Выращивание зубов из стволовых клеток – что это такое

Зуб даю

Игорь Юрьевич, о выращивании зубов говорят все чаще. Сообщения из США, Японии, Англии, Финляндии, Франции, Китая. И в вашем центре упорно ищут такой путь решения зубной проблемы. Все имеющиеся способы избавления от болезней зубов не самые эффективные?

Игорь Малышев: Я бы не хотел быть столь категоричным. Имеющиеся способы очень эффективны. Но у всех у них один общий недостаток: у каждого метода – свой ограниченный срок пригодности. Будь то самая современная пломба или самый современный имплантат. Очень хочется, чтобы взамен вышедших из строя зубов были те, которые не доставляют никаких неприятностей и воспринимаются, как свои. И исследования показывают, что такое вполне возможно.

Игорь Малышев: Точной даты назвать не могу. Да и никто не назовет. Пока мы делаем следующее. Есть два признанных в мире направления восстановления зубов. Первое – это выращивание зуба из его зачатка.

Где берете зачаток?

Игорь Малышев: И тут опять два пути. Можно взять его у эмбриона. Такая процедура возможна только под микроскопом. Взяли из эмбриона этот зачаток. Затем подсадили его под капсулу почки. Почему почки? Да потому что тут очень хорошее кровоснабжение. Идеальная температура тела. И буквально через две недели вырастает маленький зубик. Этот зубик можно подсадить в лунку челюсти вместо удаленного. И процесс пошел: вырастет нормальный зуб.

Как просто! Сколько вы шли к такому результату?

Игорь Малышев: Первыми тут были японцы, и они шли к нему десять лет. Нам было проще, и мы получили результат за полтора года.

Но воспользоваться в лечебной практике этим результатам пока не удалось и японцам. Почему?

Игорь Малышев: Чрезвычайно сложно заполучить зачаток зуба из эмбриона.

А замены эмбриону нет? Те же стволовые клетки, из которых выращивают, что хотите, где хотите.

Игорь Малышев: Ваш вопрос действительно мучает ученых всего мира уже десятки лет. И действительно, разработаны методы, с помощью которых из стволовых клеток можно сконструировать зачаток зуба.

Почему не сконструировали?

Игорь Малышев: Сконструировали. Это делается. Получаются биоинженерные зубы. Но и это пока эксперимент. Есть еще второе направление создания новых зубов.

Оно необходимо? Первое же вы не отвергаете?

Игорь Малышев: Не отвергаем. Но ведь важен конечный результат. То есть переход из стадии эксперимента в клинику. И второй подход более клинически приемлем. Он состоит в том, чтобы воссоздать зуб с помощью биопечати прямо в лунке зуба.

Но в таком случае не обойтись без робота? Ошибаюсь?

Игорь Малышев: Не ошибаетесь. Это одно из достоинств данного направления. То есть “отпечатать” новый зуб на любом расстоянии от соискателя этого зуба. Университет СТАНКИН и лаборатории 3Д Биопринтинг Солюшен (3D Bioprinting Solutions) помогают нам реализовать это направление. Работы в этих двух направлениях возглавляет член-корреспондент РАН Олег Янушевич. Печатать надо живыми зубными клетками, которые и помогут воссоздать и ткани зуба, и целиком сам зуб.

Но где взять эти живые клетки?

Игорь Малышев: Их можно взять из самого удаленного зуба. Его пульпа содержит их в должном количестве.

А мы выбрасываем удаленные зубы.

Игорь Малышев: Скоро выбрасывать перестанем. Более того, появятся банки хранения стволовых клеток зуба конкретного человека. А еще важнее не выбрасывать выпадающие молочные зубы. Они – кладезь стволовых клеток. Их надо хранить бережно. Поскольку из них, если возникнет необходимость, можно выращивать не только зубы. Так можно решить и проблему дефицита органов и тканей для пересадки, и избавиться от отторжения пересаженных.

Радужное будущее ждет нас. Но опять-таки: когда?

Игорь Малышев: По самым оптимистическим прогнозам, для этого понадобится не менее десяти лет. Может, и больше. Хотя наука сейчас развивается непредсказуемыми темпами.

Выращивание новых зубов – реальность !

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.

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.

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.

Теперь зубы можно выращивать в пробирке

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.

Методы регенерации новых зубов у человека: выращивание по Шичко, Норбекову и с помощью современных технологий

Молочные зубы появляются у ребенка на первом году жизни, со временем они сменяются коренными. После этого во рту могут появиться только протезы. Какими бы современными и красивыми они ни были, это уже не настоящие зубы. Хорошо было бы, если вместо удаленных зубов врачи могли вырастить настоящие! Возможно ли такое?

Попытки вырастить человеку новые здоровые зубы предпринимались неоднократно. Что из этого вышло? Какова перспектива такой методики?

Какие гены отвечают за рост и развитие зубов?

Несколько лет назад в прессе промелькнуло сообщение, что японские ученые способны вырастить новые зубы. Действительно, такие работы велись. В 2007 году обладателями искусственно выращенных молодых зубов стали мыши. Их зубы выполняли все необходимые функции, но не имели корней. Настоящие коренные удалось вырастить только в 2009 году.

Как же это возможно? Ген, отвечающий за рост зубов, нашли ученые из Цюриха. Они обнаружили также участок хромосомы, ответственный за развитие и формирование коронки. Оказалось, что зачатки, из которых развиваются зубы, формируются при работе гена Msx1, а за правильное положение коронки отвечает другой ген, Osr2. Функция его очень важна. При его аномалии зубы вырастают в неожиданных местах, имеют странную форму. Развитие зубов обусловливается функционированием отдела хромосомы, называемого Notch.

Возможно ли вырастить новые коренные зубы вместо удаленных у взрослых людей?

Всем известно, что клетки человеческого организма полностью заменяются через определенные периоды всю жизнь. У каждого вида клеток уходит на обновление разное время. Эпителиальные клетки желудка обновляются за 5 дней, у клеток костной ткани процесс происходит в течение 10 лет. Только зубы, начав разрушаться, «доводят дело» до конца, и остаются одни корни, которые приходится удалять, чтобы поставить протез (рекомендуем прочитать: как удаляют корень зуба, если остался только он?). Отчего же так происходит? Почему ткани коронковой части не способны к регенерации?

Ответа ни у кого пока нет. Зато японцы научились восстанавливать дентин у собак, заполняя кариозную полость специальной биомассой. На восстановление потребовалось 2 месяца. Эксперименты в этом направлении продолжаются. Интересные результаты получены и в Америке: ученые ультразвуковыми импульсами научились стимулировать восстановление собственных тканей у некоторых животных. Когда же очередь дойдет до людей?