Новые зубы из стволовых клеток

Здоровье полости рта играет ключевую роль в общем благополучии человека, и поиск инновационных методов его поддержания и восстановления никогда не прекращается. В последние годы исследования в области стволовых клеток открыли новые перспективы в регенеративной медицине и биоинжиниринге, включая возможность выращивания зубов из стволовых клеток.

Стволовые клетки представляют собой уникальный тип клеток, способных к самообновлению и дифференциации в различные типы тканей. В контексте стоматологии, это открывает двери для создания новых зубов из собственных клеток пациента, что может полностью изменить подход к зубным протезам и имплантации зубов.

Рис. 1. Стволовые клетки

Что лучше, свои зубы или искусственные?

Ортопедические протезы и имплантаты восстанавливают зуб, но не учитывают особенности его структуры. Они лишены периодонтальной связки, которая обеспечивает механическую устойчивость зуба, и не имеют сосудов, нервов и рецепторов. Периодонт распределяет давление от жевательных мышц, что поддерживает стабильность зуба. Недостаток периодонта может повысить риск травм, уменьшить функциональность зуба, а также влияет на прикус.

Периодонт – это специальный слой соединительной ткани между корнем зуба и окружающей костью. Он играет ключевую роль в закреплении зуба в альвеоле и равномерном распределении давления от жевательных мышц человека. Без периодонта зуб может стать менее устойчивым и подверженным различным проблемам, связанным с его крепостью и функциональностью.

Рис. 2. Сравнение строения зуба с имплантом

В отличие от естественного зуба, имплантаты не подвижны и могут вызывать воспаление окружающей ткани (периимплантит). Отсутствие периодонта не позволяет имплантатам интегрироваться с другими зубами и обеспечивать равномерное распределение давления при жевании. Также остро стоит вопрос о биосовместимости искусственных материалов. Уход за полостью рта с имплантатами требует более тщательной гигиены. Идеальным решением было бы выращивание настоящих зубов, а не использование искусственных.

Процесс формирования зубов начинается с образования дентальной пластинки в эмбриональной челюсти. Эта пластина постепенно развивается, образуя корни отдельных зубов. Контроль над этим процессом осуществляется несколькими эпителиальными сигнальными центрами, которые регулируют формирование зуба.

При разработке методов выращивания зубов с использованием тканевой инженерии важны три компонента: стволовые клетки, внеклеточная матрица (или скаффолд) и факторы роста. Стволовые клетки способны к одонтогенезу и дифференциации в зубные ткани.

Рис. 3. Ткани зубочелюстной системы

Стволовые клетки

Стволовые клетки отличаются от зрелых тем, что они могут делиться многократно и превращаться в различные типы клеток. У эмбриональных стволовых клеток есть потенциал превращения в более чем 200 типов клеток, в то время как постнатальные стволовые клетки могут формировать только определенные типы клеток взрослого организма. Они находятся в различных тканях, включая костный мозг, кровеносные сосуды, печень, кожу и дентальные ткани.

Дентальные стволовые клетки можно разделить на несколько типов в зависимости от их местоположения, таких как стволовые клетки пульпы, периодонтальной связки, десны и клетки предшественников зубного фолликула. Это предоставляет широкие возможности для их извлечения и использования. Например, стволовые клетки пульпы могут быть извлечены из удаленных зубов и использованы для восстановления различных компонентов зуба, а также для регенерации нервной ткани. Дентальные стволовые клетки из десны могут быть применены для восстановления пародонта и мышц.

Существует много вопросов относительно механизмов, через которые происходит развитие стволовых клеток зубов, несмотря на то, что уже известно более 200 активных генов в этом процессе. Различные типы стволовых клеток в зубах имеют свои уникальные свойства, что открывает широкие перспективы их использования в различных областях медицины. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные из взрослых тканей, также могут быть применены для выращивания новых зубов. Научные исследования в этой области активно продолжаются, что позволяет надеяться на новые открытия и разработки.

Межклеточный матрикс

Для выращивания зубов необходима опорная структура — скаффолд, который поддерживает клетки и обеспечивает их обмен веществами. Материалы для скаффолда могут быть синтетическими, такими как «биоактивное» стекло или полимеры, или натуральными, например, коллагеном или хитозаном. Идеальный скаффолд — это структура из натуральных полимеров межклеточного матрикса или их синтетических аналогов, обеспечивающая развитие стволовых клеток и формирование зубных тканей.

Рис. 4. Межклеточный матрикс под микроскопом

Сигнальные пути

В процессе роста и развития тканей в организме играют важную роль так называемые «факторы роста». Это специальные вещества, которые помогают клеткам взаимодействовать друг с другом и контролируют, как они развиваются и растут. Например, если у вас болит зуб или вы теряете зубную эмаль вследствие кариозных процессов, то в организме могут активироваться определенные факторы роста, чтобы помочь восстановить эти ткани и защитить зуб от повреждений.

Рис. 5. Эмаль зуба под микроскопом

Для создания новых зубов ученые используют различные «инструменты», такие как специальные клетки из зубной ткани (стволовые клетки), а также материал, который помогает им расти и развиваться в нужную форму. Также используются специальные молекулы, которые помогают контролировать, как клетки развиваются и что они делают. Эти молекулы могут быть введены в клетки снаружи, чтобы помочь им работать правильно.

Таким образом, для создания новых зубов нужно всего три основных компонента: клетки, материал для роста и специальные молекулы, которые контролируют процесс образования зародыша зуба.

Итоги исследований

Ученые давно изучают тканевую инженерию зубов. Английские исследователи начали работу еще в начале 2000-х годов, но их первые попытки были неудачны. Впоследствии японские ученые провели успешные лабораторные эксперименты, вырастив новый зуб из клеток мыши и вживив его грызуну.

В 2017 году российским ученым также удалось успешно вырастить зубы у мышей. Однако выращивание человеческих зубов остается сложной задачей из-за проблем с иннервацией, кровоснабжением и доступностью стволовых клеток.

Получение нужных клеток для выращивания зубов — главная проблема. Тем не менее, тканевая инженерия зубов в будущем может помочь избежать проблем со здоровьем зубов и красивой улыбки, а также страха перед походом к стоматологу.

Альтернативы восстановления зубов

Пока методика выращивания новых зубов все еще исследуется, существуют альтернативные способы восстановления зубов в наши дни:

• Протезирование зубов: Это искусственные конструкции, которые заменяют поврежденный или отсутствующий зуб. Они бывают съемными, несъемными (как вкладки, виниры, коронки) и условно-съемными, которые может снять и установить только стоматолог;
• Импланты: Это титановые штифты, имитирующие корень зуба, которые хирургически, под анестезией, вживляются в кость челюсти под десной. После этого на них устанавливают коронку или полноценный протез. Также существуют методики имплантации All-on-4 и All-on-6 для пациентов с адентией ;
• Реставрации: Восстановление объема зубной короны, его жевательной функции и устранение косметических дефектов, таких как кариес, сколы, трещины, повреждения эмали, пятна и потемнения;
• Виниры: Зубные накладки, которые крепятся к передней поверхности зубов. Они могут скрывать различные дефекты, такие как неровности, трещины, сколы, пломбы или пятна на эмали.

Рис. 6. Импланты для зубов