Зубы
являются комплексным органом состоящим, по меньшей мере, из двух разных твердых
тканей: дентина и эмали, которая образует при посредстве периодонта связь с
костью челюсти.
В
эмбриональном периоде зубы формируются из эктодермы путем взаимодействия между
эпителиальными клетками эктодермы и клетками мезенхимы из черепной нервной цепочки
параллельной спинному мозгу.
Эпителиальные клетки дают начало амелобластам зубной эмали, а мезенхимальные
клетки формируют одонтобласты дентина,
клетки пульпы, связки периодонта. Таким
образом, для развития зуба требуется взаимодействие двух типов клеток: эпителиальных и мезенхимальных ([i]).
Важно
отметить, что зубы содержат активно пролиферирующие популяции стволовых клеток,
которые не трудно выделить из выпавших или вырванных зубов. Легче всего
стволовые клетки выделить из пульпы коренных зубов ([ii]). Разработаны методы длительного
культивирования и размножения таких стволовых клеток ([iii]).
Для
запуска процесса формирования зуба требуется воздействие эпителиальных
стволовых клеток на стволовые клетки мезенхимы ([iv]) Однако при этом очень важно правильно
подобрать линии стволовых клеток, так как не все линии пригодны для выращивания
зубов методами биоинженерии ([v])
Группа
японских ученых под руководством Такаши Тсуджи (Takashi Tsuji) сумела вырастить из стволовых клеток
мыши полностью функциональные зубы. Для этого они выделили из коренных зубов
мыши два типа стволовых клеток: одонтогенные эпителиальные и мезенхимальные
клетки [[vi]]
и после 5 дневной инкубации в культуре in vitro для размножения, поместили их в
изготовленную из пластика специальную кольцевую структуру, воспроизводящую
форму и размеры зуба [[vii]].
Форму вместе со стволовыми клетками поместили под оболочкой почки живой мыши.
Таким образом, почка стала выполнять роль инкубатора, обеспечивающего форму,
превратившуюся в небольшой биореактор,
необходимым теплом, влагой, питательными веществами. Кроме того почка, обладая системой
очистки крови, выполняла роль системы для удаления токсичных продуктов
жизнедеятельности растущих стволовых клеток. Зачаток зуба, сформировавшийся за
50-70 дней, трансплантировали в нижнюю челюсть одномесячной мыши. По прошествии
40 дней в этот зачаток проросли ткани челюсти, в том числе нервные волокна.
Исследователи отмечают что животное не испытывает трудностей при еде – зубы
исправно служили и при кусании и при пережевывании пищи [[viii]],
Следует
отметить, что скорость роста зубов у мышей в десятки раз превышает скорость
роста зубов у человека, поэтому вырастить человеческий зуб (например, в почке
свиньи) намного сложней [[ix]].
Профессор Такаши
Тсуджи собирается таким же образом выращивать волосяные луковицы [[x]].
[i] Tucker A., Sharpe P. (2004) The cutting-edge of mammalian
development: how the embryo makes teeth.Nat. Rev. ; 5: 499–508.
[ii] Balic
A. Characterization of stem and progenitor cells in the dental pulp of erupted
and unerupted murine molars. Bone. 2010;46:1639–1651.
[iii] Govindasamy
V. Micromanipulation of culture niche permits long-term expansion of dental
pulp stem cells-an economic and commercial angle. In Vitro Cell Dev. Biol.
Anim. 2010;46:764–773
[iv] Takahashi C. Newly established cell
lines from mouse oral epithelium regenerate teeth when combined with dental
mesenchyme. In Vitro Cell Dev. Biol. Anim. 2010;46:457–468
[v] Keller L, Kuchler-Bopp S,
Mendoza SA, Poliard A and Lesot H (2011) Tooth engineering: searching for
dental mesenchymal cells sources. Front. Physio. 2:7. doi:
10.3389/fphys.2011.00007
[vi] Nakao
K, Morita R, Saji Y, Ishida K, Tomita Y, et al. (2007) The development of
a bioengineered organ germ method. Nat Methods 4: 227–230
[vii] Ikeda
E, Morita R, Nakao K, Ishida K, Nakamura T, et al. (2009) Fully functional bioengineered tooth
replacement as an organ replacement therapy. Proc Natl Acad Sci U S A 106:
13475–13480
[viii] Oshima
M, Mizuno M, Imamura A, Ogawa M, Yasukawa M, et al. (2011) Functional Tooth
Regeneration Using a Bioengineered Tooth Unit as a Mature Organ Replacement
Regenerative Therapy. PLoS ONE 6(7): e21531. doi:10.1371/journal.pone.0021531
[ix] Ana Angelova Volponi, Yvonne Pang, and Paul T. Sharpe
Stem
cell-based biological tooth repair and regeneration Trends Cell
Biol. 2010 December; 20-206(12-6): 715–722.
doi: 10.1016/j.tcb.2010.09.012
[x] Zheng Y, Du X, Wang W,
Boucher M, Parimoo S, et al. (2005) Organogenesis from dissociated cells: generation of mature
cycling hair follicles from skin-derived cells. J Invest Dermatol 124: 867–876.
|