Зубы из пробирки – вымысел или реальность? (Tеst-Tube Teеth)

На первый, скорее всего невнимательный взгляд человека зуб может оказаться слишком простым устройством. На самом то деле все не так просто. А еще очевидна закономерность – если специалисты найдут способы конструирования полноценный замены натуральных зубов, создание замены других утраченных органов не составит труда.

 Острая потребность в ЗУБНОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Чем лучше можно заменить утрату, как не полноценно идентичной заменой? Все рано или поздно теряют зубы. Разрабатывая всевозможные варианты замены зубов ведущие стоматологи разбирая тканевую инженерию углубляются в процессы, которые происходят на эмбриональном уровне. Таким методом, можно создать зуб из раннее существующих клеток и тканей или выращивание новых клеток на основании старых. Такие опыты уже дали положительный результат и с помощью таких методов уже были развиты правильные в отношении структуры зубов. Не до конца решенными остаются вопросы, касающиеся развития корня зуба и идеального исходного материала, но и прогресс не останавливается, так что не удивляйтесь, если зуб будет первым в мире органом, который специалисты получили из пробирки.

Немного про авторов идеи: 

Пол Шарп (Pаul Т. Shаrpe) и Конан Янг (Cоnan S. Yоung) первы раз познакомились два года тому назад на встрече по биологии и инжинерии зубов и костей. Шарп, являясь профессором Королевского колледжа (Лондон), руководит отделом по исследованию развития лицевой зоны головы в госпитале Гая в Лондоне. В 2002 году он сделал биотехнологическую компанию Odоntis Ltd, основным ракурсом работы которой стало развитие зубов, а также костей человека способом повторение процессов их формирования у эмбриона. Янг преподает в Гарвардской стоматологической школе и представляет из себя штатного научного сотрудника Института Форсайта в Бостоне. Он работает конструированием зубов с применением биодеградируемых каркасов.

Какие только можно проблемы с зубами появляются у людей всех возрастов. По известной статистике, всего лишь к 17 годам 7 % людей теряют два зуба, а после 50 лет вообще лишаются в среднем 12 зубов. Самой идеальной заменой мог бы стать зуб, который был бы выращен на том же самом месте в ротовой полости, и из личных тканей пациента. На протяжении многих лет врачи просто предполагали, что так может быть и мечтали о прогрессирующем развитии этой области. Не так давно ситуация поменялась. Этой темой заинтересовались многие специалисты, что подтолкнуло долгий процесс развития зашевелиться быстрее. Суть исследований сосредоточилась на самых первых этапов формирования зубов. Все эти исследования и процедуры несут в себе очень много положительных факторов, и его продуктивное развитие позволит решить проблемы не только с зубами, но и с остальными органами. Зубы в этом деле играют замечательную роль испытательного полигона – они не настолько необходимы для функционирования организма в целом, и не представляют из себя незаменимые жизненно важные органы. Поэтому небольшая своего рода неудача не грозит чересчур катастрофическими последствиями. Именно практика во время операций на зубах может проложить путь к проведению аналогичных операций на тех органах, где ошибка врача недопустима.

.Все о чем говорилось раньше, вовсе не значит, что зубная инженерия простое дело. Развитие зуба просто идет своим ходом. А вот врачам и специалистам из области тканевой инженерии необходимо приложить массу усилий, для того чтобы заметить самые раннее этапы развития зачатка зуба и потом все детально воспроизвести. Для начала, разберемся в том, что происходит во время роста по природе.

Важные переговоры

Эмбрион на шестой неделе развития совсем крошечный – он не превышает длину в 2,5 см. Очертание его форм едва заметны. Но клетки его не перестают обмениваться информацией относительно формирования зубов в том числе. Этот процесс передачи сигналов слишком сложен, поэтому невозможно вырастить органы от начала и до конца in vitro. Вряд ли ученым вообще когда-нибудь удастся полностью отобразить процесс формирования тканей. Но все-таки не стоит останавливаться в познаниях образования тканей, ведь это позволит скорее создать ростки зубов. Имплантировать их в организм и позволить нормально развиваться. Благодаря взаимному развитию эпителиальных и мезенхимных клеток протекает зарождение зубных начатков. В первых этапах развития эпителиальные клетки посылают своеобразные сигналы мезенхимическим клеткам о том. Что пора начинать одонтогенез – процесс формирования зубов. Сигнал положительно воспринимается, и процесс начинает свое движение – информация переходит по специальным каналам, что позволяет развиваться зачаткам зубов.

На первых порах будущий зуб имеет из себя не более чем уплотненный эпителия ротовой полости. Из него пройдя вглубь мезенхимы врастает пласт эпителиальный, вокруг которого происходит уплотнение. И лишь через 7 недель развития появится зачаток зуба. Прорастая глубже и глубже он занимает форму перевернутой вверх дном чаши. Именно из клеток мезенхимы формируется в последствии все внутреннее части зуба: дентин, пульпа, периодонтальная связка, цемент и многое другое. Из сотрудничающих с мезенхимой эпителиальных клеток формируется наружная часть, которая прорезывается на 6-8 месяц рождения ребенка.

Разные гены отвечают за то, какой именно вырастет зуб, и где он будет находиться.

Так, гомеобокс-ген Bаrx1 экспрессируется в тех клетках мезенхимы, где в будущем появятся моляры. В ходе испытаний на животных ученые принудили этот ген вырасти там, где  на самом деле должен был быть резец.

Интересно, что у человека на формирование зуба уходит 14 месяце. Поистине, это дизайнерское чудо великолепного мастера. При процессе образования зуба учувствуют две ткани, а врачам так и остается исследовать этот процесс общения и развития, чтобы потом применять в развитии замен зубов.

ОБРАЗОВАНИЕ ваших ЗУБОВ

Уже в начале 60-х годов в Англии стали проводить первые эксперименты в отношении зубов. Попытки вырастить зуб происходили в желании соединить крошечные кусочки эпителиальной ткани из зачатка взятого у мыши. Всю эту конструкцию помещали в то место. Которое активно снабжалось кровью, либо в другую культурную среду. На этапе, когда должен был образовываться детин и эмаль процесс останавливался и принимал сферу тупика. Казалось нужно просто поместить ткани в челюсть и зуб сможет сам развиться, но нет этого не произошло, так как ткани ротовой полости взрослого человека в корне отличаются от тканей эмбрионального процесса и сигналы, происходящие в этом процессе нельзя назвать адекватными.

Не мало важно также правильное соотношение всевозможных клеток, или же в нем просто не образуются необходимые вещества и материалы, а также структуры. Как уже говорилось, самым лучшим вариантом для источника ненужных тканей и материалов остается сам клиент. Просто организм в таком случае не воспримет их как чужие вещества, и не будет отторгать. Вот три основных условия, выполнение которых будет способствовать правильному развитию процесса зубной инженерии: первое – использование клеток самого пациента, второе – позаботиться о том, чтобы зуб развивался в правильном окружении, для четкого развития прочного корня, и наконец третье – чтобы форма и размеры новой структуры были идентичны натуральной.

Разрушение, ради создания нового

В конце 80-тых годов специалист по трансплантации органов Джозеф Ваканти ( Jоseph P. Vаcant i) из Гарвардской медицинской школы и химик-полимерщик Роберт Лангер (Rоbe r t S . Lаnger) из Массачусетского технологического института занялись интересным экспериментом. Они посчитали, что так как клетки все время обмениваются важной информацией, то если поместить их в подходящую сферу с нужными условиями, они смогут сориентироваться и воссоздать необходимый орган.

Эксперименты данных ученых оказались достаточно успешными,  для того чтобы подтолкнуть новую волну аналогичных исследований и экспериментов для другого рода  органов, уже более сложных – сердечной мышцы, костных тканей и зубов. В 2000 году Памела Йелик (Pamеla C. Yеlick) и Джон Бартлет ( Jоhn D. Bartlеt) из Форсайта в Бостоне попробовали вместе с Ваканти возобновить  зубы свиньи. Просто у свиньи закладываются, как и у человека, два набора зубов.

Зубы маленьких поросят взяли как для образца. Для получения однородной массы их зубы раскрошили как можно мельче и обработали ферментами. Также был изготовлен каркас в форме зуба. И был покрыт специальными  веществами с  адгезивными свойствами. Затем в специальную емкость поместили набор клеток, а затем имплантировали его в крысу, точнее в ее сальник (место, хорошо обогащаемое кровью). Выбор самого места трансплантации важен, так как очень важны питательные вещества и кислород, от этого напрямую зависит благополучное развитие и прививание имплантата

После некоторого времени прошедшего после операции, каркас рассосался, а вместо него образовалась новая ткань. После 20-30 недель появилась структура, схожая с настоящим зубом. Результаты не заставили себя ждать – тщательное исследование показало, что зубы развивались активно и благополучно.  Для точного подтверждения был проведен такой же эксперимент, который снова оправдал надежды. Данные результаты показали, что данное направление развивается не напрасно, и может принести много пользы.

В институте Форнсайта научились воссоздавать большое количество тканей зубов, практикуя в качестве исходного материала подходящие клеточные ткани уже развитого организма. Но если предоставить их саморазвитию, то правильно они разовьются, лишь на 15- 20 %. Поэтому продолжают ученые работать над созданием правильной подходящей матрице, для размещения различных клеток c нуля

В Королевском колледже Шарп и его коллеги пробуют воспроизвести рост зуба с эмбрионального уровня. Для этого просто необходимо проследить за первыми этапами эмбрионального развития. Исходным материалом для продвижения исследований служат клетки эмбрионов мышц и взрослых особей. Только с их помощью можно точно выяснить роль клеток разного типа в самом процессе развития. Исследования показали, что можно заменить клетки мезенхимы стволовыми.

Замена эпителиальных клеток происходит намного сложнее. Дело состоит в том, что состав сигнальных молекул  уникален. Пытаются специалисты найти подходящую замену. Результаты положительно обнадеживают, но требуют дальнейшего развития.

Шарп изъял зачатки эмбрионов мышей и переместил их в мягкую ткань верхней челюсти взрослого животного посреди резцов, где зубы расти не должны. Фиксация трансплантата произошла с помощью клея. После операции мышам давали только мягкую пищу. Через всего лишь 3 дня прорезались зубы. Рост происходил в правильном направлении, имели правильный размер и прикреплялись к кости с помощью мягкой соединительной ткани.

Поэтому можно сделать вывод, что условия, при котором развивается зачаток зуба является приемлемым для полноценного развития зуба. Но это не исключает всевозможных поворотов на пути выращивания человеческого зуба.

Перспективы для развития

Конструирование зубов требует гораздо меньше времени, чем для создания замены других органов. Простота методов отслеживания процесса роста остается пока еще проблемой. Другая раннее непосильная задача – предсказывание размеров и контроль форм —  уже на этапе решения. Разные зачатки резцов и маляров  легко различимы, поэтому сложности в этом нет.

Формирующиеся зубы у взрослых мышей, за основу которых были трансплантированные зачатки, выросли соответственно исходно запланированной форме. Это красноречиво говорит о том, что информация про то, каким будет зуб заложена в самом начале. Только хорошо разобравшись в самой природе формообразующих сигналов специалист может эффективно использовать при разработках для конструирования замены зубов.

К сожалению, все зубы, которые были выращены в  лабораторных условиях, не имели при себе полноценных корней, они образуются только в последнюю очередь, в процессе прорезывания зубов.  Один лишь нечеткий момент – сколько же надо времени на то, чтобы у человека вырос из имплантата полноценный зуб. Широко известно, что и первый и второй зубной набор закладывается в момент эмбрионального развития, а прорезаются на 6 или 7 году жизни, а зубы мудрости аж на 20 –том. Исследования и опыты на животных показывают, что в случае с трансплантатами процесс развития происходит намного быстрее. Но четко сказать, когда завершается процесс развития и полное затвердение эмали.

Задача не из простых найти очень доступный источник клеток пациента, которые идеально подходили бы для будущего зуба. Помимо того, что протезы должны обладать такими же функциями, они должны также не вызывать иммунного ответа. Шарп со своими сотрудниками выяснил, что эмбриональные клетки легко заменить на стволовые.  Но заменитель пока еще не идентифицирован. Имеет место вариант, что стволовые клетки можно найти в других тканях развитого организма, которые имеют эпителиальное развитие. Есть шанс генетически изменить клетки так, чтобы была возможность индуцировать сигналы к одогенезу.

Сами зубы являются самым подходящим источником нужных клеток. Скорее всего, они просто имеют стволовые клетки, которые и могут давать начало всевозможным тканям зуба и эмали. Происходит естественная регенерация дентина, и других тканей. Это позволяет сделать предположение что когда-нибудь новые зубы будут строить путем восстановления и перекройки старых зубов.

 

 

 

 


Комментарии: