Перспективы создания зуба методами тканевой инженерии

Взрослая ткань зуба практически не способна к самостоятельной регенерации, и дефект эмали, в результате действия повреждающих факторов, постепенно приводит к потере зуба. Без сомнения, современные технологии протезирования позволяют произвести реконструкцию даже при полном отсутствии зубов. Однако, прогресс современной органотипической регенеративной медицины подвигает исследователей к поиску технологий замещения зубов естественными трансплантатами.

Для формирования полноценной структуры зуба в эмбриогенезе необходимы клетки (энамелобласты, одонтобласты), образование которых возможно только при взаимодействии клеток эктодермальной и мезенхимальной природы [2,4]. Ткань зуба закладывается на 6−7 неделе внутриутробного развития и начинается с погружения эпителия ротовой полости в подлежащую мезенхиму. На эпителиальной зубной пластинке появляются мелкие выпячивания, называемые зубными зачатками, из которых будет развиваться молочный зуб. Эта структура образует эмалевый орган, а нижележащая мезенхима, заполняющая полость чаши, называется зубным сосочком.

 

Дифференцировка зубных зачатков начинается с 3 мес. внутриутробного развития, а к началу 5 мес. эмалевый орган утрачивает непосредственную связь с эпителием ротовой полости, хотя остатки зубной пластинки могут длительно сохраняться (иногда из них развиваются кисты). Незадолго до этого клетки зубной пластинки формируют второй эпителиальный зачаток, из которого будет развиваться постоянный зуб (Рис. 1) [1,3]. Возможность существования низкодифференцированных клеток пульпы впервые предположил Taatz H. в 1965 году [6]. Он обнаружил в пульпе зуба активные фибробластоподобные клетки, способные к культивированию in vitro. Уже в 1969 году в пульпе была обнаружена зона с активной клеточной пролиферацией [7]. Эта область получила название зоны Уейла [zone of Weil]. В ней были выявлены одонтобласты — клетки, активно синтезирующие внеклеточный матрикс с высоким уровнем щелочной фосфатазы в цитоплазме [7]. Эти клетки, расположенные в виде трехмерной сети, также активно экспрессировали виментин [8]. В дальнейшем было показано активное участие клеток пульпы этой области в регенерации зуба при кариозном процессе – вторичный (или репаративный) дентиногенез в самообновлении ткани зуба [9].

 

Рис. 1. Гистологическая картина нормальной закладки зуба человека. ГЭ. Структуры: могослойный эпителий ротовой полости (1), эмалевый тяж, (2) эмалевый орган (3), наружный эмалевый эпителий, (4) пульпа эмалевого органа, (5) внутренний эмалевый эпителий (6), зубной сосочек (7), зубной мешочек (8).

Основными клетками, поддерживающими вторичный дентиногенез, являются одонтобласты, которые в свою очередь происходят от проодонтобластов. Последние же возникают при взаимодействии мезенхимальных стволовых клеток (МСК) пульпы с прогениторными клетками ротового эпителия, активно экспресирующего цитокератин 14 (CK-14). ДНК microarray-анализ МСК пульпы показал почти полное отсутствие различий между этими клетками и стромальными клетками костного мозга [10]. Однако, выделенные МСК пульпы in vivo и in vitro только на 2/3 способны к эктопическому образованию пульпы, а 1/3 способна к дифференцировке в другие мезенхимальные ткани и даже в нейральные клетки [11].

В настоящее время технологии создания артифициального зуба (дентогенез) методами тканевой инженерии развиваются двумя основными путями. Первый путь – так называемый прямой дентогенез. У эмбриона производится забор закладки зуба (зубная пластинка, эмалевый орган, зубной сосочек). Клеточная масса, состоящая из энамелобластов, одонтобластов и низкодифференцированых эпителиальных и стромальных мезенхимальных клеток, суспензируется и совместно культивируется. В качестве матрицы используют биодеградируемые полимеры на основе органических кислот (PGA, PGLA), которым придают трехмерную форму зуба [1,3,5]. Культура клеток наносится на матрицу, и препарат пересаживается в зубную альвеолу, где под воздействием факторов клеточного и тканевого микроокружения происходит дентогенез [3].

Второй путь – непрямой дентогенез, при котором развитие происходит внеальвеолярно [1]. После выделения, кокультивирования и нанесения на матрицу клеток закладки зуба тканеинженерная конструкция пересаживается в мягкие ткани, не относящиеся к ротовой полости (сальник, околопочечная клетчатка, подкожная жировая клетчатка) на срок от 20 до 35 недель. По истечении указанного времени происходит образование ткани зуба за счет ближайших межклеточных взаимодействий (Рис. 2,3) [1]. Однако, у аллографтинга есть ряд известных недостатков. Поэтому дентогенез из аутологичных тканей имеет явные преимущества. Оказалось, что для формирования ткани зуба важны, прежде всего, низкодифференцированные эпителиальные клетки ротовой полости, а мезенхимальные клетки могут иметь отличное от мезенхимы краниальной части эмбриона происхождение. Так, в эксперименте при кокультивировании стромальных клеток костного мозга и эпителия эмалевого органа можно получить сформированную ткань зуба [3]. Таким образом, имеются доступные клеточные источники для дентогенеза у взрослого организма, что позволяет отказаться от использования аллогенного клеточного материала.

 

Рис. 2,3. Макропрепарат и рентгенограмма артифициального зуба крысы, сформированного в подкапсуульном пространстве почки из мезенхимальных стволовых клеток и стволовых клеток эпителия ротовой полости через 12 недель после пересадки. (J Dent Res 2004; 83; 7: 523−528)

Создание тканеинженерных конструкций для дентиногенеза de novo — реальная перспектива сегодняшнего дня. Основной проблемой можно считать обеспечение кровоснабжения артифициального зуба после графтинга, так как технология прямого дентогенеза в клинической практике может вызвать ряд неудобств в течение как минимум 30−35 недель, связанных с созданием определенных условий микроокружения для развивающегося зуба. Нельзя не отметить, что создание зуба как органа de novo можно считать прорывом в реконструктивной стоматологии. Об этом свидетельствуют и поток публикаций, и внимание частных компаний (Odontis Ltd), формирующих «новый бизнес» в стоматологической имплантологии.

 

 

1.Duailibi MT, et al. Bioengineered teeth from cultured rat tooth bud cells. J Dent Res 2004; 83; 7: 523−528

2.Ohazama A, et al. Stem-cell-based tissue engineering of murine teeth. J Dent Res 2004; 83; 7: 518−522

3.Smith A. Tooth tissue engineering and regeneration— a translational vision! J Dent Res 2004; 83; 7: 517 

4.Murray P, Garcia-Godoy F. Stem cell responses in tooth regeneration. Stem Cells and Development 2004;13: 255−262

5.Young CS, et al. Tissue engineering of complex tooth structures on biodegradable polymer scaffolds. J Dent Res 2004; 81; 10: 695−700

6.Taatz H, Stiefel A. Fibroblasts of the pulp tissue in the submicroscopic picture. Stoma (Heidelb)-German. 1965; 18; 4: 231−248

7.Harris R, Griffin CJ. The fine structure of the mature odontoblasts and cell rich zone of the human dental pulp. Aust Dent J 1969; 14; 3: 168−177

8.Lyn P, et al. The connective tissue cells of human dental pulp: an histologic and immunohistochemical study. Bull Group Int Rech Sci Stomatol Odontol 1991; 34; 3−4: 133−137

9.Bjorndal L, et al. A quantitative light microscopic study of the odontoblast and subodontoblastic reactions to active and arrested enamel caries without cavitation. Caries Res 1998; 32; 1: 59−69

10.Shi S, et al. Comparison of human dental pulp and bone marrow stromal stem cells by cDNA microarray analysis. Bone 2001; 29; 6: 532−539

11.Gronthos S, et al. Stem cell properties of human dental pulp stem cells. J Dent Res 2002; 81; 8: 531−535

12.Young CS, et al. Tissue engineering of complex tooth structures on biodegradable polymer scaffolds. J Dent Res 2002; 81; 10: 695−700

 

 

Первая публикация в журнале Клеточная трансплантология

на сайте http://celltranspl.ru

Использование лазера в детской стоматологии

Почему у маленьких детей темнеют зубы

Опасность солнечных ожогов: 5 ошибок, которых следует избегать

Имплантаты SGS Dental: Идеальная биосовместимость, пожизненная гарантия

Где купить надежное и качественное стоматологическое оборудование?