Как ученые выращивают зубы

Альтернативные способы восстановления зубов ученые ищут уже несколько десятилетий. Один из них — тканевая инженерия.

Это направление стремительно развивается и дает надежду на то, что вместо пораженных и утраченных зубов можно будет вырастить новые полноценные коренные зубы, не прибегая к установке имплантов или протезированию. Но обо всем по порядку. 

Зубы появляются в ходе эмбрионального развития человека — удивительного процесса, при котором из одной-единственной клетки формируется полноценный организм. 

Начинается все с оплодотворенной яйцеклетки, которая активно делится. По мере развития клетки формируют три основных слоя: энтодерму, мезодерму и эктодерму. Каждый из этих слоев дает начало определенным тканям и органам взрослого организма. 

Ученые выяснили, что клетки, которые участвуют в развитии зуба, обладают одонтогенной компетентностью — способностью превращаться непосредственно в клетки зуба. Это значит, что такие клетки на генетическом уровне обладают необходимым «оборудованием» для того, чтобы развиться в различные структуры зуба — эмаль, дентин и пульпу.

Стволовые клетки — недифференцированные клетки, которые могут самообновляться, делиться и превращаться в любые клетки различных органов и тканей. Они бывают эмбриональные и взрослые — постнатальные, в зависимости от того, на каком этапе жизненного цикла организма они образуются и функционируют.

В организме взрослого человека постнатальные стволовые клетки обнаруживаются в различных тканях — костном мозге, кровеносных сосудах, печени, коже, жировой ткани, а также в тканях зуба — дентальные стволовые клетки. Дентальные стволовые клетки используются для создания искусственного зуба.

А еще ученые изучают, как можно превратить другие взрослые стволовые клетки организма в дентальные, чтобы использовать их для создания искусственных зубов. Для этого используют вирусы и химические вещества. На сегодняшний день этот способ выглядит многообещающим. 

Рецепт по созданию зуба упрощенно выглядит так: 

Создать искусственный зуб, максимально приближенный к настоящему, довольно сложно. А все потому, что родные зубы содержат клетки иммунной системы — макрофаги, лимфоциты, нейтрофилы, а еще — рецепторы температуры и давления. Эти образования эмбрионально развиваются из разных тканей, поэтому нужно точно понимать, как соединить их, чтобы они могли работать совместно и выполнять свои функции в составе искусственного зуба.

Существует несколько методов выращивания новых зубов, которые находятся на разных стадиях исследования и разработки. Методы можно разделить на наружные и внутренние в зависимости от того, где происходит процесс формирования зуба. Вот несколько примеров:

Наружный с помощью биопечати

Новый зуб полностью выращивается вне организма из специального каркаса, напечатанного на 3D-принтере, и затем имплантируется в ротовую полость.

Этот вариант пока не позволяет полностью повторить все особенности настоящего зуба. То есть получается нечто схожее по структуре, но цвет и форма могут отличаться. Это может вызвать трудности с имплантацией и приживлением. 

Внутренний с помощью тканевой инженерии

Новый зуб растет непосредственно в ротовой полости из подсаженного биоинженерного зачатка. 

Например, японским ученым удалось вырастить зубной зачаток, который состоит из дентина, пульпы и эмали, а также обладает сосудами и периодонтальными тканями. Его подсадили мыши в лунку, откуда был извлечен родной зуб. По прошествии двух недель новый зуб хорошо прижился, начал расти и функционировать. Он не отличался по прочности, строению и внешнему виду от природных зубов мыши. Но у грызунов, в отличие от человека, в зубах изначально больше стволовых клеток, и они постоянно делятся.

Внутренний с помощью молекулярной инженерии

Еще один способ вырастить новый зуб — «выключить»‎ гены USAG-1, SPRY2 или SPRY4, которые блокируют рост новых зубов. Оказалось, что при «выключении» этих генов у грызунов вырастали дополнительные зубы. 

Предполагается, что можно воссоздать зуб там, где он выпал или не вырос. Для этого в лунку — место, где должен быть зуб, — вводят особую смесь. В ней содержатся вещества, которые «выключают» гены, а также особые клетки, которые помогут сформировать новый зуб. Таким образом, процесс роста зуба может начаться снова.

Исследования по выращиванию зубов успешно проходят на животных. С человеческими зубами дело обстоит сложнее, но ученые работают над тем, чтобы восстановить если не весь зуб целиком, то хотя бы его отдельные компоненты.

Для восстановления эмали, дентина, пульпы, периодонта — пространства между зубом и костью челюсти — нужны стволовые клетки. Они содержатся в пульпе, и чтобы их извлечь, нужно зуб удалить, а это не самый приятный вариант. Также стволовые клетки есть в молочных зубах, и их даже можно на какой-то срок заморозить. Но пока эти методы находятся на стадии разработки.

На сегодняшний день перед учеными стоит много вопросов: 

Несмотря на все эти сложности, терапия стволовыми клетками очень перспективна и проводимые клинические исследования дают многообещающие результаты.