Автор фото, BBC/ Serenity Strull
Зубы играют чрезвычайно важную роль для нашего здоровья, но современные методы восстановления утраченных зубов являются временными и несовершенными. А что если бы мы могли отращивать зубы заново?
Это сокращенный перевод статьи, оригинал можно прочитать.
Дело в том, что Руохола-Бейкер принадлежит все большему сообществу ученых во всем мире, использующим возможности регенеративной медицины, чтобы заменить традиционные стоматологические процедуры для миллионов людей, потерявших зубы или страдающих зубной болью.
Если их видение станет реальностью, однажды визит к стоматологу может означать восстановление поврежденных тканей зуба или даже выращивание целого нового зуба, а не его ремонт с помощью искусственных материалов или удаления.
«Когда мы только начинали эту работу, одна вещь стала для меня совершенно очевидной, – говорит Руохола-Бейкер, заместитель директора Института стволовых клеток и регенеративной медицины Вашингтонского университета в США. – Люди готовы к чему-то новому в стоматологии».
Пломбы, которые появляются сами
Зубы – это «ваше окно в мир», говорит Памела Елик, профессор Стоматологической школы Тафтского университета в США.
«Если вы боитесь открыть рот или не можете нормально есть, это запускает очень отрицательную спираль», – добавляет профессор.
Исторически значение того, что «здоровье полости рта является ключом к общему здоровью организма», недооценивали, отмечает Елик. Теперь лучше понимают, что стоматологические проблемы, в частности бактерии, возникающие вследствие заболеваний десен, могут повышать риск сердечно-сосудистых болезней и респираторных инфекций. Их также связывают с болезнью Альцгеймера.
Потеря зубов, в свою очередь, ассоциируется с более высоким уровнем заболеваемости и преждевременной смертью. Она влияет на способность человека есть, пережевывать пищу и улыбаться, а также может усугублять социальное и эмоциональное благополучие. Это коварный замкнутый круг, который может начинаться еще в детстве. Кариес является самой распространенной причиной разрушения зубов, как объясняет Профессор оральной биологии Иллинойского университета в Чикаго Энн Джордж.
Зуб состоит из четырех основных слоев: эмали, дентина, цемента и пульпы. Кариес возникает тогда, когда бактерии зубного налета питаются сахарами и производят кислоты, постепенно растворяющие первый защитный слой зуба – эмаль. Под эмалью расположен дентин, более мягкая ткань, менее устойчива к разрушению. Когда эмаль теряется и дентин оголяется, риск развития кариеса еще больше возрастает.
Джордж исследует белки, которые помогают дентину расти, минерализоваться и самовосстанавливаться. Она также входила в команду, которой удалось клонировать один из генов, участвующих в формировании дентина. Это позволило лучше понять механизмы, с помощью которых зубы создают и поддерживают эту ткань.
По словам Джордж, эти знания могут привести к появлению новых методов лечения, которые будут стимулировать поврежденные зубы самостоятельно восстанавливать кариозные поражения путем образования нового дентина. Тогда потребность в традиционных пломбах для заполнения пустот может исчезнуть.
Руохола-Бейкер и ее команда также работают над так называемыми «живыми пломбами», но их подход больше связан с эмалью, а не с дентином. Исследуя зубы мудрости, ученая выяснила, что особые клетки, образующие эмаль и именуемые амелобластами, погибают после того, как зуб прорежется. Поэтому после появления зуба в полости рта их уже невозможно стимулировать к работе.
Зато команда использовала химические сигналы, чтобы превратить часть стволовых клеток в амелобласты, а другие – в одонтобласты, то есть клетки, образующие дентин. Соединив эти клетки в лабораторных условиях, исследователи создали зубной органоид – миниатюрную тканевую модель зуба, самостоятельно производящую белки эмали.
Руохола-Бейкер представляет будущее, в котором эти эмали будут использовать для создания пломб или нанесения на треснувшие зубы в качестве своеобразного покрытия для восстановления. Однако ее долгосрочная цель гораздо амбициознее: вырастить полноценный зуб в лаборатории. В конце концов, она хочет имплантировать в ротовую полость пациента специально созданные клетки, необходимые для формирования зуба, и дать возможность, как она говорит, «природе позаботиться обо всем остальном».
Как вырастить зуб
Если зуб сильно поражен кариесом и имеет многочисленные повреждения, лучшим и простым способом лечения может быть его удаление и установка импланта – конструкции, состоящей из винтового штифта, искусственной коронки и соединительного элемента.
Однако импланты имеют свои недостатки. Они не содержат нервов, помогающих ощущать силу жевания, поэтому человек может нечаянно слишком сильно сжимать челюсти и повредить или даже треснуть имплант. Кроме того, на поверхности импланта могут накапливаться бактерии, что приводит к развитию заболевания, способного негативно влиять на окружающие здоровые зубы и ткани.
Искусственные коронки также не являются пожизненным решением: обычно их нужно заменять примерно через 15 лет. К тому же стоимость такого лечения может достигать тысячи долларов в зависимости от условий страхования и других факторов.
По мнению Анны Анджелова Вольпони, директора направления регенеративной стоматологии в Королевском колледже Лондона, полностью выращенные в лаборатории зубы могут оказаться более долговечным решением, чем импланты.
«Вместо того, чтобы просто» латать «повреждения, мы могли бы использовать биологическую замену», — говорит Вольпони. Она также работает над созданием органоида, способного развиться в полноценный заменитель зуба.
«Даже когда свинью забивают ради мяса, в ее челюсти остаются зачатки зубов, которые готовятся сформировать новый зуб», – Памела Елик.
Команда Вольпони выяснила, что клетки, взятые из десен взрослого человека, в сочетании с зубообразующими клетками мышей могут сформировать гибридную «зубную структуру» человека и мыши с развивающимися жизнеспособными корнями.
Сейчас исследовательница работает над воспроизведением биологических инструкций, управляющих формированием зуба, а также над созданием специальных биоматериалов, которые помогли бы этим клеткам самоорганизовываться в упорядоченный и функциональный зуб.
К сожалению, у людей такой процесс естественным путем не происходит.
В отличие от других животных, люди не могут непрерывно отращивать новые зубы после потери постоянных. Акулы, например, обладают практически неисчерпаемым запасом зубов, которые постоянно восстанавливаются по принципу конвейера. Кенгуру в течение жизни сменяют несколько комплектов коренных зубов. То же происходит и у слонов.
Автор фото, BBC/ Serenity Strull
Свиньи также имеют интересную биологическую особенность: в их челюстях содержится несколько комплектов зачатков взрослых зубов, которые еще не прорезались. Именно благодаря этой особенности Елик смогла вырастить у взрослых юкатанских минипигов зубы, похожие на человеческие, используя комбинацию человеческих и свиных зубных клеток.
Команда исследователей выделила из человеческих зубов клетки, способные формировать дентин, а клетки, образующие эмаль, получила из зачатков непрорезанных зубов в челюстях свиней, отходов после убоя на мясо.
«Даже когда свинью забивают ради пищевых нужд, в ее челюсти все еще остаются зубные зачатки, готовые сформировать новый зуб», – объясняет Елик.
После выращивания клеток в лаборатории исследователи поместили их на специальный биоинженерный каркас, разработанный так, чтобы имитировать среду, в которой естественно развивается зуб. Через три месяца на этом каркасе сформировались зубовидные структуры со скоростью развития, близкой к наблюдаемой у естественных зубов свиней.
«Это было подтверждением принципа, что такой подход действительно может работать (…) После публикации результатов к нам обратилось очень много людей, отчаянно искавших способ решить собственные стоматологические проблемы», – говорит Елик.
Сейчас она планирует повторить эксперимент в течение более длительного периода и непосредственно в челюсти свиньи. В перспективе Елик и ее команда стремятся научиться стимулировать клетки к выращиванию новых зубов непосредственно в полости рта человека – уже без использования каких-либо свиных клеток.
От лаборатории до стоматологического кресла
Несмотря на большой интерес к таким технологиям, до появления первых пациентов, которым будут лечить кариес с помощью самовосстановления зубов или вживлять выращенные в лаборатории зубы, еще остаются годы.
Прежде чем можно будет «начать говорить» об испытаниях на людях, как говорит Руохола-Бейкер, необходимо провести исследования на приматах. Для этого понадобятся дополнительные исследования, время и финансирование.
Кроме того, чтобы выращенные в лаборатории зубы можно было имплантировать людям, ученым еще предстоит создать лучшие условия для развития зубной ткани.
Между тем знания, полученные в области регенеративной стоматологии, могут помочь более широким усилиям по воспроизведению различных частей человеческого организма, в том числе органов и костей.
