Изучение эмбриональных клеток с целью создания биоинженерных эквивалентов полноценных зубов

Для успешного развития в области биотехнологий, и для эффективного лечения и протезирования зубов, необходимо правильное представление естественных процессов происходящих внутри клеток на всех стадиях органогенеза. В частности, важно оценить все особенности репаративного и физиологического формирования на разных периодах развития. Наиболее понятны пока процессы, происходящие во время тканевой организации. Стоит признать, что в данный момент оперируя имеющимися сведениями и учитывая современные достижения, полное воссоздание органогенеза в пробирке невозможно. Но при такой динамике открытий, в будущем вероятность такая есть.

Внимания заслуживает изучение искусственных материалов, по своей гистологии, иммунофенотипичности, гистохимическим и функциональным, а также структурным свойствам, напоминающим зубную ткань. Лаборатория K. Nakao один из пионеров по созданию таких эквивалентов.

Природный процесс, стимулирующий рост зуба, вызван взаимодействием двух основных клеток – это клетки эктомезенхимы нейрального гребня и оральные эпителии. Используя этот общеизвестный факт, K. Nakao с соавт. (2007) взяли в качестве исходного материала именно эти два компонента, извлеченные из эмбрионов мышей сроком 14.5 дней, точнее из их резцов. Средой для их развития был выбран каллогеновый гель разной концентрацией (0,5?108 и 5?108 клеток/мл). в базальную и апикальную часть, помещались мезенхимные и эпителиальные клетки соответственно. Некоторые образцы, после двух недель наблюдения, поместили в капсулу мыши на срок в две недели. На тот же срок другие клетки поместили in vitro. Во всех случаях in vivo, ученные наблюдали полноценный и здоровый рост клеток с их здоровым деференцированием и гистогенезом. GFP-меченые клетки помогли выявить развитие компонентов клетки зуба, одонтобластов. Из меземхимальных клеток образовались преиодонтальные связи, а из эпителиальных – амелобпласты. Такие результаты соответствуют сегодняшним основополагающим представлениям о естественных процессах. Интересно, что максимальной эффективности формирования зубной ткани удавалось достичь, беря для культивации клетки более молодых эмбрионов, у поздних образцов, частота образований в разы уменьшалась.

Коллагеновый гель in vitro, тоже послужил отличной средой, о чем говорит большое количество зубных зачатков. Местом их зарождение становился участок между эпителиальными и мезенхимными клетками, процессы наблюдались в течении двух-трех дней. Позже наблюдалась трансформация данных клеток в амелобласты и одонтобласты с формированием межклеточного вещества.

Клетки получение как в среде  in vivo, так и в среде in vitro демонстрировали экспрессию белков эктодина и рецептор эктодисплазана. Схожие процессы наблюдаются при гистогенезе зубной ткани в естественных условиях организма.

Результаты данного исследования натолкнули авторов на вполне закономерную мысль. Они решили проанализировать возможность выращивания зубной ткани в среде ее физиологической локализации. Для лабораторного экспериментального исследования такой возможности, культивированные in vitro на протяжении двух дней почки зубных зачатков, имплантировали двухмесячным мышам в канал удаленного нижнечелюстного резца. Результаты были успешными, у мышей наблюдалось естественное формирование зуба, с развитой правильно гистоархитектоникой, функционирование и разрастание сосудов, нервов, а так же наличие переодонтальной связки.

В обозревателе Nat Methods в 2009 были опубликованы заключение данного эксперимента. Последний этап должен был выявить функциональные способности выращенных таким образом коренных зубов. Важно было то, насколько эти зубы, были схожи с выращенными естественным путем.

Зубные зачатки, выращенные in vitro, имплантировались на место удаленного тремя неделями раньше первого большого коренного зуба в верхней челюсти. Результат был таков: у более чем 55% испытуемых мышей, приблизительно через 36 суток прорезался зуб, а уже чрез две недели оказывался на уровне жевательной поверхности нижнего зуба. На этом этапе, рост останавливался – это доказало восприимчивость выращенного таким образом зуба к механическим воздействиям. Авторы заявляют, что остальные 45% негативных результатов, вызваны трудностями и неточностью микрохирургического вмешательства. Новые зубы ни чем не отличались от остальных, они окружены цементом и периодонтальной связкой. Они имели бугорки на жевательной поверхности, и меньшие коронки в щечноязыковом и переднезаднем направлении.

Было решено провести оценку твердости по методу Кнупа. Для 9-недельных мышей нормой является показатель приблизительно 88 единиц. Твердость биоинженерных зубов как раз была на этом уровне. Вниманию ученных, так же подверглись периодонтальные связки. При нормальных физиологических условиях в области растяжения костной ткани действует остеогенез, а при компрессии – резорбция, вызванная действием остеокластов. Опыты помогли установить, что биоинженерные зубы, подвергаясь механической нагрузке в течении 17 дней, в щечном направлении, сосредоточивают в себе стеокласты, при положительной реакции на тартрат-резистентную кислую фосфатазу. В то время как при тех же условиях, в языковой стороне, они локализуют остеобласты, остеокальцин-позитивные. Таким образом, можно заключить, что в передаче механической нагрузке к костной ткани, играет важную роль переодонтальная связка.

На финальной стадии эксперимента была проведена оценка проводимости ноцицептивной импульсации по нервам пульпы зуба. Это помогла зафиксировать уровень экспрессии нейротрансмиттеров которые принимали участие в восприятии и проведении болевых ощущений, а именно: галанин, пептид, связанный с геном кальцитонина. В ходе исследования был повышен продукции CGRP, и ожидаемый подъем экспрессии галанина.

И так, если подвести итог, то можно сказать, что довольно успешно получилось воспроизвести тканетворение в естественной среде, заменив ее in vitro. Вполне обоснована перспектива развития и применения знаний, полученных при воспроизведении эмбрионального органогенеза с использованием клеток, культивированных in vivo. Удивили результаты трансплантации биоинженерных клеток мышам. Важно сказать, что это исследование, главным образом изучавшее эмбриональные клетки, прежде всего, несет теоретических характер. Оно не применимо для практического использования в клиниках. Прежде всего, оно позволяет глубже понять процесс эмбрионального органо- и гистогинеза.


Комментарии: