- Історія питання
- Свої або штучні
- Дентальниє стовбурові клітини
- міжклітинний матрикс
- сигнальні шляхи
- рецепт готовий
Шок і трепет перед відвідуванням дантиста знайомі нам з дитинства. Та й у багатьох дорослих душа йде в п'яти від побрязкування інструментів, а часом - від одного тільки виду стоматологічної клініки. У підсумку, незважаючи на всі успіхи сучасної медицини, надії на майбутнє без карієсу практично не залишилося. А адже саме він разом з пародонтитом є основною причиною втрати зубів у людей будь-якого віку. Проблема стимулює пошуки нових методів лікування, в тому числі і в області біоінженерії. Методів, які дозволять забути про пломби і коронки і просто виростити нові здорові зуби замість пошкоджених.
Тканинну інженерію в стоматології застосовували ще в епоху фараонів: найдавніші відомі зубні імплантати знайдені археологами саме в Єгипті. Серед них є і зуби, які були реімплантіровани жінці на місце втрачених і частково інтегрувалися з живою тканиною. У чоловічій щелепи виявився штучний зуб, майстерно вирізаний з раковини молюска ще 5500 років тому. Але незважаючи на значний термін, повноцінного лікування пацієнта з адентією, тобто повною або частковою втратою зубів, не існує до цих пір.
Історія питання
близько 330 до н.е.
Аристотель описує регенерацію кінчика хвоста у ящірки.
1950-і
В кістковому мозку знайдені два типи стовбурових клітин: гемопоетичні попередники кров'яних тілець і мезенхімальні попередники кісткової і хрящової тканини, включаючи зуби.
1981
Вперше виділені та вирощені «в пробірці» ембріональні стовбурові клітини мишей.
тисяча дев'ятсот вісімдесят п'ять
Стовбурові клітини виявлені в зубної пульпи людини.
1998
Успішна ізоляція і культивування в лабораторії ембріональних стовбурових клітин людини.
2000
Показано, що мезенхімальні стовбурові клітини в пульпі здатні регенерувати дентіноподобние тканинні комплекси.
2003
Вдається виділити популяцію стовбурових клітин з ще живих залишків зруйнованого зуба.
2004
Виявлення стовбурових клітин в периодонтальной зв'язці, яка утримує зуб на місці.
2006
Зрілі диференційовані клітини мишей успішно «перепрограмовані» в стовбурові (індуковані плюрипотентні) клітини.
2007
Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини отримані з фібробластів людини.
2010
З стовбурових клітин пульпи на штучному скаффолде вирощені дентіноподобние комплекси.
Свої або штучні
Ортопедичні конструкції і імплантати до деякої міри компенсують функції втраченого зуба, однак у цих штучних замінників відсутні судини, нервові закінчення і рецептори. Крім того, вони не утворюють периодонтальную зв'язку - шар сполучної тканини між коренем зуба і кісткою, яка формує стінку лунки. Периодонт сприяє закріпленню зуба в альвеолі і забезпечує його механічну стійкість: сила жувальних м'язів людини складає цілих 390 кг, і зв'язка розподіляє цей тиск між зубами.
На відміну від зуба, імплантат нерухомий, а розвиток навколо нього сполучної тканини часто закінчується запаленням (періімплантіта) і вимагає видалення штучного зуба. Крім того, імплантат не може бути з'єднаний в одну конструкцію з зубами пацієнта якраз через нездатність адекватного розподілу тиску через відсутність періодонта. Нарешті, імплантований замінник вимагає куди більш уважного ставлення до гігієни порожнини рота, що знову повертає нас до основного джерела наших проблем, «людського чинника». Очевидно, ідеальним рішенням було б технологія вирощування справжніх живих зубів, а не пересадка штучних. Так давайте перейдемо до справи.
Найраніший ознака розвитку зубів - освіту дентальної пластинки, подковообразного потовщення епітелію, яке тягнеться уздовж верхньої та нижньої щелеп ембріона. Пройшовши через кілька етапів, вона утворює коріння окремих зубів. Координацію цього процесу забезпечують як мінімум чотири епітеліальних сигнальних центру, клітини яких виділяють речовини, що регулюють формування зуба.
Все перераховане вище стане в нагоді нам і для створення нових зубів методами тканинної інженерії. «Рецептура» вирощування будь-якої біологічної тканини вимагає трьох базових компонентів: стовбурових клітин, позаклітинного матриксу (скаффолда, який надає опору для розвиваються клітинних структур) і, нарешті, факторів росту, об'єднаних в необхідні для розвитку зуба сигнальні шляхи. Підемо по порядку і розпочнемо з головних героїв - стовбурових клітин, що володіють одонтогенною компетентністю і здатних розвинутися в тканини зубів.
Дентальниє стовбурові клітини
На відміну від більшості зрілих клітин, стовбурові клітини здатні проходити через безліч поділів і потроху спеціалізуватися, формуючи клітини різних типів. Ембріональні стовбурові клітини тотипотентність і можуть перетворитися в будь-який з більш ніж 200 видів клітин дорослого організму. Постнатальні стовбурові клітини зберігаються і в тканинах дорослого організму. Вони мультипотентні, тобто здатні дати початок лише певним типам клітин, і локалізуються у відповідних тканинах, будь то кістковий мозок, кровоносні судини, печінку, шкіра або дентальні тканини.
Залежно від локалізації дентальні стовбурові клітини (ДСК) поділяються на стовбурові клітини пульпи, віддалених молочних зубів, периодонтальної зв'язки, ясна, клітини попередників зубного фолікула і т. Д. Це дає нам чимало можливостей їх дістати. Стовбурові клітини пульпи можна виділити прямо з віддалених зубів - це зручний і перспективний джерело ДСК, придатних для відновлення як дентину, пульпи і цементу, так і кісткової тканини. Крім цього, вони проявляють виражену нейрорегенератівную активність, пригнічуючи загибель нейронів, астроцитів і олигодендроцитов після травми, прискорюючи відновлення пошкоджених аксонів. Популяція стовбурових клітин віддалених молочних зубів може диференціюватися в клітини кісткової і нервової тканин, а ДСК ясна підходять для відновлення пародонту, м'язів і навіть сухожиль.
Механізми розвитку одонтогенних стовбурових клітин остаточно не з'ясовані, проте ідентифіковано вже більше 200 працюючих в них генів. Зрозуміло, що кожен тип ДСК має свої особливості, які обіцяють їм застосування не тільки в стоматології, а й в інших областях медицини. Іншим ресурсом стовбурових клітин для вирощування зубів залишаються індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (ІПСК), отримані «перепрограмуванням» дорослих диференційованих клітин за рахунок обробки спеціальним коктейлем сигнальних молекул. Вчені продовжують розвивати безпечні методи створення ІПСК і їх використання.
міжклітинний матрикс
Але ресурс стовбурових клітин для вирощування зубів ще навіть не півсправи. Для розвитку і освіти складної структури зрілої тканини потрібна опора, скаффолд з молекул міжклітинної матриксу: саме він підтримує прикріплення, міграцію і просторову організацію клітин. Просвіти і пори в ньому забезпечують рух клітин, ростових факторів і обмін речовин. Штучний скаффолд повинен бути простий у використанні, мати биосовместимостью, здатністю до деградації в організмі і низькою імуногенність, хорошими механічними властивостями і т. П.
Серед синтетичних матеріалів для формування скаффолда варто згадати «біоактивні» скло, яке може зростатися з біологічними тканинами, полімолочной кислоту і композити на основі металу, кераміки або полімерів. Всі вони дозволяють виготовляти скаффолди необхідної форми, хоча їх застосування залишається досить обмеженим через низьку біосумісності і токсичності. На противагу їм натуральні біоматеріали для скаффолдов - такі як колаген, хітозан або гіалуронова кислота - біосумісні і легко проходять. Однак вони менш міцні і здатні викликати реакції відторгнення.
У будь-якому випадку ідеальним матеріалом для скаффолда буде структура, отримана безпосередньо з натуральних полімерів позаклітинного матриксу або з їх синтетичних аналогів. Росли на такому скаффолде стовбурові клітини пульпи і періодонта при обробці відповідними сигнальними речовинами успішно розвивалися в одонтогенном напрямку - до утворення тканин зуба. Втім, до цього ми ще повернемося, а поки нам потрібен третій вид інгредієнтів.
сигнальні шляхи
Стовбурові клітини - наш основний ресурс, скаффолд - основа його розвитку, але диригувати їх взаємодією повинні сигнальні молекули, включаючи чинники зростання і интерферирующие РНК. Фактори зростання - це молекули пептидів, що передають сигнали для управління клітинним поведінкою через вплив на специфічні рецептори на поверхні клітин. Вони забезпечують взаємозв'язок і взаємодія між клітинами, а також між ними і позаклітинним матриксом. Так, якщо каріозна порожнина виявилася близько до чутливої пульпи або у пацієнта спостерігається підвищена стертість зубів, відповідні фактори росту запускають освіту вторинного і третинного дентину. Ідентифіковано і цілий ряд факторів росту, що діють під час розвитку зубів, таких як кістковий морфогенетичний білок (BMP), тромбоцитарний фактор росту (PDGF) і фактор росту фібробластів (FGF). Їх доставляють до стовбурових клітин за допомогою наночастинок або через сам скаффолд, заповнюючи його потрібним набором молекул.
Для контролю над дифференцировкой клітин використовують і молекули интерферирующей РНК. Вони зв'язуються з матричної РНК і зупиняють синтез того чи іншого білка. Для цільової доставки таку РНК перетворюють в ДНК і у вигляді плазміди переносять в клітку. Тепер у нас є все необхідне для отримання зуба: дентальні стовбурові клітини (в асортименті), скаффолд (продукт, ідентичний натуральному) і фактори росту (за смаком).
рецепт готовий
Базові принципи тканинної інженерії зубів вже розроблені, і спроби перейти до застосування на практиці робляться більше півтора десятків років. Піонерами в вирощуванні зубів можна назвати англійських вчених, які приступили до таких досліджень ще в 2002 році. І хоча їхні експерименти по регенерації твердих зубних тканин особливого результату не принесли, вже незабаром вчені з команди Такаші Цуї провели більш успішні досліди, тривали близько двох років. Після вирішення низки проблем їм вдалося виділити дентальні стовбурові клітини з мишачих ембріонів, «зібрати» з них біоінженерних зачаток, виростити з нього повноцінний зуб і імплантувати його в щелепу миші.
Протокол, підготовлений японськими фахівцями в ході цієї роботи, став одним з ключових посібників, якими користуються вчені для експериментів в області тканинної інженерії. На нього спиралися і російські вчені зі стоматологічного університету імені Євдокимова (МДМСУ): в 2017 році їм вдалося провести власні успішні досліди з вирощування мишачих зубів. Людські зуби більш складні і громіздкі, і виростити їх поки не вдається. Залишаються невирішеними проблеми, пов'язані з іннервацією і кровопостачанням «біоінженерного» зуба, його зв'язковим апаратом, а головне - з вибором пулу стовбурових клітин.
Справа в тому, що отримати людські ДСК можна з здорового зуба (пошкодивши його) або з зуба з віддаленої пульпою. Доступні ж клітини - такі, як стовбурові клітини ясна, - не володіють одонтогенною здатністю. Навчитися отримувати потрібні ДСК з наявних ресурсів або індукованих плюрипотентних стовбурових клітин поки тільки належить. Однак немає сумнівів в тому, що через деякий час біоінжінірінг зубів допоможе і дорослим, і дітям остаточно забути про трепет перед візитом до стоматолога.
Стаття «Керівництво з вирощування зубів» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №3, Лютий 2018 ).
