Как говорит руководитель нового исследования в этой области профессор Королевского колледжа Лондона Пол Шарп, каким бы совершенным ни был имплантат, он не воспроизводит корневую систему зуба, и жевательные движения приводят к износу костной структуры, в которую имплантат ввинчен.
Сегодня технология выращивания настоящих живых зубов в лаборатории в общем и целом уже создана. Исследователи Королевского колледжа и Колледжа Империал в Лондоне выяснили практически все о материалах и условиях создания зуба буквально с нулевой стадии. Их открытия базируются на годах прогресса регенеративной стоматологии, которая видит своей целью создание технологии производства зуба путем воспроизведения естественного процесса его роста.
От клетки к зубу
Для того чтобы зуб рос естественным образом, необходимо взаимодействие двух типов клеток: эпителиальных клеток десны и мезенхимальных стволовых клеток.
Эпителиальные клетки – это специализированные клетки, обычно встречающиеся на поверхности органа или ткани, где они образуют барьер, называемый эпителием.
Мезенхимальные стволовые клетки представляют собой клетки соединительной ткани, присутствующие в костном мозге, жировой ткани, пуповинной крови, околоплодных водах и зубочелюстной системе. Они обладают способностью трансформироваться в разные типы клеточных структур, являясь огромным резервом самообновления организма.
Еще в 1987 году исследователи Медицинской школы Университета Коннектикута продемонстрировали, что эпителиальные клетки могут так воздействовать на мезенхимальные клетки, что они превращаются в ткани зуба.
Более поздние эксперименты доказали, что даже отделенные друг от друга эпителиальные и мезенхимальные клетки можно воссоединить в лаборатории и создать маленькие структуры, подобные зубу, известные под названием органоиды. Органоид проходит все стадии роста реального зуба и в итоге формирует эмаль, дентин и поддерживающие структуры.
Ученые обнаружили, что даже взрослые стволовые клетки могут присоединиться к этому процессу. Например, группа исследователей использовала мезенхимальные клетки костного мозга, соединив их с ранним дентальным эпителием, для создания зуба в лабораторных условиях. Еще одна команда показала, что клетки эпителия человеческих десен реагируют на сигналы мышиных дентальных мезенхимальных клеток и начинают формировать зубы.
Все эти открытия, однако, еще не гарантировали успеха. Дело в том, что клетки должны жить внутри материалов, которые позволяли бы им взаимодействовать с высокой точностью. В процессе поиска такими материалами оказались гидрогели.
В нужное время в нужном месте
Биоматериалы для инженеринга зубов должны не просто удерживать клетки вместе, но и помогать их общению. Для этой цели тестировались такие материалы, как полигликоевая кислота, полимолочная кислота, матригель и другие, похожие на них. Однако нужен был такой материал, который обладал бы способностью к тонкой настройке физических и механических параметров, не ограничивая возможность ученых контролировать процесс создания зуба.
В прорывном исследовании ученые создали материалы-гидрогели, которые позволяют двум химическим агентам соединиться в естественных условиях без вмешательства в клеточные процессы. Для этого они использовали желатин, безопасную и легкую для работы с ней форму коллагена. При помощи его модификации двумя другими химическими агентами они смогли точно настраивать параметры гидрогеля. Эта возможность является критически важной, поскольку поведение клеток в трехмерных культурах очень чувствительно к среде.
Клетки зубных тканей должны не просто взаимодействовать, но делать это в строго определенное время и в определенном месте. Более ранние попытки вырастить зуб при помощи биоинженерии были не особенно удачными, потому что клетки получали все сигналы одновременно, что нарушало естественный процесс их роста.
На этот раз британские исследователи создали такой тип гидрогеля, который медленно и постепенно посылает молекулярные сигналы, которые с большой точностью воспроизводят то, как между собой коммуницируют клетки в процессе естественного формирования зуба. Такой гидрогель команда Королевского колледжа создала совместно с Колледжем империал. По словам одного из исследователей Сюэчен Чжан, ученые создали матрицу, в которой стала возможна самоорганизация клеток и их созревание в соответствии со стадиями естественного процесса.
Имплантировать выращенное или выращивать на месте?
Сегодня ученые в принципе научились создавать органоиды зубов в лаборатории, но это только первая часть стоящей перед ними задачи. Следующий этап – придумать, как зуб займет нужное место во рту пациента.
Ученые рассматривают две основные стратегии. Первая – это трансплантация дентальных клеток на очень ранней стадии в челюсть пациента, где он продолжит расти. Вторая стратегия – вырастить целый зуб, а затем имплантировать его.
Оба метода требуют запуска развития зуба в лабораторных условиях, регулируемых извне. Уже сегодня исследователи демонстрируют многообещающие результаты такого рода работы, однако процесс требует усовершенствования.
Первая стратегия выглядит особенно впечатляющей, потому что в этом случае интеграция зуба и челюсти пациента произойдет естественным образом. В отличие от пломб, протезов и имплантатов он сможет расти, адаптироваться и даже самостоятельно восстанавливаться, как это делают обычные зубы.
Нам не придется больше волноваться о постепенном расшатывании имплантатов или повторных хирургических вмешательствах: корневая система обеспечит прочность, а способность зуба максимально точно интегрироваться в челюсть – удобство и долговечность.
Как говорит заведующая отделом регенеративной стоматологии Королевского колледжа доктор Ана Ангелова-Вольпони, по мере прогресса в этой области стоматология будет переживать поистине революционные изменения. По оценкам экспертов, применение биопломб, то есть заполнение образовавшихся полостей в зубе в результате кариеса живыми растущими тканями, получит применение уже в ближайшие 10–15 лет.
Есть одна проблема, но…
Проблема заключается в том, что в лабораторных экспериментах британские ученые применяли мышиные мезенхимальные клетки, однако для выращивания зубов для конкретного человеческого пациента к клеткам его собственного эпителия необходимо будет добавить человеческие же мезенхимальные клетки, которые не так просто добыть.
Ученые, однако, настроены оптимистично. «Сейчас мы работаем над тем, чтобы найти простой способ получения мезенхимальных клеток», – говорит профессор Шарп. А кроме того, его команда надеется создать технологию, которая в итоге станет альтернативой искусственным пломбам и имплантатам, не превышая их цены.
Такие животные, как акулы и слоны, обладают способностью выращивать новые зубы взамен утраченных, и благодаря прогрессу науки и техники, человек однажды может получить то же преимущество, считают ученые.
Источник:
Scientists grow real teeth in the lab – replacing fillings and implants
Коллажи Дмитрия ПЕТРОВА
