Как вырастить свои зубы заново

Выращиваем «биозубы»

Дентальная имплантация – это самая верная дорога к красивым зубам и роскошным улыбкам. Технический прогресс и инновации и в этой области стоматологии не останавливаются. Совсем уже скоро люди, по каким-то причинам потерявшие один или несколько зубов и принявшие решение вернуть оные, на приёме у врача-имплантолога будут выбирать между стандартным обычным имплантатом и суперновым «биозубом».

Ученые из цюрихского университета (Швейцария) провели исследования, в ходе которых обнаружили ген, который отвечает за здоровье зубов. Его назвали Jagged 2. Эксперты полагают, что без этого гена при формировании зубов не может развиться здоровая зубочелюстная система. А любое разрушение зубной эмали приведет впоследствии к разрушению зубной ткани и утрате зуба. Именно Jagged 2 оказывает влияние на нормальное формирование зубов и зубной эмали. Без него о красивой улыбке и здоровых зубах не надо даже мечтать.

Для стоматологии это открытие имеет неоценимое значение. Оно поможет в недалёком будущем выяснить механизм развития зубов и, вероятно, позволит создать «биозуб», соответствующий индивидуальным требованиям каждого человека. Ученые будут искусственно выращивать зубы, выглядящие не хуже настоящих. Однако, до этого еще не такой уж и близкий путь. Надо провести огромное количество экспериментов и исследований. А пока что пользуйтесь дентальной имплантацией.

Методика имплантации зубов в последнее время усовершенствована настолько, что дальше, казалось бы, уже и некуда. Цены на дентальную имплантацию значительно понизились в последнее время как следствие возрастающей конкуренции. А это значит, что подобные операции стали более доступными. Стоматологический центр в Марьино всегда ждёт Вас! Если вы хотите задать вопросы, то звоните по московским телефонам: +7(926)246-50-66, +7(926)231-52-25 или +7(495) 347-77-07.

Персонал стоматологического центра Dental Implant Вам всегда поможет!

Источник

Что будет, если заменить все зубы на импланты?

Зачем нужна имплантация зубов?

Имплантация зубов — это процедура восстановления утраченных или разрушенных зубов на микропротезы, состоящие из титанового корня и коронки. Нередко пациенты сталкиваются с ситуацией, когда все зубы имеют сильные повреждения, не могут полноценно пережевывать пищу, являются источником воспаления или имеют высокую степень подвижности. В этом случае поврежденные зубы удаляют, если терапевтическое лечение неэффективно. Удаление зуба и последующее его восстановление имплантатом является крайней мерой, поэтому перед проведением процедуры врач проводит диагностику, выявляет причины для удаления и возможности для восстановления. Имплантация также имеет ряд показаний и противопоказаний.

Отличия натуральных зубов от искусственных

Если у пациента здоровые зубы, то удаление не проводится по ряду причин. Здоровые зубы создают необходимую нагрузку на костную ткань, препятствуя развитию атрофии кости. Слизистая оболочка и микрокапилляры активно снабжают ткани полости рта кровью, полезными минералами и микроэлементами. Десневой контур при отсутствии заболеваний остается ровным. Корни зубов защищены десной. Собственные клетки кости имеют 100% биосовместимость с организмом человека. При первых признаках воспаления живые ткани реагируют на развитие инфекции покраснением, опуханием, болевым синдромом, повышением температуры. Пульпа при ослаблении эмали реагирует на перепады температуры, кислую, острую или сладкую пищу, которая может вызывать кариес. При своевременном реагировании на сигналы организма пациент может обратиться к специалисту для лечения.

При сравнении натурального зуба с имплантатом можно отметить ряд отличий. Например, несмотря на высокое качество титан, который используется для изготовления имплантатов, совместим с тканями организма на 90% даже при высокой степени очистки, при добавлении в сплав никеля, хрома, ванадия, железа сплав становится более прочным, но менее совместимым с костной тканью. Примеси металлов вызывают гальванический эффект, а также могут стать причиной расшатывания имплантата со временем. Этот процесс может занимать от нескольких лет до 10–20 лет, в зависимости от состояния организма. При установке имплантата десна не прилегает к искусственной коронке так же плотно, как к шейке зуба. Из–за этого фактора налет образуется быстрее, что может спровоцировать периимплантит. После удаления зуба защитные функции организма ослабевают. Поэтому после проведения протезирования на имплантатах важно тщательно следить за гигиеной.

Стоит ли устанавливать имплантаты на место удаленных зубов?

Если по некоторым причинам перед пациентом встает выбор: оставить разрушенные зубы или удалить их, заменив на имплантаты, то для принятия решения стоит учесть следующие факторы:

Источник

Выращивание новых зубов. Миф или реальность?

Проблема человеческих зубов в том, что они могут формироваться из двух зачатков, из одного появляются молочные зубы, из другого постоянные и, если происходит потеря последнего, то заменить его можно только искусственным, но и тут есть противопоказания и проблемы при установке. Многие ученые были увлечены решением проблемы продолжительности жизни или выращиванием новых зубов. Сейчас в стоматологии есть современные технологии качественного восстановления зубов, но проблема воссоздания зубов еще не решена.

Первые попытки вырастить новый зуб были предпринят в Англии в 2002 году. В качестве эксперимента были использованы коронки крысы и свиньи. У шестимесячных поросят была взята дентальная ткань которая помещалась в специальные ферменты для выращивания. После формирования зачатков, клетки переносились на растворяющиеся в процессе полимерные пластины и итоговый результат вживляли крысам, которые выступали носителями экспериментального органа. Первые достижения этого эксперимента были сформированные коронки, но у этого воссозданного зуба, к сожалению, не было полноценно сформированного корня, полностью отсутствовала эмаль, как средство защиты зуба и дентин не представлял полноценно развитую фракцию. Эти начальные попытки эксперимента по воссозданию зубов не увенчались успехом, возможно из-за малого интереса и небольшого финансирования.

В 2007 году ученые из Токио, основываясь на проведенном эксперименте своими коллегами из Англии, воссоздали эксперимент, немного подкорректировав его. В результате они успешно вживили зачатки зуба молодым особям, но в этот раз, хотя корень зуба отсутствовал, дентин и остальные ткани зуба были сформированы полноценно. На этом эксперимент в стоматологии не прекращался и в 2009 году был изменен подход в эксперименте, были взяты клетки мыши, отвечающие за формирование зубов и костей в организме которые синтезировали в коллагеновой среде и уже их подсаживали на место удаленных коронок опытного материала. Последние эксперименты имели грандиозный результат. Зуб не только имел эмаль, дентин и сформировавшийся корень, Во время роста в пульпе был сформирован нервно-сосудистый пучок, отвечающий за дальнейшее питание дентальной ткани.

Конечно, стоматология не стоит на месте и заслугам ученых можно аплодировать. Но, до выращивания человеческих зубов, скорее всего, пройдет не мало времени. Это сопряжено с многими недоработками. При формировании зуба невозможно спрогнозировать как сам рост зуба, так и результат, зуб может быть моляр или резец. Так же само выращивание не только дорогостоящее, оно еще и сложное по получение материала необходимого для запуска воссоздания зуба. Риски забора материала горазд больше, чем цель, которая заключается в воссоздание живого зуба, в то время, как хорошо отработана технология имплантации зубов. Возможно в будущем этот процесс будет прост как сдача крови, но это в будущем, а пока необходимо регулярно посещать стоматолога и соблюдать правила гигиены полости рта для хорошего состояния ваших зубов.

Источник

Руководство по выращиванию зубов

Шок и трепет перед посещением дантиста знакомы нам с детства. Да и у многих взрослых душа уходит в пятки от позвякивания инструментов, а порой — от одного только вида стоматологической клиники. В итоге, несмотря на все успехи современной медицины, надежды на будущее без кариеса практически не осталось. А ведь именно он вместе с пародонтитом является основной причиной потери зубов у людей всех возрастов. Проблема стимулирует поиски новых методов лечения, в том числе и в области биоинженерии. Методов, которые позволят забыть о пломбах и коронках и просто вырастить новые здоровые зубы вместо поврежденных.

Тканевую инженерию в стоматологии применяли еще в эпоху фараонов: древнейшие известные зубные имплантаты найдены археологами именно в Египте. Среди них есть и зубы, которые были реимплантированы женщине на место утерянных и частично интегрировались с живой тканью. В мужской челюсти обнаружился искусственный зуб, мастерски вырезанный из раковины моллюска еще 5500 лет назад. Но несмотря на внушительный срок, полноценного лечения пациента с адентией, то есть полной или частичной потерей зубов, не существует до сих пор.

История вопроса

Аристотель описывает регенерацию кончика хвоста у ящерицы.

В костном мозге найдены два типа стволовых клеток: гемопоэтические предшественники кровяных телец и мезенхимальные предшественники костной и хрящевой ткани, включая зубы.

Впервые выделены и выращены «в пробирке» эмбриональные стволовые клетки мышей.

Стволовые клетки обнаружены в зубной пульпе человека.

Успешная изоляция и культивирование в лаборатории эмбриональных стволовых клеток человека.

Показано, что мезенхимальные стволовые клетки в пульпе способны регенерировать дентиноподобные тканевые комплексы.

Удается выделить популяцию стволовых клеток из еще живых остатков разрушенного зуба.

Обнаружение стволовых клеток в периодонтальной связке, которая удерживает зуб на месте.

Зрелые дифференцированные клетки мышей успешно «перепрограммированы» в стволовые (индуцированные плюрипотентные) клетки.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки получены из фибробластов человека.

Из стволовых клеток пульпы на искусственном скаффолде выращены дентиноподобные комплексы.

Свои или искусственные

Ортопедические конструкции и имплантаты до некоторой степени компенсируют функции утраченного зуба, однако у этих искусственных заменителей отсутствуют сосуды, нервные окончания и рецепторы. Кроме того, они не образуют периодонтальную связку — слой соединительной ткани между корнем зуба и костью, формирующей стенку лунки. Периодонт способствует закреплению зуба в альвеоле и обеспечивает его механическую устойчивость: сила жевательных мышц человека составляет целых 390 кг, и связка распределяет это давление между зубами.

В отличие от зуба, имплантат неподвижен, а развитие вокруг него соединительной ткани часто заканчивается воспалением (периимплантитом) и требует удаления искусственного зуба. Кроме того, имплантат не может быть соединен в одну конструкцию с зубами пациента как раз из-за неспособности адекватного распределения давления ввиду отсутствия периодонта. Наконец, имплантированный заменитель требует куда более внимательного отношения к гигиене полости рта, что снова возвращает нас к основному источнику наших проблем, «человеческому фактору». Очевидно, идеальным решением была бы технология выращивания настоящих живых зубов, а не пересадка искусственных. Так давайте перейдем к делу.

Самый ранний признак развития зубов — образование дентальной пластинки, подковообразного утолщения эпителия, которое тянется вдоль верхней и нижней челюстей эмбриона. Пройдя через несколько этапов, она образует корни отдельных зубов. Координацию этого процесса обеспечивают как минимум четыре эпителиальных сигнальных центра, клетки которых выделяют вещества, регулирующие формирование зуба.

Все перечисленное выше пригодится нам и для создания новых зубов методами тканевой инженерии. «Рецептура» выращивания любой биологической ткани требует трех базовых компонентов: стволовых клеток, внеклеточного матрикса (скаффолда, который предоставляет опору для развивающихся клеточных структур) и, наконец, факторов роста, объединенных в необходимые для развития зуба сигнальные пути. Пойдем по порядку и начнем с главных героев — стволовых клеток, обладающих одонтогенной компетентностью и способных развиться в ткани зубов.

Дентальные стволовые клетки

В отличие от большинства зрелых клеток, стволовые клетки способны проходить через множество делений и понемногу специализироваться, формируя клетки разных типов. Эмбриональные стволовые клетки тотипотентны и могут превратиться в любой из более чем 200 видов клеток взрослого организма. Постнатальные стволовые клетки сохраняются и в тканях взрослого организма. Они мультипотентны, то есть способны дать начало лишь определенным типам клеток, и локализуются в соответствующих тканях, будь то костный мозг, кровеносные сосуды, печень, кожа или дентальные ткани.

В зависимости от локализации дентальные стволовые клетки (ДСК) подразделяются на стволовые клетки пульпы, удаленных молочных зубов, периодонтальной связки, десны, клетки предшественников зубного фолликула и т. д. Это дает нам немало возможностей их заполучить. Стволовые клетки пульпы можно выделить прямо из удаленных зубов — это удобный и перспективный источник ДСК, подходящих для восстановления как дентина, пульпы и цемента, так и костной ткани. Помимо этого, они проявляют выраженную нейрорегенеративную активность, ингибируя гибель нейронов, астроцитов и олигодендроцитов после травмы, ускоряя восстановление поврежденных аксонов. Популяция стволовых клеток удаленных молочных зубов может дифференцироваться в клетки костной и нервной тканей, а ДСК десны подходят для восстановления пародонта, мышц и даже сухожилий.

Механизмы развития одонтогенных стволовых клеток окончательно не выяснены, однако идентифицировано уже более 200 работающих в них генов. Понятно, что каждый тип ДСК имеет свои особенности, которые обещают им применение не только в стоматологии, но и в других областях медицины. Другим ресурсом стволовых клеток для выращивания зубов остаются индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные «перепрограммированием» взрослых дифференцированных клеток за счет обработки специальным коктейлем сигнальных молекул. Ученые продолжают развивать безопасные методы создания ИПСК и их использования.

Межклеточный матрикс

Но ресурс стволовых клеток для выращивания зубов еще даже не полдела. Для развития и образования сложной структуры зрелой ткани требуется опора, скаффолд из молекул межклеточного матрикса: именно он поддерживает прикрепление, миграцию и пространственную организацию клеток. Просветы и поры в нем обеспечивают движение клеток, ростовых факторов и обмен веществ. Искусственный скаффолд должен быть прост в использовании, обладать биосовместимостью, способностью к деградации в организме и низкой иммуногенностью, хорошими механическими свойствами и т. п.

Среди синтетических материалов для формирования скаффолда стоит упомянуть «биоактивное» стекло, которое может срастаться с биологическими тканями, полимолочную кислоту и композиты на основе металла, керамики или полимеров. Все они позволяют изготовлять скаффолды необходимой формы, хотя их применение остается весьма ограниченным из-за низкой биосовместимости и токсичности. В противоположность им натуральные биоматериалы для скаффолдов — такие как коллаген, хитозан или гиалуроновая кислота — биосовместимы и легко биодеградируются. Однако они менее прочны и способны вызывать реакции отторжения.

В любом случае идеальным материалом для скаффолда будет структура, полученная непосредственно из натуральных полимеров внеклеточного матрикса или из их синтетических аналогов. Росшие на таком скаффолде стволовые клетки пульпы и периодонта при обработке соответствующими сигнальными веществами успешно развивались в одонтогенном направлении — к образованию тканей зуба. Впрочем, к этому мы еще вернемся, а пока нам нужен третий вид ингредиентов.

Сигнальные пути

Стволовые клетки — наш основной ресурс, скаффолд — основа его развития, но дирижировать их взаимодействием должны сигнальные молекулы, включая факторы роста и интерферирующие РНК. Факторы роста — это молекулы пептидов, передающие сигналы для управления клеточным поведением через воздействие на специфические рецепторы на поверхности клеток. Они обеспечивают взаимосвязь и взаимодействие между клетками, а также между ними и внеклеточным матриксом. Так, если кариозная полость оказалась близко к чувствительной пульпе или у пациента наблюдается повышенная стираемость зубов, соответствующие факторы роста запускают образование вторичного и третичного дентина. Идентифицирован и целый ряд факторов роста, действующих во время развития зубов, таких как костный морфогенетический белок (BMP), тромбоцитарный фактор роста (PDGF) и фактор роста фибробластов (FGF). Их доставляют к стволовым клеткам с помощью наночастиц или через сам скаффолд, заполняя его нужным набором молекул.

Для контроля над дифференцировкой клеток используют и молекулы интерферирующей РНК. Они связываются с матричной РНК и останавливают синтез того или иного белка. Для целевой доставки такую РНК превращают в ДНК и в виде плазмиды переносят в клетку. Теперь у нас есть все необходимое для получения зуба: дентальные стволовые клетки (в ассортименте), скаффолд (продукт, идентичный натуральному) и факторы роста (по вкусу).

Рецепт готов

Базовые принципы тканевой инженерии зубов уже разработаны, и попытки перейти к применению на практике предпринимаются больше полутора десятков лет. Пионерами в выращивании зубов можно назвать английских ученых, которые приступили к таким исследованиям еще в 2002 году. И хотя их эксперименты по регенерации твердых зубных тканей особого результата не принесли, уже вскоре ученые из команды Такаши Цуи провели более успешные опыты, продлившиеся около двух лет. После решения ряда проблем им удалось выделить дентальные стволовые клетки из мышиных эмбрионов, «собрать» из них биоинженерный зачаток, вырастить из него полноценный зуб и имплантировать его в челюсть мыши.

Протокол, подготовленный японскими специалистами в ходе этой работы, стал одним из ключевых руководств, которыми пользуются ученые для экспериментов в области тканевой инженерии. На него опирались и российские ученые из стоматологического университета имени Евдокимова (МГМСУ): в 2017 году им удалось провести собственные успешные опыты по выращиванию мышиных зубов. Человеческие зубы более сложны и громоздки, и вырастить их пока не удается. Остаются нерешенными проблемы, связанные с иннервацией и кровоснабжением «биоинженерного» зуба, его связочным аппаратом, а главное — с выбором пула стволовых клеток.

Дело в том, что получить человеческие ДСК можно из здорового зуба (повредив его) или из зуба с удаленной пульпой. Доступные же клетки — такие, как стволовые клетки десны, — не обладают одонтогенной способностью. Научиться получать нужные ДСК из имеющихся ресурсов или индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пока только предстоит. Однако нет сомнений в том, что через некоторое время биоинжиниринг зубов поможет и взрослым, и детям окончательно забыть о трепете перед визитом к стоматологу.

Источник

Руководство по «выращиванию» зубов, или биоинжениринг в стоматологии

Доктор зло, или стоматолог за работой.

Автор

Редакторы

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Все еще боитесь стоматологов? Тогда эта статья для вас! Давайте на секунду представим, что бормашина затихла, и ее звук больше не побеспокоит вас никогда, а инструменты для удаления зубов так и остались в невскрытом крафт-пакете. «Такое возможно?» — спросите вы. «Да! — отвечу вам я. — Ведь в тот самый момент на первых полосах будет мелькать интригующая новость — впервые выращен и имплантирован человеку зуб. Успешно. »

Конкурс «био/мол/текст»-2017

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2017.

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».

. Говорят, зло не имеет лица. Действительно, на его лице не отражалось никаких чувств. Ни проблеска сочувствия не было на нём, а ведь боль просто невыносима. Разве он не видит ужас в моих глазах и панику на моем лице? Он спокойно, можно сказать, профессионально выполнял свою грязную работу, а в конце учтиво сказал: “Прополощите рот, пожалуйста. ”

Так описывает посещение стоматолога Дэн Эндрюс в своем рассказе «Несчастная». И действительно, с детства мы с невероятным «трепетом» относимся к таким специалистам, как стоматологи. Что только ни предпринимают родители, чтобы заставить своих детей хотя бы зайти в кабинет к врачу, стараясь не думать о том, что ждет их дальше. Да и порой у взрослого человека душа уходит в пятки при виде многочисленных инструментов. Иногда для этого достаточно только вида стоматологической клиники.

В итоге состояние полости рта и твердых тканей зубов во всем мире не вселяет надежду на будущее без кариеса. Несмотря на успехи, достигнутые в стоматологическом лечении, потеря зубов остается одной из самых существенных проблем. Так, по данным ВОЗ, основными причинами потери зубов являются кариес и пародонтит. Полная потеря зубов в особенности широко распространена среди пожилых людей. В глобальных масштабах примерно у 30% людей в возрасте 65–74 лет отсутствуют зубы по причине воспалительных заболеваний пародонта и патологии твердых тканей зубов [1].

Поэтому неудивительно, что состояние полости рта у населения не только в России, но и в мире представляет собой серьезную проблему, предлагая возможности как для изучения, так и, что более важно, — для поиска новых способов лечения. Одним из них стала тканевая инженерия — междисциплинарная отрасль, целью которой является создание биологических заместителей, восстанавливающих и поддерживающих функции ткани или органа. Достаточно высокая эффективность методов тканевой инженерии и их потенциал заставили обратить на себя внимание многих деятелей науки. Это же способствует их неувядающей популярности в различных сферах медицины и по сей день.

Зуб за зуб

Первые попытки стоматологического лечения люди предприняли очень давно. При раскопках в Египте археологи обнаружили вырезанный из раковины моллюска искусственный зуб в челюсти человека, жившего пять с половиной тысяч лет тому назад (рис. 1) [2].

Рисунок 1. Вид вестибулярной поверхности зуба, вырезанного из раковины. Интервал отметок по краям — 1 мм.

Помимо «зуба из морепродуктов» нашли реимплантированные зубы в челюсти молодой женщины, причем все они были не на своих «местах»: вместо верхнего центрального резца альвеола содержала клык. Эти зубы имели все признаки интеграции, то есть сращения с живой тканью [3]. Таким образом, оказывается, уже в это время были сделаны первые шаги в стоматологии, но, что более удивительно, также и в области тканевой инженерии.

Но, спросите вы, как могут быть связаны стоматология и тканевая инженерия, не считая того, что несколько тысячелетий назад один египтянин ценил свою улыбку так, что заменил потерянный зуб чужим? Очень даже могут, ведь на данный момент не существует панацеи для лечения пациента, которому поставлен диагноз частичной или полной адентии, то есть отсутствия зубов. К тому же потеря даже одного зуба приводит к изменению не только эстетических параметров, но, что более важно, к нарушению первичной обработки пищи и ухудшению речи. Не стоит также забывать, что при потере зубов — будь то в результате травмы или кариозного процесса и его осложнений — изменяется состояние зубочелюстной системы в целом, что ухудшает прогноз и осложняет дальнейшее лечение.

Для того чтобы компенсировать функции утраченного зуба, сейчас используют ортопедические конструкции и имплантаты (рис.2). Все же это «искусственные» заменители: у них отсутствуют сосуды, нервные окончания, рецепторы. Также одним из наиболее важных аспектов является отсутствие периодонтальной связки у имплантата, до недавнего времени считавшегося золотым стандартом лечения при отсутствии зубов.

Рисунок 2. Строение зуба и имплантата. Natural tooth — зуб. Artificial crown — искусственная коронка. Gingiva — десна. Implant — имплантат. Osteointegration — остеоинтеграция. Periodontal ligament — периодонтальная связка.

Периодонт — это высокоспециализированная фиброзная соединительная ткань, состоящая из клеток и внеклеточного матрикса. Она располагается между цементом, покрывающим корень зуба, и костной тканью, формирующей стенку лунки. У человека периодонтальная связка способствует укреплению зуба в альвеоле, обеспечивает механическую устойчивость к воздействию жевательных сил на зуб, распределяя приложенное давление: сила всех жевательных мышц составляет ни много ни мало 390 кг [4].

Что же не так с имплантатом?

Во-первых, как уже было описано выше, — это отсутствие периодонтальной связки. Имплантат удерживается за счет остеоинтеграции, то есть посредством анатомической связи с костной тканью. В отличие от зуба, у которого имеется небольшая физиологическая подвижность, имплантат неподвижен. Если же вокруг имплантата появляется подобие соединительной ткани, то это означает только одно — периимплантит, то есть воспалительный процесс в костной ткани, окружающей имплантат. В большинстве случаев развития данного сценария имплантат подлежит удалению [5].

Во-вторых, имплантат не может быть соединен в общую конструкцию с оставшимися зубами пациента из-за отсутствия связочного аппарата и неспособности адекватного распределения давления. Здесь работает принцип: кто сильнее, тот в зубном ряду. Либо имплантат не позволит зубу двигаться, что приведет к атрофии тканей пародонта и потере зуба, либо будет потерян имплантат.

В-третьих, у каждого пациента свои анатомические особенности, и объем костной ткани для постановки имплантата не всегда бывает достаточным.

И, в-четвертых, важно помнить, что для долговечности имплантата необходимо поддерживать идеальную гигиену полости рта, что, мягко говоря, получается далеко не у всех. Здесь мы возвращаемся к ранее упомянутой проблеме периимплантита [5]. Получается своего рода замкнутый круг.

Все эти недостатки приводят к поиску альтернативных способов лечения.

Одним из них может стать тканевая инженерия. В этой статье я постараюсь суммировать недавний прогресс, перспективы и основные направления развития биоинженерии зуба, то есть кратко рассказать о том, что нужно для создания зуба.

Откуда берутся зубы, или одонтогенез in vivo

Естественно, перед тем как разбираться в биоинжениринге, нужно понимать, как зуб развивается изначально в организме человека.

Формирование зубов — достаточно сложный процесс, который сопровождается тканевым взаимодействием и контролируется огромным количеством сигнальных молекул (рис.3) [6].

Рисунок 3. Стадии развития зуба. В процессе развития зуб проходит через следующие стадии: плакоды, почки, колпачка, колокола, стадии развития корня и прорезывания. Формирование зуба начинается в области дентальной пластинки, которая состоит из мезенхимальных клеток и инвагинированного эпителия. На первом этапе из дентальной пластинки образуется зачаток зуба (стадия плакоды). Во время стадии колпачка формируется первичный эмалевый узел, а на стадии колокола — вторичные эмалевые узлы, которые формируют бугорки будущих коронок зубов. Здесь же эпителиальные и мезенхимальные клетки зародыша зуба дифференцируются в амелобласты, одонтобласты и клетки дентального фолликула. Амелобласты и одонтобласты продуцируют эмаль и дентин соответственно. Клетки дентального фолликула дифференцируются в клетки тканей периодонта: в периодонтальную связку, цемент и альвеолярную кость.

Зуб развивается из тканей, образованных зародышевым листком эктодермой. Делясь и дифференцируясь, клетки эктодермы формируют структуры, необходимые для развития зуба: дентальный эпителий и нервный гребень, который позже преобразуется в мезенхиму. Формирование зуба инициируется и регулируется эпителиально-мезенхимальными взаимодействиями. Самый ранний признак развития зуба — образование дентальной пластинки, подковообразного утолщения эпителия вдоль верхней и нижней челюстей. Дальнейшие этапы включают стадии плакоды, почки, колпачка, колокола и развитие корня [6], [7].

В развитии зуба основную роль играет взаимодействие между клетками эпителия и мезенхимы. Почему же в процессе развития зародыша формируется именно зуб, а не другой орган, например, кишечник? Все дело в том, что клетки, участвующие в развитии зуба, обладают одонтогенной компетентностью. Генетическая подоплека одонтогенности, то есть способности стволовых клеток дифференцироваться непосредственно в дентальные клетки, до конца не выяснена, хотя выделено более 200 генов, «причастных» к развитию зуба. Во многих работах, направленных на изучение данного феномена, также уделяется много внимания неким эпителиальным сигнальным центрам. Всего на данный момент мы знаем о 4 таких центрах: дентальная пластинка, плакода, первичные и вторичные эмалевые узлы, основная роль которых заключается в экспрессии сигнальных молекул, регулирующих формирование зуба [8], [9].

Негонконгская «Триада»

Теперь, когда мы так много знаем о происхождении и развитии зуба, можно перейти непосредственно к интересующей нас теме — тканевой инженерии.

Тканевая инженерия представляет собой совокупность методов и процедур, направленных на регенерацию биологических тканей. Она включает в себя триаду основных элементов (рис.4): стволовые клетки, внеклеточный матрикс или скаффолд (от англ. scaffold — помост), факторы роста и сигнальные пути (signaling) [10].

Рисунок 4. Триада тканевой инженерии. Основу триады тканевой инженерии составляют стволовые клетки, факторы роста и внеклеточный матрикс.

Цель тканевой инженерии — заместить утраченные клетки, ткани и органы, либо способствовать их регенерации, либо просто восстановить нарушенную функцию.

Сегодня мы много слышим и читаем о стволовых клетках. Это та отрасль науки, где ведут горячие споры. Информация, которая выходит к потребителям, как правило, не всегда объективна. Что же на самом деле представляют собой стволовые клетки, и как и какие из них можно использовать в тканевой инженерии зуба?

Давайте знакомиться: стволовые клетки — это недифференцированные эмбриональные или взрослые (постнатальные) клетки, способные проходить через огромное количество клеточных делений, находясь в недифференцированном состоянии, а также образовывать промежуточные клеточные типы — предшественники, которые могут дифференцироваться в различные клетки и создавать полноценные ткани и органы (рис.5) [10], [11].

Рисунок 5. Классификация стволовых клеток по способности к дифференцировке. Стволовые клетки по масштабу дифференцировки делят на тотипотентные, плюрипотентные, мультипотентные и унипотентные. Тотипотентные клетки способны дифференцироваться в любой тип клеток взрослого организма. Плюрипотентные клетки могут продуцировать специализированные клетки трех зародышевых листков (эктодермы, эндодермы и мезодермы), но не целый организм. Мультипотентные клетки продуцируют ограниченный набор типов клеток. Унипотентные клетки способны к дифференцировке только в один вид клеток [13].

Первую клеточную линию эмбриональных стволовых клеток выделили в далеком 1998 году [12]. На самом деле, не так уж и давно, а с точки зрения хода истории можно сказать совсем недавно, но прогресс колоссален [10].

Эмбриональные стволовые клетки выделяют из бластоцисты в течение развития эмбриона. Они дают рост трем зародышевым слоям: экто-, эндо- и мезодерме. Эти клетки тотипотентны, то есть они могут развиться в каждый из более 200 типов клеток взрослого организма [10].

Сейчас известно 3 источника эмбриональных стволовых клеток млекопитающих: клетки, выделенные из внутренней клеточной массы бластоцисты; клетки тератом и первичные половые клетки зародыша [10].

Как было раньше упомянуто, стволовые клетки бывают не только эмбриональные, но и постнатальные. Что касается «взрослых» стволовых клеток, то они существуют в организме в различных тканях, включая костный мозг, кровеносные сосуды, печень, кожу, жировую ткань и дентальные ткани. Они локализованы в специальных нишах, где идет регуляция их пролиферации, миграции и сроков жизни. Постнатальные стволовые клетки мультипотентны, то есть дают рост только одному типу клеток.

Дентальные стволовые клетки представляют собой популяцию постнатальных мезенхимальных стволовых клеток (МСК), обладающих способностью к самообновлению и дифференцировке [4], [14]. В зависимости от локализации депо МСК (рис. 6) [15], они подразделяются на:

Рисунок 6. Стволовые клетки зуба. Схематическое изображение источников дентальных стволовых клеток. Расшифровку аббревиатур смотрите во врезке ниже.

Аббревиатуры

Остановимся на некоторых из них.

Стволовые клетки пульпы можно достаточно легко выделить из пульпы удаленных зубов. Они представляют собой очень привлекательный и перспективный источник аутологичных стволовых клеток и могут применяться как для регенерации дентина, пульпы и цемента, так и для восстановления костной ткани [15]. Помимо этого они проявляют сильную нейрорегенеративную активность, что представляет особую ценность при лечении повреждений спинного мозга: МСК пульпы кроме подавления раннего воспалительного ответа ингибируют апоптоз нейронов, астроцитов и олигодендроцитов после травмы, что приводит к сохранению нервного волокна и миелиновой оболочки. Также установили, что они способствуют регенерации перерезанных аксонов. Таким образом, ученые предполагают, что МСК пульпы смогут обеспечить значительные терапевтические преимущества в лечении травм спинного мозга [16].

Стволовые клетки удаленных молочных зубов — это постнатальная популяция стволовых клеток с высокой пролиферативной способностью, высокой жизнеспособностью и потенциалом многолинейной дифференциации (например, в остеобласты, нейронные клетки и одонтобласты) [15].

Мезенхимальные стволовые клетки десны идеально подходят для восстановления поврежденных тканей пародонта, мышц и даже сухожилий. Но пока не совсем ясно, способны ли они формировать клетки дентина и пульпы [15].

Прогениторные клетки зубного зачатка — относительно новая популяция стволовых клеток, которую обнаружили в мезенхиме зачатка третьего моляра на стадии колокола. Они показывают такую же многоуровневую дифференциацию, как и другие МСК зуба, включая способность к дифференцировке в адипоциты, остеобласты, одонтобласты, хондроциты и нейроны, а также могут дифференцироваться в клетки с морфологическими, фенотипическими и функциональными характеристиками гепатоцитов. Отсюда предполагают, что данный тип стволовых клеток в будущем смогут использовать для лечения заболеваний печени [15].

Таким образом, каждый тип дентальных стволовых клеток имеет свои особенности и сферы применения не только в стоматологии, но и в других областях медицины.

Помимо описанных выше МСК, в тканевой инженерии используют и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные из соматических клеток. Впервые о них заговорили в 2006 году, когда японские ученые Кадзутоси Такахаси и Синъя Яманака показали, что соматические клетки можно перепрограммировать в ИПСК с помощью усиления экспрессии определенных факторов транскрипции (Oct3/4, Sox2 и Klf4) [17], [18]. Сами по себе эти клетки иммунологически нейтральны и, что не менее важно, не вызывают таких этических препирательств, как стволовые эмбриональные клетки. Однако для их перепрограммирования использовали вирусных агентов, что могло повлечь за собой формирование новообразований [19]. Были попытки использования вместо вирусов химических молекул [20], но, к сожалению, процент успешного репрограммирования оказался невелик. Сейчас развивают новые способы получения ИПСК, поскольку их применение выглядит достаточно привлекательным и весьма многообещающим.

Что нам стоит зуб построить?

Для использования стволовых клеток в тканевой инженерии необходимо наличие скаффолда и ростовых факторов (рис. 7). Идеальный скаффолд должен поддерживать прикрепление, миграцию, пролиферацию и пространственную организацию клеток.

Рисунок 7. Что нам стоит зуб построить?

В основном, скаффолд как подходящий матрикс для реконструкции тканей должен соответствовать следующим требованиям [21]:

Материалы, используемые для формирования скаффолдов, разделяют на натуральные и синтетические (рис. 8) [22]. Биоактивное стекло, полимолочная кислота, различные композиты (многокомпонентные материалы, в основе которых — матрица на основе металла, полимера или керамики) — все это синтетические материалы. Несмотря на то, что эти материалы позволяют изготовлять скаффолды необходимой формы, их применение весьма ограничено ввиду неудовлетворительной биосовместимости и токсичности. Из биоматериалов (натуральных материалов), используемых для создания скаффолдов, можно выделить коллаген, хитозан, гиалуроновую кислоту. Они состоят из макромолекул, которые также входят в состав экстраклеточного матрикса, поэтому биосовместимы и хорошо биодеградируемы. Однако они менее прочные и способны вызывать реакции отторжения [21].

Рисунок 8. Трехмерный скаффолд зубов мыши и человека. а — Нижний центральный резец мыши. б — Нижний первый моляр человека. Использованы 3D-реконструкция и биопечать. Материал — гидроксиапатит и поликапролактон. Визуализируются микроканалы (d = 200 нм), в которые вводят МСК и факторы роста (в и г).

Самым подходящим и отвечающим на большинство требований скаффолдом является либо скаффолд, полученный из экстраклеточного матрикса (ЭКМ-скаффолд), либо его аналог. За счет своей идентичности с внеклеточным матриксом такие скаффолды способны обеспечить наилучшую взаимосвязь с клетками и ростовыми факторами. Дентальные МСК, такие как стволовые клетки пульпы и периодонта, при культивировании в ЭКМ-скаффолдах проходили дифференцировку в одонтогенном направлении. После имплантации же данного скаффолда формировалась пульпа [10], [23].

Помимо скаффолда и стволовых клеток, необходимо связывающее их звено, которое бы регулировало рост ткани. Таковым могут быть факторы роста, определенные гены и интерферирующие РНК [7].

Факторы роста — пептидные молекулы, передающие сигналы для управления клеточным поведением и взаимодействующие со специфическими рецепторами на поверхности клеток [24]. Они обеспечивают взаимосвязь и взаимодействие между клетками и экстраклеточным матриксом. Вслед за повреждением клетки начинается секреция ростовых факторов, запускающих в дальнейшем процессы регенерации и ангиогенеза. Примером «работы» факторов роста в зубе можно назвать образование вторичного и третичного дентина, которое происходит при близком расположении кариозной полости к пульпе зуба либо при повышенной стираемости зубов. Среди ключевых факторов роста во время развития зуба можно выделить костный морфогенетический белок (BMP), тромбоцитарный фактор роста (PDGF) и фактор роста фибробластов (FGF). Именно их в первую очередь используют в тканевой инженерии зуба [25–27]. Для доставки факторов роста могут использовать как клетки и наночастицы, так и сам скаффолд.

Рецепт готов

Вот и всё, если кратко, что необходимо для создания зубов. Таким образом, рецепт по созданию зуба выглядит примерно так:

Технологии регенеративной медицины прогрессируют невероятно быстро. И уже сейчас разработаны, наверное, самые основные положения для тканевой инженерии зуба. Все они происходят из наших знаний о клеточных и молекулярных основах развития зуба. Мы понимаем, что наилучшего результата в биоинжениринге зуба можно достичь только в присутствии двух типов клеток, а не одного: это и клетки эпителия, и мезенхимальные клетки (куда же без них?) [28]. Однако на одних клетках зуб не построишь. Таким образом, здесь нельзя исключать роль факторов роста и внеклеточного матрикса. К счастью, наука не стоит на месте, и новые положения активно разрабатывают. Возможно, в ближайшее время копилка знаний под названием «тканевая инженерия зуба» пополнится очередной не менее ценной «монетой».

Но, несмотря на весь многообещающий потенциал тканевой инженерии в стоматологии, предстоит решить еще задачи, связанные с проведением клинических испытаний, с иннервацией и кровоснабжением биоинженерного зуба, его связочным аппаратом, сроками его прорезывания, а также с выбором пула стволовых клеток и технологии работы с ними, и еще ряд других не менее насущных задач [10], [29].

Что касается самого основного, а именно стволовых клеток: в проведенных экспериментах (стоит отметить, что практически все они проведены на мышах), в основном, использовали эмбриональные стволовые клетки. Но в клинике их применение резко лимитировано, в том числе законодательно. Поэтому остаются только постнатальные стволовые клетки (не считая ИПСК, где тоже не все спокойно), и здесь перед нами возникает следующая загвоздка: в отличие от мышей, у человека отсутствует ниша дентальных стволовых клеток, именно поэтому наши зубы не имеют способности к постоянному росту. Те МСК, которые пригодны для использования, нельзя получить без повреждения зуба или уж тем более в том случае, если зуб ранее лечили эндодонтически, то есть с удалением пульпы. Те же, к которым доступ открыт, не обладают одонтогенной компетентностью, например, МСК десны. Это только одна из дилемм, которые еще предстоит решить (рис.9).

Рисунок 9. Борьба за здоровые зубы человечества.

Вперед в будущее!

Конечно же, не вызывает сомнения тот факт, что в скором времени биоинжениринг зубов станет неотъемлемой частью стандартных протоколов лечения поражений зубов. Возможно, что методики регенеративной стоматологии позволят нам создать полноценный зубодесневой комплекс. Важно помнить, что методы, разработанные в соответствии с требованиями и задачами биоинженерии зуба, смогут подстегнуть развитие новых подходов в регенерации других тканей и органов и таким образом поспособствовать прогрессу не только в стоматологии, но и в области регенеративной медицины в целом. Ну что ж, вперед в будущее!

Источник