix, factores de transcripción 2 y 3 relacionados con Runt (Runx2 y Runx3, respectivamente), Distal-Less Homeobox 3 (Dlx3), Wnt, factor nuclear I-C y Notch^22-28.

Los odontoblastos se sitúan en la zona periférica de la pulpa dental, organizados en forma de palizada con un sistema de unión bien desarrollado^29,30. Entre los cuerpos de los odontoblastos y las prolongaciones odontoblásticas existe una estructura conocida como la terminal web, donde gran cantidad de filamentos de actina y vimentina suelen fijarse. Esta terminal web funciona como un filtro que evita a las organelas citoplasmáticas migrar hacia las prolongaciones odontoblásticas, pero al mismo tiempo constituye un paso para todas aquellas vesículas de secreción y de endocitosis que se desplazan hacia dichas prolongaciones. En la terminal web han sido identificados tres tipos de uniones intercelulares: los desmosomas, las uniones gap y las uniones estrechas. 

La palizada de odontoblastos, la terminal web y las uniones intercelulares permiten que los odontoblastos sean funcionales y sinteticen la predentina (Figura 3). Los desmosomas, ubicados en la base de la prolongación celular, se encargan de asegurar una fuerte cohesión mecánica entre las células. Las uniones gap, distribuidas a lo largo de las superficies laterales y en la parte basal de los cuerpos odontoblásticos, son las responsables de permitir el paso de iones y moléculas entre los odontoblastos y en inmediaciones de estos y las células de la capa subodontoblástica. Las uniones estrechas, también situadas entre los odontoblastos, establecen una barrera entre las células y participan en la polarización y diferenciación celular^31,32. 

Existen igualmente dos zonas de vital importancia para el desarrollo y buen funcionamiento de los odontoblastos: la zona acelular de Weil y la zona celular de Höehl. La primera, situada por debajo de la zona odontoblástica y con alrededor 40 µm de espesor, en lugar de contener células, presenta cierta cantidad de prolongaciones celulares de la pulpa dental. En esta zona se encuentran las terminaciones de fibras nerviosas y las terminaciones vasculares³³. La segunda zona, por su parte, se caracteriza por presentar células redondas con un núcleo voluminoso (Figura 3). Estas son probablemente células transitorias susceptibles a diferenciarse en odontoblastos de reemplazo cuando los odontoblastos han sido destruidos, sugiriendo que las células de Höehl pueden presentar una función preponderante en la dentinogénesis reaccional o dentina terciaria. 

Aunque los odontoblastos y las células de Höehl derivan de la cresta neural, se conoce que las segundas serían el resultado de la última división celular de los preodontoblastos³⁴. Hosoya et al.³⁵ demostraron que dichas células presentaban una fuerte actividad ALP (fosfatasa alcalina) y exprimían Thy-1, marcador de superficie de células madres y progenitoras. Así se reveló, además, la capacidad de las células de Höehl para diferenciarse en células mineralizantes luego de una estimulación por BMP2.

Formación de dentina: los odontoblastos son responsables de la síntesis, maduración y mineralización de la dentina. De acuerdo con Goldberg et al.³⁶, la dentina es un tejido constituido por 70% de cristales de hidroxiapatita rica en carbonato y magnesio, 20% de matriz orgánica que contiene colágeno, esencialmente colágeno de tipo 1, y proteínas no colágenas, como las proteínas SIBLING (Small Integrin-Binding Ligand N-linked Glycoproteins) y 10% de agua. La matriz dentinal también contiene proteínas séricas como la albumina, factores de crecimiento, metaloproteasas, amelogeninas, fosfolípidos y enzimas de regulación como la fosfatasa alcalina³⁷. 

La secreción de la dentina se lleva a cabo en dos sitios principales: en la unión cuerpo celular-prolongación odontoblástica, y en la prolongación odontoblástica. En la primera se realiza la secreción de predentina no mineralizada o predentina proximal^38,39, mientras que en la segunda, frente de la mineralización, los odontoblastos sintetizan la metadentina (situada entre la predentina y la dentina), constituida por la fosfoglicoproteína de matriz extracelular (MEPE), la enamelina y las proteínas SIBLING, que agrupa la proteína de la matriz dentinaria 1 (DMP1), la sialoproteína ósea tipo II (BSP II), la osteopontina (OPN), la sialoproteína dentinaria (DSP) y la fosfoproteína dentinaria (DPP)⁴⁰. 

Entre la membrana citoplasmática de las prolongaciones y la pared del túbulo dentinario se encuentra un espacio que alberga el líquido dentinario, compuesto del medio intersticial de la pulpa dental. Los túbulos dentinarios, con cierto paralelismo en su organización, representan más de 50.000/mm² cerca de la pulpa dental y alrededor de 20.000/mm² a nivel periférico. La dentina es más permeable cuando se localiza cerca de la pulpa dental; de hecho, en la proximidad de la pulpa dental los túbulos dentinarios presentan un diámetro que oscila entre 2,5 a 3 µm aproximadamente, mientras que en la zona periférica su diámetro es de aproximadamente 0,5 µm.

De otro lado, una formación de túbulos secundarios anastomosados con los túbulos dentinarios vecinos se observa alrededor de las ramificaciones de las prolongaciones principales⁴¹. Por su parte, la dentina peritubular recubre la pared de los túbulos dentinarios. Esta dentina, además de ser muy mineralizada, se caracteriza por una secreción continua a lo largo de la vida del diente. En cuanto a la dentina intertubular, aunque menos mineralizada, se encarga de separar los túbulos dentinarios entre sí⁴¹. 

Los odontoblastos producen diferentes tipos de dentina: la dentina primaria, la secundaria y la terciaria. Sin embargo, los odontoblastos secretan en un premier tiempo la predentina, una matriz orgánica de dentina no mineralizada de 10 a 50 µm situada entre la zona odontoblástica y la dentina mineralizada²⁹, representada en la Figura 2. La dentina primaria, que corresponde la mayor parte de la dentina dental, es formada por los odontoblastos a lo largo del desarrollo dental hasta la formación completa de la raíz. Esta dentina es constituida por el manto dentinario, que es creado por los primeros odontoblastos diferenciados que aún no han desarrollado las prolongaciones odontoblásticas. La dentina primaria es depositada por los odontoblastos totalmente diferenciados y maduros que secretan una matriz rica en lípidos, fosfolípidos y fosforinas. En estos momentos, los capilares migran entre los odontoblastos para permitir todo el intercambio de moléculas y, al final de la dentinogénesis, los capilares se retiran y la dentina primaria es totalmente formada². 

La dentina secundaria inicia su formación después de la formación de la raíz y durante toda la vida. Esta dentina, depositada de manera lenta y continua, se dispone a nivel del piso de la cámara pulpar, reduciendo de manera asimétrica la talla y forma de la pulpa dental. Con el tiempo, en esta dentina se lleva a cabo un proceso de esclerosis de los túbulos dentinarios, fenómeno que protege la pulpa dental debido a la reducción de la permeabilidad dentinal². 

La dentina terciaria obedece a la respuesta frente a diversos estímulos o agresiones como la atrición, la erosión y los procesos cariosos. Esta dentina tiene como función proteger la pulpa dental subyacente⁴², y su formación implica el aumento de la síntesis de colágeno tipo 1 y la actividad de la fosfatasa alcalina. La dentina terciaria es depositada mucho más rápida que los otros tipos de dentina⁴³. De acuerdo a la intensidad y la naturaleza de la agresión, la dentina terciaria será reaccional o reparativa, y su producción se realizará por distintos tipos de células. En el caso de una agresión de baja intensidad o moderada, sin destrucción de los odontoblastos, la dentina secretada será reaccional. Ahora bien, en el caso de una agresión más importante, con destrucción de la palizada de odontoblastos, la dentina secretada será reparativa. 

La dentina reaccional es elaborada por los odontoblastos preexistentes o los odontoblastos primarios de la zona subodontoblástica de Höehl. La estimulación que les indica a los odontoblastos formar la dentina reaccional proviene de la liberación de factores de crecimiento como el TGFβ-1, BMP7 y fibronectina por parte del tejido dentinario a lo largo de su desmineralización⁴⁴. En caso de una lesión de fuerte intensidad, la zona celular odontoblástica y subodontoblástica son alteradas. Mientras la lesión no genere una destrucción rápida del tejido pulpar, los odontoblastos pueden reaccionar y generar una barrera dentinaria conocida como dentina de reparación. No obstante, si los odontoblastos están ausentes, la formación de la dentina no es posible; esto solo se da si hay nuevos odontoblastos disponibles. 

La formación de la dentina reparativa requiere del reclutamiento de células madres multipotentes situadas en el tejido pulpar, las cuales, después de un proceso de diferenciación celular, se convertirán en células conocidas como odontoblastos-like. Sin embargo, el proceso de diferenciación y las células involucradas en la formación de la dentina reparativa no han sido plenamente identificados, aunque es probable que la inflamación pulpar, resultado de la lesión ocasionada, desempeñe un papel importante en este proceso⁴². La dentina reparativa es también elaborada localmente por los odontoblastos que son reclutados a nivel de la zona de la lesión. Esta dentina, que se forma rápidamente y no dispone de canales, es aquella observada en casos de recubrimientos pulpares y es representada por un puente dentinario⁴⁵. 

Respuesta inmunitaria: los odontoblastos participan en la respuesta inmunitaria innata, siendo incluso las primeras células que entran en contacto con las bacterias responsables de los procesos cariosos, constituyendo así la primera línea de defensa^46,47. Estudios recientes han constatado que los odontoblastos humanos pueden expresar varios receptores de moléculas asociadas con agentes infecciosos, específicamente los receptores tipo Toll (o Toll-like receptor, TLR)^48,49. 

Los TLR son capaces de reconocer las moléculas de origen bacteriano, viral, fúngicas y parasitarias. En particular, TLR2 reconoce el ácido lipoteicoico (LTA), uno de los componentes de las paredes celulares de las bacterias Gram positivas⁵⁰. Staquet et al.⁵¹ sugirieron mediante un estudio in vitro con odontoblastos cultivados en presencia de LTA una sobreexpresión de TLR 2, 3, 5 y 9 en estas células, así como la síntesis de diferentes quemoquinas incluyendo la CCL2 y la CXCL10. 

CCL2 interviene en el reclutamiento y la activación de células dendríticas inmaduras que migrarán de la zona central de la pulpa dental hacia la periferia, acumulándose en la zona de odontoblastos, mientras que CXCL10 es responsable de la migración de linfocitos T⁵². Durand et al.⁵³ pusieron en evidencia que los odontoblastos, en respuesta al LTA, disminuyen la expresión de TGF-β y de la DSPP, lo que indica que frente a un ataque bacteriano los odontoblastos disminuyen la síntesis de dentina pero participan activamente en la respuesta inmunitaria innata.   

Los odontoblastos también contribuyen a la defensa pulpar dada la detención de péptidos antimicrobianos catiónicos de amplio espectro implicados en el reclutamiento de las células dendríticas inmaduras, las células Natural Killer, los linfocitos T CD4+ y las beta-defensinas⁴⁶. Dommisch et al.⁵⁴ demostraron la expresión de beta-defensinas 2 (BD2) en cultivo de odontoblastos humanos, lo cual evidencia que, adicionalmente a la función antimicrobiana y gracias a las beta-defensinas, los odontoblastos pueden ejercer funciones de regulación inmunitaria. 

Función sensorial: los odontoblastos son células polarizadas constituidas de un cuerpo celular y una prolongación odontoblástica ubicada en los canales pulpares, rodeadas de una red densa de fibras nerviosas sensoriales amielínicas que recubren el cuerpo y la prolongación odontoblástica⁵⁵. En un primer momento, los odontoblastos permiten la inervación del complejo dentino-pulpar gracias a la secreción de moléculas implicadas en el crecimiento del axón como la semaforina 7A (Sema7A), responsable del contacto entre las fibras nerviosas y los odontoblastos⁵⁶. Maurin et al.⁵⁷ demostraron la expresión de Sema7A en odontoblastos humanos e incluso pusieron en evidencia una correlación entre dicha expresión y la inervación de la zona odontoblástica. 

Diferentes señales son responsables del mantenimiento de las fibras nerviosas en contacto con los odontoblastos. Estas señales presentan las informaciones que permiten modular la adhesión del nervio a su sustrato. Entre estas moléculas se encuentra la reelina, glicoproteína de la matriz extracelular esencial en los procesos de migración neuronal e involucrada en el desarrollo cerebral. Esta glicoproteína, que interviene en los fenómenos de plasticidad, adhesión y reconocimiento entre las fibras nerviosas, ha sido identificada en el transcurso de la diferenciación odontoblástica⁵⁸. Mourin et al.⁵⁹ señalaron la expresión de la reelina en los odontoblastos humanos in vivo e in vitro. En efecto, a partir de cocultivo de células entre odontoblastos diferenciados y células de ganglios trigeminales, estos autores indicaron la colocalización de moléculas de reelina entre las fibras nerviosas y los odontoblastos (Figura 4). 

Los odontoblastos presentan en su membrana sensores mecánicos o químicos susceptibles de percibir las variaciones del microambiente, como los cambios en la concentración de calcio, por ejemplo. Los sensores corresponden a canales iónicos mecano-sensibles, que son unos complejos proteínicos que permiten la transducción de estímulos mecánicos en señales eléctricas. Entre ellos se encuentran los canales iónicos de tipo TREK-1. En condiciones fisiológicas, los canales TREK-1 son abiertos, y su activación obedece a estímulos físicos y/o químicos. A nivel dental, la expresión de los canales TREK-1 fue observada por Magloire et al.⁶⁰ en la membrana de odontoblastos coronales, mientras que en los odontoblastos radiculares estuvieron ausentes. Probablemente, este hallazgo se debe a que la distribución de las fibras nerviosas pulpares a nivel coronal es más importante en relación con la inervación presente a nivel radicular. Sin embargo, estos resultados indican el rol de los canales TREK-1 en la generación de señales en dirección de fibras nerviosas y en respuesta a los estímulos térmicos y/o mecánicos de los odontoblastos.

Adicionalmente, los odontoblastos presentan sensores bajo la forma de canales potásicos (K_ca) activados por el aumento intracelular del calcio. La apertura de los canales K_ca permite la salida de iones de K⁺. Allard et al.⁶¹ describieron los aspectos mecano-receptores y la localización de los canales K_ca constatando que una presión negativa o un choque osmótico a la sacarosa aplicado en las membranas odontoblásticas resultaban en la abertura de estos canales. De igual manera, bajo los efectos de una estimulación mecánica o química, la activación de los canales K_ca provocó el aumento extracelular de iones de K⁺. Probablemente, el incremento de iones de K⁺ contribuya a la despolarización de las fibras nerviosas pulpares y sea el origen de la percepción de una sensación dolorosa.

Sin embargo, años más tarde, este mismo equipo de investigadores reportó que canales dependientes de sodio se encuentran presentes también en los odontoblastos humanos. En efecto, es probable que en los odontoblastos se generen potenciales de acciones bajo la influencia de corrientes despolarizantes. Asimismo, receptores de potencial transitorios (TRP) han sido identificados a nivel de la membrana de los odontoblastos⁶². Estos receptores permiten a los odontoblastos percibir y transmitir señales de origen térmico que pudiesen responder directamente a los movimientos de fluidos. Finalmente, moléculas como el óxido nítrico (ON) y la adenosina trifosfato (ATP) han sido sugeridas como potenciales participantes en la función sensorial de los odontoblastos⁶².