Выращивание зубов – будущее, которое уже наступило

Когда-то человек был одной клеткой, из которой впоследствии сформировались зародышевые листки, а из них – отдельные системы органов. Еще в начале прошлого века биологи понимали, что процесс выращивания новой ткани или органа теоретически возможен. Практически это было сложно реализовать из-за отсутствия необходимых условий и глубокого понимания соответствующих процессов.

Сегодня выращивание тканей – реальность. В лабораториях, например, можно вырастить кожу. Кстати, эта технология уже используется для пациентов, получивших ожоги. Что касается выращивания органов – то и здесь имеются успехи, правда, пока не медицинского характера. Упрощенная модель этого процесса выглядит следующим образом: с помощью биопринтера на каркас наносятся клетки, формирующие ткани органа. В данном случае в биопринтере вместо чернил – стволовые клетки, которые после нанесения на каркас специализируются в соответствующие клетки (например, клетки сердца, почек, печени и так далее).

Если вы полагаете, что с выращиванием зубов дела обстоят легче, чем с другими органами, то ошибаетесь. Зубы вырастают из множества различных типов клеток. В частности, амелобласты формируют эмаль; одонтобласты – дентин; цементобласты – цемент. Кроме того, сформированные зубы также содержат клетки иммунной системы и рецепторы, улавливающие изменение давления и температуру.

Одна из проблем, с которой сталкиваются ученые, пытающиеся вырастить зуб – это происхождение клеток-предшественниц зубов. Так, амелобласты происходят из эктодермы (наружный листок зародыша), одонтобласты и цементобласты – из нервного гребня (четвертого зародышевого листка). Иными словами, перед исследователями возникает задача по смешиванию разных типов клеток в определенных пропорциях. Кроме того, этим клеткам нужно создать условия, чтобы они смогли специализироваться в клетки-предшественницы зубов. По этой причине пока еще никто не смог вырастить зуб вне организма. Ученые же пока работают над тем, как заставить челюсть вырастить новые зубы, когда по естественным причинам это уже невозможно. Вот такой подход на данном этапе развития науки выглядит посильным. Полное выращивание зуба «в пробирке» — вопрос нескольких десятилетий, если в обозримом будущем не произойдет эпохальных изменений в технологиях.

Вопросом, как вырастить новые зубы, задавались многие. Тот факт, что постоянные зубы вырастают лишь раз, побуждает ученых вплотную заняться этим вопросом. Ведь, если челюсть единожды смогла «произвести» зубы, нужно помочь ей сделать это снова.

Еще в 80-х годах прошлого века ученые стали пытаться воплотить идею вырастить зубы в реальность. Тогда проводили исследования по пересадке зубных зародышей от эмбрионов человека. Технология оказалась сложной, поэтому массового применения в медицинской практике так и не получила. Предлагаем рассмотреть наиболее значимые достижения в этом деле за последние 20 лет:

• 2002 год – в Великобритании из разных клеток ученым удалось вырастить целый зуб. При этом зуб отличался повышенной хрупкостью, поэтому никак не мог сойти за кандидата для применения на практике.
• 2007 – японским ученым удалось вырастить зубы лабораторным мышам. Однако, такие зубы были лишены корней.
• 2009 – использованы стволовые клетки для выращивание как зубов, так и их корней лабораторным животным. По сравнению с 2007 годом, это явный успех. Единственная проблема – выращенные зубы оказались по размеру меньше, чем естественные зубы мышей.
• 2013 – ученые из Китая предприняли попытку вырастить человеческие зубы на челюсти лабораторных мышей. Для этого использовали стволовые клетки, полученные из мочи человека.
• 2015 – выращивание зуба переходит на новые рубежи. Ученым удается вырастить зубы с помощью стволовых клеток на заранее подготовленном каркасе.
• 2017 – ученые используют одно из экспериментальных веществ для борьбы с болезнью Альцгеймера в качестве стимулятора для стволовых клеток. Ученым удается усилить размножение, а также специализацию клеток. В частности, удалось направить специализацию клеток в сторону образованию одонтобластов – формирующих дентин.
• 2018 – исследователям удается при помощи синтетических биополимеров направить рост нанокристаллов апатита. Примечательно, что подобным образом происходит рост и в человеческом организме.
• 2020 – американские ученые применили стволовые клетки для выращивания зубов. Эксперимент на животных прошел успешно. Внедренные в челюсть зачатки зубов спустя 9-10 недель сформировали зубы. Та же группа американских ученых провела исследование по выращиванию зубов на заранее подготовленном каркасе из натуральных материалов. Стволовые клетки хорошо приживаются к элементам каркаса и формируют соответствующие структуры зубов.

Последние 30 лет в биологии и медицине можно смело называть бумом в изучении стволовых клеток. Эти клетки привлекают внимание ученых по той простой причине, что они могут стать источником молодости, а по самым смелым прогнозам – бессмертия.

Стволовые клетки являются недифференцированными. В процессе своей жизнедеятельности они могут преобразоваться в любую другую специализированную клетку. У взрослого человека резерв стволовых клеток ограничен. В какой-то момент их становится критически мало, что не позволяет органам и системам поддерживать прежний уровень функциональности. Поэтому считается, что процедуры по введению стволовых клеток позволяют омолодить тело.

Самое интересное качество стволовых клеток – их возможность специализироваться в другие клетки. Это открывает дорогу ученым для выращивания тканей и органов. Условно говоря, у пациента можно взять некоторое количество стволовых клеток, размножить их в лаборатории, а затем с помощью специальных стимуляторов и условий – заставить эти клетки преобразоваться, например, в клетки сердца, печени, почек, мышц и так далее. Для этого изначально создается каркас органа, на который с помощью биопринтера (где вместо чернил клетки) наносятся стволовые клетки. Теоретически и выращивание зуба возможно при помощи такой технологии. Сегодня над этим плотно работают американские, британские, японские и китайские исследователи.

Пока наружный способ выращивания зубов (вне организма) представляется сложным. По этой причине внимание ученых сфокусировано на методике вживления в челюсть зачатков зубов (внутренний способ выращивания зубов). Это позволит добиться второй смены зубов, а затем и третьей (если потребуется).

Как уже говорилось выше, для этих целей применяются зародышевые клетки зубов, взятых у эмбрионов. Как не сложно догадаться, на людях такая процедура невозможна из этических соображений. Поэтому ученые предлагают использовать стволовые клетки, которых можно «обучить» так, чтобы они превратились в зачаточные клетки зубов. И уже эти клетки подсаживают в челюсть. На животных эта методика апробирована не раз. Отметим, что с каждым годом такие исследования прогрессируют, и выращенные таким образом зубы все ближе приближаются по своим характеристикам к естественным зубам.

Однако, несмотря на столь впечатляющие успехи, без ложки дегтя в бочке меда не обошлось. Методика внутреннего выращивания зубов у животных пока не может быть перенесена на людей. Причин тому несколько – как медицинских, так и юридических и этических.

В первую очередь нужно сказать, что выращенные зубы по своим характеристикам отличаются от естественных зубов. Они не такие прочные, их форма далека от идеальной. Пока неизвестно, как такие зубы поведут себя в будущем. Каковы последствия для органов ротовой полости от такой процедуры. Ученым пока неизвестно, могут ли такие методики, например, увеличить вероятность развития опухолевых процессов.

Сегодня перед исследователями в этой области поставлено несколько задач по усовершенствованию технологии выращивания зубов, а именно:

• Усовершенствовать методику культивирования и деления стволовых клеток. Главным образом, необходимо добиться того, чтобы вновь сформированный зуб имел естественное соотношение эмали, дентина и пульпы. Разрастающаяся культура стволовых клеток должна делиться таким образом, чтобы в ней соблюдался баланс между амелобластами, одонтобластами и цементобластами.
• Добиться получения зуба заданного размера и формы. Вновь образованные зубы должны иметь соответствующий размер, форму. Кроме того, каждый из растущих зубов должен появиться на своем месте. Другими словами, на местах клыков должны расти клыки. У пациента будет куда больше проблем, если, например, на месте резца образуется жевательный зуб.
• Высокая приживляемость. Проблема приживляемости – одна из ключевых в трансплантологии. Теоретически, взятые у пациента стволовые клетки не должны стать источником агрессии со стороны иммунной системы. Ученым надлежит решить этот вопрос, добившись 100% толерантности иммунной системы к приживляемому материалу.

Учитывая вышеизложенные сложности, пока выращивание зуба происходит только в лабораториях, но не в клиниках. Только после того, как исследования на добровольцах пройдут успешно, можно говорить о внедрении данной методики в медицинскую практику. А пока, если пациент потерял зубы, то стоматологии предлагают ряд эффективных альтернатив. Большинству наших читателей они знакомы. Тем не менее, представляем их вашему вниманию.

Сегодня проблема отсутствия зубов решается сравнительно легко. Стоматологи предлагают не только устранение эстетического дефекта, но и восстановление функциональных возможностей зубного ряда. Если зуб спасти не удалось, то исправить ситуацию можно при помощи протезирования или имплантации. У каждого из этих способов есть как преимущества, так и недостатки. Рассмотрим их подробнее.

Имплантация зубов: преимущества и недостатки

Протезирование зубов: преимущества и недостатки

Учитывая преимущества и недостатки имплантации и протезирования, врач подбирает для пациента оптимальный вариант. Учитываются как медицинские показания, так и пожелания пациента.