Выращивание зубов из стволовых клеток в москве

Предложенный специалистами Московского государственного медико-стоматологического университета (МГМСУ) им. А.И. Евдокимова метод подразумевает использование естественного процесса развития зуба для создания импланта без биореактора с особыми составами, а напрямую в челюсти, сообщают «Известия».

«Мы решили пойти именно по такому пути, но предложили вырастить зуб сразу в челюсти, а не в биореакторе. Надеюсь, что это поможет решить проблему строения и интеграции биоинженерного образца. Проблема в том, что после роста в биореакторе не всегда правильно формируется структура тканей, так как важное значение играет именно окружающая среда будущего органа. Воспроизвести условия ротовой полости человека невозможно», — подчеркнул ректор МГМСУ им. А.И. Евдокимова профессор Олег Янушевич.

Первые опыты на мышах показали, что предложенная технология работоспособна. У эмбрионов грызунов брался зачаток зуба, который после нахождения в охлаждённом физиологическом растворе помещался на зачищенный участок челюсти и защищался медицинским клеем с антисептическими свойствами. Из восьми опытов по выращиванию искусственных зубов у мышей половина была успешной и позволила вырасти зубы без дефектов.

«Прежде всего, зубы были белыми и твердыми. Содержимое полости зуба представлено клетками и внеклеточным матриксом нормально сформированной ткани, заполняющей полость зуба, с полнокровными сосудами. Выросший в челюсти орган оказался хорошо сформированным моляром, с четкой симметрией в отложении эмали на поверхности. Кроме того, была хорошая интеграция выросшего зуба с костной тканью челюсти и десны без признаков воспаления», — отметил заведующий кафедрой патологической физиологии МГМСУ им. А. И. Евдокимова профессор Игорь Малышев.

Для выращивания искусственных зубов у человека предстоит усовершенствовать как технику подготовки к челюсти к созданию импланта, так и технологии работы с искусственным зубом. Кроме того, для подобных имплантов необходимо будет найти замену для эмбрионов — ожидается, что ими станут стволовые клетки волосяной луковицы. Учёные отмечают, что появление первых зубных имплантов по новой технологии для людей состоится не ранее чем через 10 лет.

У людей дентин является одной из немногих тканей тела, которые не могут регенерировать. Из-за этого с разрушением и травмами зубов приходится бороться при помощи пломб или коронок.

Группа мезенхимальных стволовых клеток (обозначены зелёным цветом), мигрирующих в зуб, чтобы обеспечить регенерацию ткани.

Ключевое направление в регенеративной медицине – изучение потенциала стволовых клеток. Они, напомним, могут развиваться в любые типы клеток и способствовать заживлению ран по всему телу.

Давно доказано, что стволовые клетки могут помочь в "починке" зубов. Варианты могут быть разные. Например, ранее учёные предлагали активировать стволовые клетки, выстраивающие новую часть зуба, светом маломощного лазера. Другой любопытный способ – выделение клеток, необходимых для выращивания утраченных зубов, из мочи.

Новую перспективную методику спасения зубов представила международная команда исследователей. Учёные открыли у мышей неизученную ранее популяцию стволовых клеток, которые отвечают за восстановление зубной ткани.

Поясним, что передние зубы мышей, как и многих других грызунов, растут непрерывно – в течение всей жизни их обладателя. Таким образом, у животного, постоянно грызущего те или иные предметы, эти зубы не стачиваются.

Исследователи задались вопросом, как на таких зубах формируется дентин – твёрдая ткань, составляющая основную часть зуба. У людей дентин является одной из немногих тканей тела, которые не могут регенерировать естественным путём, из-за чего с разрушением и травмами зубов приходится бороться при помощи пломб или коронок.

Читайте также:  Зависает удаленный рабочий стол windows 7

В ходе работы команда обнаружила в постоянно растущих зубах мышей неизученную ранее популяцию мезенхимальных стволовых клеток, которые дают начало скелетным тканям, таким как мышцы и кости. Оказалось, именно эти клетки отвечают и за образование зубного дентина у грызунов.

Когда эти стволовые клетки активируются, они посылают сигналы в "материнские" клетки ткани, чтобы контролировать количество продуцируемых клеток. Отвечает за этот процесс ген под названием Dlk1.

На следующем этапе команда обнаружила, что этот же ген может усиливать регенерацию тканей при заживлении зубных повреждений.

Авторы работы считают, что именно этот механизм может стать основой для новой методики "ремонта" зубов в тех случаях, когда речь идёт о кариесе (образовании полостей, или "дырок"), и также о лечении травм (например, когда откалывается фрагмент зуба).

Впрочем, сперва учёным предстоит выяснить, возможно ли манипулировать геном Dlk1 и стволовыми клетками людей, чтобы "разблокировать" способность выращивать новый дентин. Если это подтвердится, специалисты должны будут доказать эффективность и безопасность клинического применения новой методики, а также определить оптимальную продолжительность лечения.

"Стволовые клетки в будущем могут быть использованы для регенерации тканей, которые были повреждены или утрачены в результате болезни. Поэтому важно понять, как они работают. Открыв новые стволовые клетки, которые составляют основную часть зуба, и установив [роль гена] Dlk1 в регенерации ткани, мы предприняли важные шаги в [этом направлении]. Это действительно большой прорыв в регенеративной медицине, который может иметь огромное значение для пациентов", – считает глава научной группы Бин Ху (Bing Hu) из Университета Плимута в Великобритании.

Его команда уверена, что новый способ восстановления зубов позволит пациентам сэкономить немало средств и времени.

Подробнее о проделанной работе учёные рассказывают в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Кстати, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о новых стоматологических материалах: один из них может вдвое продлить срок службы зубных пломб, а другой сам станет "вечной" пломбой, убивающей бактерии.

Впрочем, многие учёные уверены, что в будущем от пломб и вовсе можно будет отказаться. Вместо них защищать зубы будут при помощи вакцины, а лечить – препаратом от болезни Альцгеймера.

Выращивание новых зубов — хоть в три ряда, по желанию, уже не за горами. Ученые обнаружили гены, которые отвечают за формирование зубной эмали и рост целых зубов. И смогли по своему усмотрению либо лишить животных зубов, либо вырастить зубы где попало.

Исследователи из Цюрихского университета (University of Zurich) под руководством профессора Тимиоса Митсиадиса (Thimios Mitsiadis) выяснили, что зачаток лица и зубной системы формируется в период внутриутробного развития из эпителия и мезенхимы зародыша. Нарушение этого процесса приводит к развитию челюстно-лицевых патологий — дефектов развития зубов, заячьей губы и волчьей пасти.

Ученые решили провести исследования на специальных трансгенных мышах, чтобы выяснить схему временного и пространственного вовлечения генов в развитие зубной системы и лица. А заодно и точно определить, какие гены отвечают за кариес и разрушение зубной ткани.

Беззубые мыши

Для эксперимента у подопытных животных искусственно нарушили фактор транскрипции гена Tbx 1. Отсутствие этого гена играет принципиальную роль в развитии синдрома Ди Джоржи, при котором у человека развивается ряд уродств сердца, тимуса, паращитовидной железы, лица и зубов. А также зубной эмали, которую авторы работы называют «самой твердой органической тканью».

Зубная эмаль, по словам исследователей, формируется путем минерализации определенных белков, которые выделяются эпителиальными клетками зуба – амелобластами. Эти клетки производят эмаль до того момента, когда зуб начинает прорезаться из десны.

Читайте также:  Икраткая буква это согласная или гласная

Выяснилось, что у мышей с отключенным Tbx 1 обнаружился недостаток и в эмали, и в амелобластах. Правда, лабораторные животные прожили не очень долго и ученым пришлось заканчивать эксперимент на долгоживущих культурах тканей, которые и позволили проследить рост зубов до полной зрелости.

Связь между производством эмали и генами обнаружили и коллеги Митсиадиса из Орегонского университета. Правда, по их данным, на нехватку эмали влияет отключение фактора транскрипции другого гена — Ctip 2.

Зубы из стволовых клеток

Ученые из Цюриха также выяснили, что Tbx 1 вовлечен в производство стволовых клеток зубного эпителия, которые в свою очередь формируют амелобласты. Поэтому Митсиадис считает, что в некоторых случаях для восстановительной терапии при генетических аномалиях зубов можно использовать стволовые клетки. «Эти клетки в будущем могут пригодиться для новых технологий трансплантации, – объясняет профессор, — понимание генных механизмов, которые управляют ростом и восстановлением зубов, позволит нам производить новые продукты и ткани для замены травмированных и больных зубов. Хотя только на стволовые клетки ставку делать не стоит».

Мыши с волчьей пастью и акульими зубами

Исследователи из Медицинского центра Рочестерского университета (University of Rochester Medical Center), которыми руководит доктор Руланг Джанг (Rulang Jiang), решили не останавливаться на изучении особенностей происхождения зубной эмали. Они решили узнать, как растут сами зубы. И для этого тоже обратились к периоду формирования лица во время развития плода.

Для науки снова пришлось «страдать зубами» лабораторным мышам. Ученые вывели модифицированных животных, у которых «выключили» ген Osr 2 — по-видимому, «коллегу» Tbx 1. В его «зону ответственности» входила профилактика деформации зубов и появления волчьей пасти — врожденного дефекта, при котором две половины нёба не соединяются, образуя щель.

«Выбивание» Osr 2 привело к тому, что мышата появлялись на свет с волчьей пастью. Помимо этого у них вырастали зубы за пределом нормальной линии роста. Этот факт так заинтересовал Джанга, что он решил оставить волчью пасть на время в покое и сосредоточился на изучении путей роста зубов.

Первым признаком формирования зубов у эмбрионов млекопитающих служит утолщение эпителия вдоль линии челюсти. Это говорит о том, что сформировалась группа клеток, которую называют зубной пластинкой. Так как все зубы формируются впоследствии из этой пластинки, ученые предположили, что какое-то специальное качество эпителиальных клеток делает их пригодными для данного процесса. Предыдущие исследования показали, что зубы могли появляться из эпителия, который обычно не задействован в зубной пластинке. Но как проявлялись сигналы для роста зубов вне границ зубного ряда, ученые не знали.

Исследования в других лабораториях также показали, что для инициирования роста зубов нужен костный морфогенетический белок Bmp 4. У него есть собственный «усилитель сигнала» — белок Msx 1. Поэтому Джанг с коллегами предположил, что есть некоторый неизвестный фактор, который ограничил у мышей с недостатком Osr 2 рост зубов в один ряд, блокируя Bmp 4.

Дальнейшее исследование показало, что концентрация активного гена Osr 2 увеличивается в зачатке челюстей по направлению от щеки к языку. А концентрация Bmp 4 увеличивается в обратном направлении. Причем если Osr 2 не работает, то активность Bmp 4 распространяется за пределы зубного ряда, а не ограничивается только зубной пластинкой. И тогда зубы могут вырастать далеко за пределами «традиционного» для млекопитающих зубного ряда.

Читайте также:  Возможно отсутствует соответствующее приложение 1с

Где расти зубам

На этом Джанг опять же не остановился. Он решил выяснить, почему у млекопитающих между зубами есть расстояние. И почему иногда его нет и смежные зубы выглядят сплавленными между собой. Поэтому исследователи вновь взялись за мышей, у которых удалили и ген Osr 2, и ген Msx 1.

Экспериментальным мышам, у которых не хватало только Msx 1, не смогли вырастить ни один зуб. А тем, у кого «выключили» оба белка, вырастили только первые коренные зубы. Эксперимент позволил ученым говорить о том, что даже если нет ставящего зубы на место Osr 2, то белка Bmp 4 вполне хватает, чтобы что-то во рту все-таки выросло. А вот без Msx 1 сигнал Bmp 4 не усиливался настолько, чтобы началось строительство следующего зуба в ряду.

Профессор Джанг предположил, что Bmp 4 сотрудничает с другими факторами формирования зубов и помогает создать «демаркационную зону» вокруг каждого зуба, где уже ничего не растет. Когда зуб почти созрел, Msx 1 уменьшает уровень запрета на рост и начинается развитие следующего зуба, управляемое Bmp 4.

Так как растут не только зубы, но и челюсть, каждый зуб должен получить сигнал, что кость челюсти уже достаточно для него отросла. Тут, по словам Джанга, и кроется механизм формирования волчьей пасти.

В планах команды из Рочестера – точно отследить генетическую цепь, которая управляет копированием зубов и развитием неба. Ну и, чтобы не отставать от коллег из Цюриха, понять, как можно применить стволовые клетки для лечения волчьей пасти. И выращивания зубов на пустом месте.

Материалы о нелегком становлении зубов на свое место можно прочитать на сайте Медицинского центра Рочестерского университета в журнале Science.

А про то, как появляется зубная эмаль, авторы исследования написали в журнале Development Biology и на сайте Цюрихского университета.

Как говорилось в одной поговорке, зубы дело наживное. Но скоро, похоже, можно будет нажить не искусственные зубы, а настоящие. Только зубы выращенные в пробирке. Об этом нам заявили японские ученые.

Японские ученые сообщили о том, что им удалось заменить мышиный зуб на выращенный в лаборатории из клеток и функционирующий аналогично первоначальному.

Для выращивания полноценного зуба ученые использовали примитивные клетки, которые стоят несколько выше, чем стволовые, – мезенхимальные и эпителиальные. Инъекция клеточного материала была произведена в коллагеновый каркас поддержку всего тела.

После выращивания зуба они обнаружили, что он длиной около 1,3 миллиметра принял зрелую форму, которая состояла из полноценных частей, таких как дентин, пульпа, сосуды, периодонтальные ткани и эмаль. Затем ученые удалили резец восьминедельной мыши и имплантировали вместо него выращенный зуб. Обследование, проведенное две недели спустя, показало, что новый зуб растет в точности как обыкновенный, он прижился и функционирует абсолютно нормально.

Выращивание зуба стало лишь первым шагом в развитии этой революционной и многообещающей технологии.

Таким образом, проведенная операция стала первым удачным опытом успешной замены целого органа биоинженерными материалами. Исследователи отмечают, что существуют два способа выращивания зуба: либо в органной культуре, либо в специальной капсуле, прикрепляемой к печени другой мыши. Процесс роста занимает 14 дней.

Данный метод позволит выращивать целые органы из одной-двух клеток, говорят исследователи, хотя и не отрицают, что им предстоит еще много работы по изучению этого поистине революционного достижения.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector