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.
Тринадцать пациентов получили альтернативную терапию, и результаты обнадеживают. Диабет и аутоиммунные заболевания Эффективность использования взрослых стволовых клеток для борьбы с нарушениями, вызванными собственными иммунными системами пациентов, уже тестируется в Бразилии. До приема терапии, вводимой внутривенно и с клетками, ранее удаляемыми самими пациентами, участники исследования проходили сеансы химиотерапии или лучевой терапии для устранения клеток системы защиты организма, ответственных за запуск аутоиммунных заболеваний, «Было пять смертей людей с ревматическими заболеваниями и четырьмя рассеянным склерозом из-за осложнений, обычно инфекционных, терапии», - говорит Вольтарелли. «Среди диабетиков не было смертей».
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».
У пациентов, которые выжили, улучшилось или болезнь стабилизировалась, показание о том, что стволовые клетки помогли восстановить здоровую иммунную систему. По крайней мере у животных, производство собак или моляров практически реальность. Исследователи способствовали росту клеток в богатой среде в биополимере и имплантировали их в очень васкуляризованный участок живота животных. Через три месяца там начали образовываться зубные коронки. До этого исследования группа исследователей из-за рубежа делала то же самое, только у свиней.
В сотрудничестве с учеными в Институте Бостона Форсайт и Массачусетской общей больнице эксперимент с грызунами был проведен в течение учебного сезона бразильцев в Соединенных Штатах Америки и получил патент на многонациональную команду. Следующий шаг - попытаться вырастить даже у грызунов взрослые клетки, взятые из человеческих зубов. «Мы будем исчерпывать все исследования животных, прежде чем мы начнем тестирование с людьми», - говорит Сильвио. В Швеции ученые отменили симптомы Паркинсона, используя редкую и противоречивую структуру биологического материала, стволовые клетки, извлеченные из прерванных плодов, которые имеют способность трансформироваться в нейроны.
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.
Поэтому наука ищет другие источники стволовых клеток, одинаково способных превращаться в клетки мозга. Это произошло, но количество полученных нейронов, малое, не возбуждало его. Этот материал не подходит для создания нервных клеток, - говорит Мелло, который планирует работать в краткосрочной перспективе с человеческой эмбриональной клеточной линией, импортированной из Соединенных Штатов. Она извлекала нервные стволовые клетки от мышей и мышей и выращивала их, чтобы стать нейронами.
С эмбриональными стволовыми клетками получение нейронов может быть более быстрым процессом. Результат с первым пациентом был хорошим. «Теперь мы проверим терапию еще на 25 человек», - говорит Розалия. Он также знает, как извлекать мезенхимальные клетки из разных источников. «Он способен удалять эти клетки из вены и артерий и из пуповинной крови», - говорит координатор центра Заго. Одна из основных целей его исследований - сопоставить, какие гены активируются в процессе трансформации стволовых клеток костного мозга в более специализированные ткани.
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».
Основные исследования являются дорогостоящими, трудоемкими, сложными. Иногда спорный, так как в случае стволовых клеток, взятых из человеческих эмбрионов, или без ожидаемых результатов априори. Но без инвестиций в науку вы даже не получите новых методов лечения. Пример того, что стоит вкладывать в прогресс знаний? В прошлом месяце ученые из Университета Висконсина снова разработали способ выращивания эмбриональных стволовых клеток человеческого происхождения без необходимости поддерживать их в контакте с биологическим материалом, извлеченным из мышей.
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.
Важным шагом для создания линий эмбриональных клеток, не зараженных клетками животных, является условием, необходимым для их использования у людей. Разделение клеток Некоторые страны недавно создали законы, устанавливающие правила исследования стволовых клеток, извлеченных из эмбрионов человека, и так называемое терапевтическое клонирование. Вот как восемь стран рассматривают этот вопрос.
Он также разрешает терапевтическое клонирование при условии, что от эмбрионов не более 14 дней жизни. Две команды уже получили зеленый свет, чтобы клонировать человеческие эмбрионы в терапевтических целях. Утверждены исследования эмбрионов и терапевтическое клонирование. Япония Несмотря на отсутствие закона, регулирующего этот вопрос, министерство здравоохранения санкционировало в июле прошлого года исследования с эмбриональными клетками и терапевтическое клонирование.
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.
Бразилия Закон о биобезопасности легализует исследование эмбриональных стволовых клеток, если он извлекается из избыточных эмбрионов, не используемых для репродуктивных целей парами с проблемами бесплодия, при условии, что они были заморожены на три года. Это требует согласия пары, которая породила эмбрионы, чтобы они были предназначены для науки. Другим зародышам для размножения человека также могут быть исследования. Терапевтическое клонирование запрещено.
Но государства имеют автономию для создания своих собственных законов, и частное предприятие также может играть в исследования. Терапевтическое клонирование остается вето. Германия Авторизируется исследование эмбриональных стволовых клеток при условии, что исследуемые линии были доставлены из-за границы и были созданы до 1 января 2007 года. Необходимо запросить авторизацию для импорта линий. Строго говоря, закон не позволяет развивать эту область исследований.
«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.
Замена одного зуба другим без использования протеза может стать возможной
Португалия Существует правовой вакуум по этому вопросу. На практике исследование эмбриональных стволовых клеток не разрешено. Согласно региональному ежедневному Ла-Провансу, объявление, сделанное в четверг, 11 марта, профессором Имадом Оганом, исследователем факультета Одонтологии в Марселе, имеет что-то, что может вызвать острые ощущения у стоматологов. Благодаря развитию биологических зубов из стволовых клеток, содержащихся в зубной пульпе, в будущем могут исчезнуть недостающие зубы. Точно так же «больной» зуб мог бы самовосстанавливаться, например, в случае кариеса, стволовая клетка уже позволяет регенерировать недостающую ткань, дентин.
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.
Успехи в стоматологии также «исключительны» в Японии, объясняет профессор факультета Марселя. Всего за четыре года команде исследователей удалось собрать два типа клеток, необходимых для развития зуба, и прививку «зубного»эмбриона в рот мыши. «Совершенно здоровый зуб».
В долгосрочной перспективе другие эксперименты, основанные на стволовых клетках, содержащихся в зубной пульпе, должны выполняться, потому что мы знаем, что содержащиеся в зубной пульпе также присутствуют в костях, сосудах, нейронах. Мы уже можем восстановить костную ткань из этих клеток, - говорит исследователь.
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.
На этот раз они сделали крупное открытие, что все взрослые действительно хотят верить: естественная сила ремонта зубов. Когда появляется зубная травма - кариес, неактивные стволовые клетки пульпы пробуждаются, чтобы попытаться отремонтировать зуб, не зная процесса, и именно эти знаменитые стволовые клетки были предметом работы парижской команды. Исследователям удалось извлечь и выделить эти стволовые клетки, работая на молярной пульпе мышей. Затем они смогли точно их проанализировать и идентифицировать на их поверхности пять специфических рецепторов допамина и серотонина.
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.
По их мнению, наличие этих рецепторов на поверхности этих стволовых клеток указывает на то, что они могли реагировать на присутствие дофамина и серотонина в случае травмы, и клетки из источника этих нейротрансмиттеров должны были быть идентифицированы.
Наконец, тромбоциты крови ответственны за высвобождение большого количества серотонина и допамина, когда они активируются зубом. Эти высвобожденные нейротрансмиттеры затем вербуют стволовые клетки для восстановления зуба, присоединяясь к их Парижская команда смогла подтвердить этот результат, заметив отсутствие стоматологического ремонта у грызунов, модифицированные тромбоциты не производят серотонин или дофамин, то есть в отсутствие сигнала.
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.
Затем исследователям удалось выделить пять рецепторов. Четыре очень вовлечены в процесс ремонта, и блокировки только одного из них достаточно, чтобы предотвратить восстановление зубов у мышей. В настоящее время стоматологи используют только наполнители, чтобы «закупорить отверстия»после уничтожения присутствующих бактерий, - сожалеет Одилли Келлерманн. Наши результаты позволяют рассмотреть новые стратегии, которые будут направлены на мобилизацию резидентных стволовых клеток целлюлозы, чтобы усилить их естественную способность восстанавливать зубы, чтобы стимулировать их, не прибегая к амальгаме.
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 .
Остается подтвердить эти результаты у людей. Кэтрин Шоссейн: Когда стоматолог лечит глубокий распад, может случиться, что в мякоти есть травма, которая может привести к некрозу и последующей эндодонтической обработке. Или у девитализированного зуба риск перелома и реинфекции более важен. В стоматологической целлюлозе имеются дремлющие мезенхимальные стволовые клетки, и идея заключается в том, чтобы стимулировать их как можно быстрее восстановить нарушение.
На протяжении многих лет стоматологи использовали для стилизации материалы, такие как гидроксид кальция. В последнее время были введены более высокоэффективные биомассы моделирования на основе трикальцийфосфата, которые индуцируют быстрое образование превосходных мостов для ремонта дентина. Американские ученые сказали себе, что вместо того, чтобы ставить обычные стилистические материалы, возможно, стимулируя свет, мы значительно ускорим реконструкцию. Они показали, какие молекулярные пути активированы, и доказывают, что когда клетки обрабатываются, маркеры дифференцирования выражаются быстрее.
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.
С помощью этого метода мы активируем, но не реализуем. Разница заключается в том, что они предлагают обработать повреждение пульпы лазером, настроенным на определенную длину волны, чтобы стимулировать стволовые клетки пульпы вместо того, чтобы помещать материал для укладки. Это новинка, но это не революция, они тестируют их лечение на клетках пульпы в культуре и в модели повреждения пульпы у крысы. Их работа в конечном счете показывает увеличение скорости ремонта у грызунов, но это не Однако они не имеют лучшего качества, и то, что они получают от грызунов, не очень впечатляет.
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.
Человеческий организм уникален и сложен. На протяжении жизни у нас растут волосы и ногти, восстанавливаются клетки некоторых органов, например, желудка, кожных покровов, печени и даже костей. Но, думается, все мы с горечью сетовали, что у одного из важнейших компонентов тела – зубов – не предусмотрена возможность возобновляться. Да, конечно, непригодные для жизнедеятельности костные образования сегодня заменяются протезами или имплантатами. Однако они несравнимы с настоящими, подаренными нам природой зубами. На помощь человеку приходит наука, как бы это не звучало банально.
Учеными подсчитано, что за 50 прожитых лет мы лишаемся примерно 8 зубов. Основной причиной их потери является кариес, чаще всего приводящий к удалению этого твердого образования. Поставленные пломбы или протезы не отличаются долговечностью, и поддаются разрушению. Совсем другое дело, когда на месте старого появляется новый свой зубик, белый и красивый. Как же вырастить новые зубы вместо удаленных зубов? Такой проблемой основательно занимаются современные биоинженеры, целью которых является воссоздание зубного материала. Предполагается, что технологией выращивания зубов у человека, мир овладеет в ближайшем будущем. Пока же она находится на стадии совершенствования. Разрабатывается ряд технологий.
Положительными результатами могут «похвастать» следующие методы:
Создание зубов с помощью изменения генов. Каждый из нас прошел стадию смены молочных временных зубов на постоянные. После выпадения первых, их место занимают коренные. Ученых генетиков заинтересовал этот процесс, и они занялись поиском гена, отвечающего за рост и формирование зубной ткани, а так же за прекращение их развития. Если бы такого гена не было, то у нас был бы не один зубной ряд, а, как у акулы – несколько сменяемых. Экспериментальным путем генетикам удалось удалить у мышей такой ген. У подопытных животных стали отрастать новые зубки.
Выращивание зубной ткани с помощью ультразвука. Считается, что этот достаточно оригинальный метод имеет большой потенциал. Суть его состоит в подаче ультразвуковых импульсов на полое место. Стимуляция челюсти и десны заставляет запустить процесс формирования нового зуба.
Регенерация с помощью лазера. Влияние лазерного излучения на стволовые клетки дало возможность активировать их рост, благодаря чему зубной материал начинает восстанавливаться и образуется новый.
Выращивание зубов у человека с использованием стволовых клеток. Сегодня – это, наверное, одна из самых обсуждаемых тем в среде генной индустрии. Известно, что определенные манипуляции со стволовыми клетками позволяют вырастить практически любой орган. Для создания новых зубов могут использоваться клетки, извлекаемые десен или костного мозга. Способы их «добывания» довольно сложны и болезненны. Поэтому о практическом реальном выращивании зубов из стволовых клеток в ближайшем будущем говорить сложно. Однако процесс запущен, и за последние годы ученые выработали несколько способов «программирования» стволовых клеток, включающих механизм восстановления потерявшего свою функциональность образование:
- Внутренний. Взяв за основу стволовые клетки молочных зубов, их помещают в нужную полость, где они, начав размножаться, создадут новый зуб месяца через 2-3.
- Внешний. Напоминает выращивание в пробирке. Одними из первых удачные опыты провели японские ученые, которые смогли заменить настоящий орган искусственным. Были взяты специальные клетки. Их поместили в коллагеновый каркас, затем перенесли в органную среду или в капсулу-пробирку. За две недели сформировалась полноценное образование, структурированное из всех составляющих тканей. Имплантат, помещенный в ротовую полость исследуемой мыши, хорошо прижился и отлично функционировал.
Несмотря на открывающиеся перспективы,
которые дарит врачам-стоматологам возможность вырастить настоящие зубы заново, специалисты озвучивают рад сопутствующих проблем.
Первая, это как сделать, чтобы стволовые клетки начали делиться в разных направлениях:
а) были определенной формы и конкретного размера;
б) состояли из разных зубных «материалов»
(пульпы, дентина, эмали и проч.).
Вторая, это каким способом вживлять их в рот пациента. Ведь нужно, чтобы они принялись, прижились наряду с настоящими. Третья, как новые имплантаты будут питаться – этот природный механизм еще до конца не изучен.
Оптимизм внушает только та активность, с какой ученые занимаются разработкой и введением новейших технологий. Поэтому все человечество ждет с нетерпением момента, когда они научатся выращивать зубы.
