Регенерация зубов у животных

Опубликовано: 25.03.2024

У большинства рептилий и рыб в течение жизни несколько раз происходит смена зубов. Но у многих млекопитающих, в том числе и человека, смена зубов с молочных на коренные происходит только один раз. При этом для других, например, мышей, смена зубов в принципе не характерна. Такое существенное различие заставляет задуматься о том, какие механизмы лежат в основе смены зубов у млекопитающих: и почему у одних животных природой заложена возможность формирования новых зубов, а у других – нет?

Открыли способ активировать регенерацию зубов у мышей

Авторы работы – профессор Королевского колледжа Лондона Эбигейл Такер и аспирант Елена Поупа – рассмотрели процесс формирования зубов у мышей на молекулярном уровне. В результате они смогли объяснить, почему у мышей не вырастает второй комплект постоянных зубов. Причина в экспрессии генов в зубной пластинке – структуре, из которой впоследствии формируются зубы. Чтобы обнаружить эту особенность экспрессии генов, авторы сравнили формирование зубов у мышей и карликовых свиней, у которых в течение жизни происходит одна смена зубов.

В процессе формирования зубов у позвоночных важную роль играет сигнальный путь Wnt. Авторы работы доказали, что в рудиментарной форме зубной пластинки мышей нет признаков активности сигнального пути Wnt. Изначально в области челюсти формируется рудиментарная форма зубной пластики, но затем эта структура исчезает, в результате чего рост следующего комплекта зубов становится невозможен.

С помощью методов генетики авторы работы активировали сигнальный путь Wnt в рудиментарной форме костной пластинки мышей на стадии развития E15.5 и E16. В результате чего у мышей появились сверхкомплектные зубы.

Таким образом, заключили, что рудиментарная форма костной пластинки может служить основой для формирования следующего комплекта зубов у мышей. Ценность работы в том, что удалось разработать рабочую экспериментальную схему для изучения механизмов роста сменной группы зубов.

«Интересно, почему у одних животных обнаруживается потенциал для смены зубов, а у других – нет. В ходе эксперимента мы показали, что несмотря на то, что в обычных условиях у мышей не происходит смены зубов, но при активации сигнального пути, рост новых зубов становится возможен», - говорит Е. Поупа.

Также ученые отметили, что у искусственно выращенной рудиментарной формы костной пластинки отмечается больший потенциал для формирования новых зубов. В связи с чем было предположено, что первое поколение зубов может оказывать блокирующее действие на формирование следующего комплекта. Известно, что первая группа зубов влияет на рост последующей.

По мнению проф. Такера: «рост зубов у человека происходит по схожему принципу, и структуры, аналогичные рудиментарной форме костной пластинки, обнаруживаются рядом с формирующимися коренными зубами у человека».

Результаты работы представляют ценность для дальнейшего анализа процесса регенерации зубов. Кроме того, они показывают, что в процессе эволюции некоторые характерные черты развития млекопитающих были утеряны у одной группы животных, но сохранились у другой, и как вновь активировать эти генетические особенности.

У большинства рептилий и рыб в течение жизни несколько раз происходит смена зубов. Но у многих млекопитающих, в том числе и человека, смена зубов с молочных на коренные происходит только один раз. При этом для других, например, мышей, смена зубов в принципе не характерна. Такое существенное различие заставляет задуматься о том, какие механизмы лежат в основе смены зубов у млекопитающих: и почему у одних животных природой заложена возможность формирования новых зубов, а у других – нет?

Открыли способ активировать регенерацию зубов у мышей

Авторы работы – профессор Королевского колледжа Лондона Эбигейл Такер и аспирант Елена Поупа – рассмотрели процесс формирования зубов у мышей на молекулярном уровне. В результате они смогли объяснить, почему у мышей не вырастает второй комплект постоянных зубов. Причина в экспрессии генов в зубной пластинке – структуре, из которой впоследствии формируются зубы. Чтобы обнаружить эту особенность экспрессии генов, авторы сравнили формирование зубов у мышей и карликовых свиней, у которых в течение жизни происходит одна смена зубов.

В процессе формирования зубов у позвоночных важную роль играет сигнальный путь Wnt. Авторы работы доказали, что в рудиментарной форме зубной пластинки мышей нет признаков активности сигнального пути Wnt. Изначально в области челюсти формируется рудиментарная форма зубной пластики, но затем эта структура исчезает, в результате чего рост следующего комплекта зубов становится невозможен.

С помощью методов генетики авторы работы активировали сигнальный путь Wnt в рудиментарной форме костной пластинки мышей на стадии развития E15.5 и E16. В результате чего у мышей появились сверхкомплектные зубы.

Таким образом, заключили, что рудиментарная форма костной пластинки может служить основой для формирования следующего комплекта зубов у мышей. Ценность работы в том, что удалось разработать рабочую экспериментальную схему для изучения механизмов роста сменной группы зубов.

«Интересно, почему у одних животных обнаруживается потенциал для смены зубов, а у других – нет. В ходе эксперимента мы показали, что несмотря на то, что в обычных условиях у мышей не происходит смены зубов, но при активации сигнального пути, рост новых зубов становится возможен», - говорит Е. Поупа.

Также ученые отметили, что у искусственно выращенной рудиментарной формы костной пластинки отмечается больший потенциал для формирования новых зубов. В связи с чем было предположено, что первое поколение зубов может оказывать блокирующее действие на формирование следующего комплекта. Известно, что первая группа зубов влияет на рост последующей.

По мнению проф. Такера: «рост зубов у человека происходит по схожему принципу, и структуры, аналогичные рудиментарной форме костной пластинки, обнаруживаются рядом с формирующимися коренными зубами у человека».

Результаты работы представляют ценность для дальнейшего анализа процесса регенерации зубов. Кроме того, они показывают, что в процессе эволюции некоторые характерные черты развития млекопитающих были утеряны у одной группы животных, но сохранились у другой, и как вновь активировать эти генетические особенности.

В каком-то смысле будущее уже наступило: люди выращивают в лабораториях мини-органы, на которых потом тестируют лекарства и изучают молекулярные закономерности бытия. Обычные органы мы пересаживаем друг другу вот уже больше полувека, в дело пошли уже и искусственные запчасти: в числе успешных проектов сердце, почки, кожа, мочевой пузырь и слизистые, сетчатка и многие другие жизненно важные органы. Но нет такой банальной запчасти, как зубы. Почему?

Казалось бы, что может быть проще, чем сделать новый зуб. Его устройство поди проще какого-нибудь кишечника или фаланги пальца. Даже врачи порой шутят, что стоматология — это недомедицина. И тем не менее вырастить хотя бы один из тридцати двух ценных компонентов ротовой полости человека не получается. Заставить их в должной степени обновляться тоже непросто.

В то же время довольно близкие родственники приматов (а значит, и человека) грызуны отращивают новые зубные поверхности всю жизнь и поэтому не боятся кариеса и травм. Резцы у них сразу получаются постоянными, а тем немногим вроде морских свинок, у кого образуется несколько молочных зубов, не приходится ждать противного момента, пока те выпадут: это происходит еще в утробе.

Чем мы не угодили эволюции? Почему она сделала наши зубы такими недолговечными, что «лечить» их можно только вливанием цемента либо удалением? Есть ли шанс, что когда-нибудь мы сможем отращивать новые зубы вместо того чтобы устанавливать эрзац — протезы?

Виновата эволюция

Человеческие зубы сгубил прогресс. Если точкой отсчета принять ардипитеков, живших 5,8–4,4 миллиона лет назад и, вероятно, давших начало австралопитекам (а от них уже произошли люди), получается, что наши предки были всеядными. Из ныне живущих приматов ардипитеки больше всего походили на шимпанзе. Скорее всего, они тоже пользовались орудиями: доставали палочкой насекомых из термитников и, что важнее в стоматологическом плане, кололи орехи камнями вместо того чтобы грызть.

Всеядность и орудия уже сделали зубы предшественников человека менее износостойкими, чем у чисто растительноядных приматов наподобие орангутанов (но надо понимать, что от орангутанов уже никто не произошел). Таковы издержки универсальности: неспециализированный инструмент может многое, но вряд ли что-то из этого делает виртуозно. У «всеядного» зуба не будет сверхтолстой эмали или невероятно острых режущих поверхностей, но кое-как измельчить он может практически любую еду.


Череп ардипитека (Ardipithecus ramidus). Возраст находки 4,4 миллиона лет.

Ирина Ефремова / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0

Последующие улучшения качества жизни — термическая обработка пищи (проще говоря, пользование огнем), столовые приборы и обилие готовых блюд — еще больше ослабили человеческие зубы, а вдобавок испортили прикус. Звучит по-ламаркистски, но, кажется, это правда: «неупражнение» зубов привело к тому, что они у людей стали мало на что годны.

Пища становилась мягче, а челюсти — короче. Зато число зубов никак не хотело уменьшаться, да и сейчас не хочет. Теперь редко у кого все зубы сразу ровно встают на заданные места: все чаще их приходится выправлять брекетами и прочими подобными инструментами, а самые дальние зубы «мудрости» — удалять.

Злую шутку сыграли сельское хозяйство и война с грызунами. Около десяти тысяч лет назад люди научились выращивать нужные растения и стали приручать животных — и все это для использования в пищу. Получив какой-никакой контроль над собственным рационом, Homo sapiens предпочли калорийность зерновых углеводов и белок домашних рогатых неопределенности сбора диких плодов и свободной, но слишком уж поджарой дичи. Это пришлось на руку бактерии — обитательнице поверхности зубов, виновнице кариеса — Streptococcus mutans.

Можно было бы во всем обвинить хлеб и сладости, но оказалось, что вредоносный микроб лишь воспользовался случаем и ловко приспособился к изменившейся диете нового хозяина. Streptococcus mutans — ровесник земледелия, и велика вероятность, что его предки достались нам от крыс, но не от обезьян или хомячков. По крайней мере, именно крысиному Streptococcus ratti наш стрептококк приходится самым близким родственником. Как бактерия перепрыгнула с крысиных зубов на наши, отдельный вопрос.

Зубное возрождение

Современный классик русской литературы Виктор Пелевин шестнадцать лет назад напомнил читателям, что при нахождении в неприятной ситуации можно выбрать одну из двух стратегий: выяснить причины попадания в эту ситуацию или же предпринять действия, помогающие ее покинуть. Предпочтительнее вторая стратегия, но далеко не всем удается ей воспользоваться.

Действительно, об эволюции человека и о том, что сгубило его зубы, можно спорить, моделировать, но так и не прийти к окончательному решению. Куда полезнее было бы научиться лечить зубы не только пломбами и выращивать на месте погибших зубов новые вместо того, чтобы залатывать черные кариозные дыры безжизненными протезами. Еще — но это уже вишенка на торте — было бы хорошо уметь останавливать рост тех зубов, которые на челюсти заведомо не поместятся.

Но зубы устроены сложнее, чем кажется на первый взгляд, и поэтому собрать такой орган в пробирке не так-то просто. Каждому зубу дают начало клетки множества типов, главные из которых — амелобласты, благодаря которым формируется зубная эмаль, одонтобласты, дающие начало слою под эмалью (дентину), и цементобласты, производящие цемент — одно из средств закрепления зуба в челюсти. Первые происходят из наружного листка клеток зародыша — эктодермы, а вторые и третьи — из особого образования под названием нервный гребень. Его порой называют четвертым зародышевым листком: всего таких листков обычно выделяют три, но очень уж нервный гребень от них отличается. Выходит, что соседние структуры в рамках одного зуба имеют не больше общего, чем волосы и нервы.

И это еще не все. Полностью сформированные зубы содержат клетки иммунной системы (макрофаги, лимфоциты, нейтрофилы и прочие), рецепторы температуры и давления… Предшественники у всех этих непохожих друг на друга клеток разные, их нужно смешивать в определенных пропорциях, плюс еще найти вещества, которые позволяют им примириться с необычными соседями и как ни в чем не бывало выполнять свои функции. Поэтому создать человеческий зуб вне организма пока так никто и не смог.

Но не обязательно производить части организма вне его. Природа справится сама: теоретически можно заставить челюсти самостоятельно вырастить новые зубы. Этот трюк можно провернуть по крайней мере с мышами, у которых по сравнению с нами зубов гораздо меньше: 16 против 32 (у них не хватает клыков и ложных коренных, то есть премоляров).

Оказалось, что если грызуну «выключить» ген Usag-1 , Spry2 или Spry4, у него вырастет больше 16 зубов. Биологи из Киотского университета предполагают, что подобным образом можно будет лечить нехватку зубов у человека: ввести в то место, где хорошо бы образовать новый зуб взамен утраченного, молекулярный коктейль из ингибиторов определенных генов и тем самым запустить генерацию зубов третьей смены — ну или первой и второй, если исследователи имеют дело с врожденной нехваткой зубов.


Так можно было бы создавать целые новые зубы (сверху) или отдельные их корни (снизу)

L. Hu, Y. Liu, S. Wang / Oral Diseases, 2017

Восстанавливать по частям

Хорошо, мы поняли, что пока вырастить себе новый зуб человек может только в теории. Но ведь это и не всегда нужно: зубы же не разваливаются моментально, а долго болеют, рано начиная предупреждать о своих проблемах. Другое дело, что мы эти предупреждения в виде болей и чувствительности не всегда хотим слышать.

Да и современная стоматология не оплот живодерства. Прошли времена, когда по каждому поводу людей привязывали за больной зуб к ручке двери, а потом резко открывали ее. Сейчас стоматологи борются за зубы и стараются вырывать их только тогда, когда все остальные методы воздействия уже исчерпали себя. Чистят и пломбируют каналы корней, заделывают повреждения эмали, меняют живую чувствующую пульпу на лишенный нервов искусственный цемент.

Все это значит, что теоретически обновлять можно отдельные компоненты зуба: эмаль, дентин, пульпу, а также пространство между зубом и костью челюсти — периодонт. Для формирования каждого из этих компонентов нужны разные стволовые клетки. Вот только откуда их взять?

Как ни странно, далеко ходить не надо. Зубы — вполне полноценные органы, а значит, в них, как и в других органах, есть стволовые клетки. Они содержатся в пульпе. Собственно, им больше негде находиться: зрелые эмаль и дентин клеток вообще не содержат. Правда, получается, что чтобы извлечь стволовые клетки зубов из зубов, придется какой-то из них удалить — а лишаться его мы, конечно, не хотим. Впрочем, и тут возможен выход: использовать молочные зубы, в которых нужные стволовые клетки тоже есть. Их можно заморозить на какой-то срок.

В испытаниях на мышах и крысах стволовые клетки зубов работают хорошо: удается вырастить ткани, похожие на дентин и пульпу. Но грызуны отличаются от человека тем, что в их зубах изначально больше стволовых клеток и те постоянно делятся. Фактически каждые полтора месяца лабораторная мышь грызет положенный ей комбикорм новыми резцами, ведь они никогда не прекращают расти.

Но иногда испытания проводят не на грызунах, а на животных, у которых с восстановлением зубов дела обстоят хуже, — свиньях и собаках, — и с ненулевыми результатами. К тому же, клинические исследования (то есть те, что проводят на людях) регенерации зубов зубными же стволовыми клетками или их аналогами идут как минимум последний десяток лет. Медики пытаются регенерировать пульпу за счет стволовых клеток из удаленных зубов пациента и восстановить периодонт либо клетками красного костного мозга, тоже способными делиться и специализировать собственных потомков, либо клетками периодонтальных связок (да, зубы в челюстях держатся в том числе за счет связок — прямо как кости в каком-нибудь коленном суставе).

Не каждый раз результаты идеальны, и ясно видно, что стволовые клетки больше помогают развивающимся зубам, чем полностью сформированным. Кроме того, чтобы регенерировать самый внутренний и самый живой слой зуба, пульпу, нужно еще до него добраться — а значит, проделать специальное отверстие или расширить уже имеющееся. И все-таки получается, что терапия стволовыми клетками в случае зубов не пустой звук: она работает лучше плацебо.


Что теоретически можно регенерировать у зуба

L. Hu, Y. Liu, S. Wang / Oral Diseases, 2017

До выращивания человеческих зубов в пробирке, увы, еще далеко — по меньшей мере десятки лет. Однако есть надежда, что в ближайшие годы найдется способ заставлять челюсти создавать новые зубы: для этого нужно будет прицельно воздействовать на те места, где мы хотим увидеть новые зубы, набором активаторов и глушителей генов, связанных с ростом зубов.

Некоторые из этих генов уже известны, а открыть другие помогут, к примеру, «зубные атласы» — списки всех популяций клеток в составе зрелых и формирующихся зубов с указанием их молекулярных особенностей. Один такой список для людей и мышей составила в 2020 году группа выходца из России Игоря Адамейко.

Хотя создавать полноценные живые замены компонентам наших зубов пока не получается, сам поиск зубных стволовых клеток оказался весьма полезным. Клинические исследования различных групп таких клеток уже проводят, и некоторые из них дают обнадеживающие результаты.

РЕГЕНЕРАЦИЯ, восстановление организмом утраченных частей на той или иной стадии жизненного цикла. Регенерация обычно происходит в случае повреждения или утраты какого-нибудь органа или части организма. Однако помимо этого в каждом организме на протяжении всей его жизни постоянно идут процессы восстановления и обновления. У человека, например, постоянно обновляется наружный слой кожи. Птицы периодически сбрасывают перья и отращивают новые, а млекопитающие сменяют шерстный покров. У листопадных деревьев листья ежегодно опадают и заменяются свежими. Такую регенерацию, обычно не связанную с повреждениями или утратой, называют физиологической. Регенерацию, происходящую после повреждения или утраты какой-либо части тела, называют репаративной. Здесь мы рассмотрим только репаративную регенерацию.

Репаративная регенерация может быть типичной или атипичной. При типичной регенерации утраченная часть замещается путем развития точно такой же части. Причиной утраты может быть внешнее воздействие (например, ампутация), или же животное намеренно отрывает часть своего тела (аутотомия), как ящерица, обламывающая часть своего хвоста, спасаясь от врага. При атипичной регенерации утраченная часть замещается структурой, отличающейся от первоначальной количественно или качественно. У регенерировавшей конечности головастика число пальцев может оказаться меньше исходного, а у креветки вместо ампутированного глаза может вырасти антенна.

РЕГЕНЕРАЦИЯ У ЖИВОТНЫХ

Способность к регенерации широко распространена среди животных. Вообще говоря, низшие животные чаще способны к регенерации, чем более сложные высокоорганизованные формы. Так, среди беспозвоночных гораздо больше видов, способных восстанавливать утраченные органы, чем среди позвоночных, но только у некоторых из них возможна регенерация целой особи из небольшого ее фрагмента. Тем не менее общее правило о снижении способности к регенерации с повышением сложности организма нельзя считать абсолютным. Такие примитивные животные, как гребневики и коловратки, практически не способны к регенерации, а у гораздо более сложных ракообразных и амфибий эта способность хорошо выражена; известны и другие исключения. Некоторые близкородственные животные сильно различаются в этом отношении. Так, у дождевого червя из небольшого кусочка тела может полностью регенерировать новая особь, тогда как пиявки неспособны восстановить один утраченный орган. У хвостатых амфибий на месте ампутированной конечности образуется новая, а у лягушки культя просто заживает и никакого нового роста не происходит.

Многие беспозвоночные способны к регенерации значительной части тела. У губок, гидроидных полипов, плоских, ленточных и кольчатых червей, мшанок, иглокожих и оболочников из небольшого фрагмента тела может регенерировать целый организм. Особенно примечательна способность к регенерации у губок. Если тело взрослой губки продавить через сетчатую ткань, то все клетки отделятся друг от друга, как просеянные сквозь сито. Если затем поместить все эти отдельные клетки в воду и осторожно, тщательно перемешать, полностью разрушив все связи между ними, то спустя некоторое время они начинают постепенно сближаться и воссоединяются, образуя целую губку, сходную с прежней. В этом участвует своего рода «узнавание» на клеточном уровне, о чем свидетельствует следующий эксперимент. Губки трех разных видов разделяли описанным способом на отдельные клетки и как следует перемешивали. При этом обнаружилось, что клетки каждого вида способны «узнавать» в общей массе клетки своего вида и воссоединяются только с ними, так что в результате образовалась не одна, а три новых губки, подобные трем исходным.

ЗЕМНОВОДНЫЕ

Ленточный червь, длина которого во много раз превышает его ширину, способен воссоздать целую особь из любого участка своего тела. Теоретически возможно, разрезав одного червя на 200 000 кусочков, получить из него в результате регенерации 200 000 новых червей. Из одного луча морской звезды может регенерировать целая звезда.

Моллюски, членистоногие и позвоночные не способны регенерировать целую особь из одного фрагмента, однако у многих из них происходит восстановление утраченного органа. Некоторые в случае необходимости прибегают к аутотомии. Птицы и млекопитающие как эволюционно наиболее продвинутые животные меньше других способны к регенерации. У птиц возможно замещение перьев и некоторых частей клюва. Млекопитающие могут восстанавливать покров, когти и частично печень; они способны также к заживлению ран, а олени – к отращиванию новых рогов взамен сброшенных.

Процессы регенерации.

В регенерации у животных участвуют два процесса: эпиморфоз и морфаллаксис. При эпиморфической регенерации утраченная часть тела восстанавливается за счет активности недифференцированных клеток. Эти клетки, похожие на эмбриональные, накапливаются под пораненным эпидермисом у поверхности разреза, где они образуют зачаток, или бластему. Клетки бластемы постепенно размножаются и превращаются в ткани нового органа или части тела. При морфаллаксисе другие ткани тела или органа непосредственно преобразуются в структуры недостающей части. У гидроидных полипов регенерация происходит главным образом путем морфаллаксиса, а у планарий в ней одновременно участвуют и эпиморфоз, и морфаллаксис.

Регенерация путем образования бластемы широко распространена у беспозвоночных и играет особенно важную роль в регенерации органов у амфибий. Существует две теории происхождения бластемных клеток: 1) клетки бластемы происходят из «резервных клеток», т.е. клеток, оставшихся неиспользованными в процессе эмбрионального развития и распределившихся по разным органам тела; 2) ткани, целостность которых была нарушена при ампутации, «дедифференцируются» в области разреза, т.е. дезинтегрируются и превращаются в отдельные бластемные клетки. Таким образом, согласно теории «резервных клеток», бластема образуется из клеток, остававшихся эмбриональными, которые мигрируют из разных участков тела и скапливаются у поверхности разреза, а согласно теории «дедифференцированной ткани», бластемные клетки происходят из клеток поврежденных тканей.

В подтверждение как одной, так и другой теории имеется достаточно данных. Например, у планарий резервные клетки более чувствительны к рентгеновским лучам, чем клетки дифференцированной ткани; поэтому их можно разрушить, строго дозируя облучение, чтобы не повредить нормальные ткани планарии. Облученные таким образом особи выживают, но утрачивают способность к регенерации. Однако если только переднюю половину тела планарии подвергнуть облучению, а затем разрезать, то регенерация происходит, хотя и с некоторой задержкой. Задержка свидетельствует о том, что бластема образуется из резервных клеток, мигрирующих на поверхность разреза из необлученной половины тела. Миграцию этих резервных клеток по облученной части тела можно наблюдать под микроскопом.

Сходные эксперименты показали, что у тритона регенерация конечностей происходит за счет бластемных клеток местного происхождения, т.е. за счет дедифференцировки поврежденных тканей культи. Если, например, облучить всю личинку тритона, за исключением, скажем, правой передней конечности, а затем ампутировать эту конечность на уровне предплечья, то у животного отрастает новая передняя конечность. Очевидно, что необходимые для этого бластемные клетки поступают именно из культи передней конечности, так как все остальное тело подверглось облучению. Более того, регенерация происходит даже в том случае, если облучают всю личинку, за исключением участка шириной 1 мм на правой передней лапке, а затем последнюю ампутируют, производя разрез через этот необлученный участок. В этом случае совершенно очевидно, что бластемные клетки поступают с поверхности разреза, поскольку все тело, включая правую переднюю лапку, было лишено способности к регенерации.

Описанные процессы анализировали с применением современных методов. Электронный микроскоп позволяет наблюдать изменения в поврежденных и регенерирующих тканях во всех деталях. Созданы красители, выявляющие определенные химические вещества, содержащиеся в клетках и тканях. Гистохимические методы (с применением красителей) дают возможность судить о биохимических процессах, происходящих при регенерации органов и тканей.

Полярность.

Одна из самых загадочных проблем в биологии – происхождение полярности у организмов. Из шаровидного яйца лягушки развивается головастик, у которого с самого начала на одном конце тела находится голова с головным мозгом, глазами и ртом, а на другом – хвост. Подобным же образом, если разрезать тело планарии на отдельные фрагменты, на одном конце каждого фрагмента развивается голова, а на другой – хвост. При этом голова всегда образуется на переднем конце фрагмента. Эксперименты ясно показывают, что у планарии существует градиент метаболической (биохимической) активности, проходящий по передне-задней оси ее тела; при этом наивысшей активностью обладает самый передний конец тела, а в направлении к заднему концу активность постепенно снижается. У любого животного голова всегда образуется на том конце фрагмента, где метаболическая активность выше. Если направление градиента метаболической активности в изолированном фрагменте планарии изменить на противоположное, то и формирование головы произойдет на противоположном конце фрагмента. Градиент метаболической активности в теле планарий отражает существование какого-то более важного физико-химического градиента, природа которого пока неизвестна.

В регенерирующей конечности тритона полярность новообразуемой структуры, по-видимому, определяется сохранившейся культей. По причинам, которые еще остаются неясными, в регенерирующем органе формируются только структуры, расположенные дистальнее раневой поверхности, а те, что расположены проксимальнее (ближе к телу), не регенерируют никогда. Так, если ампутировать кисть тритона, а оставшуюся часть передней конечности вставить обрезанным концом в стенку тела и дать этому дистальному (отдаленному от тела) концу прижиться на новом, необычном для него месте, то последующая перерезка этой верхней конечности вблизи плеча (освобождающая ее от связи с плечом) приводит к регенерации конечности с полным набором дистальных структур. У такой конечности имеются на момент перерезки следующие части (начиная с запястья, слившегося со стенкой тела): запястье, предплечье, локоть и дистальная половина плеча; затем, в результате регенерации, появляются: еще одна дистальная половина плеча, локоть, предплечье, запястье и кисть. Таким образом, инвертированная (перевернутая) конечность регенерировала все части, расположенные дистальнее раневой поверхности. Это поразительное явление указывает на то, что ткани культи (в данном случае культи конечности) контролируют регенерацию органа. Задача дальнейших исследований – выяснить, какие именно факторы контролируют этот процесс, что стимулирует регенерацию и что заставляет клетки, обеспечивающие регенерацию, скапливаться на раневой поверхности. Некоторые ученые полагают, что поврежденные ткани выделяют какой-то химический «раневой фактор». Однако выделить химическое вещество, специфичное для ран, пока не удалось.

РЕГЕНЕРАЦИЯ У РАСТЕНИЙ

Широкое распространение регенерации в царстве растений обусловлено сохранением у них меристем (тканей, состоящих из делящихся клеток) и недифференцированных тканей. В большинстве случаев регенерация у растений – это, в сущности, одна из форм вегетативного размножения. Так, на кончике нормального стебля имеется верхушечная почка, обеспечивающая непрерывное образование новых листьев и рост стебля в длину в течение всей жизни данного растения. Если отрезать эту почку и поддерживать ее во влажном состоянии, то из имеющихся в ней паренхимных клеток или из каллуса, образующегося на поверхности среза, часто развиваются новые корни; почка при этом продолжает расти и дает начало новому растению. То же самое происходит в природе, когда отламывается ветка. Плети и столоны разделяются в результате отмирания старых участков (междоузлий). Таким же образом разделяются корневища ириса, волчьей стопы или папоротников, образуя новые растения. Обычно клубни, например клубни картофеля, продолжают жить после отмирания подземного стебля, на котором они выросли; с наступлением нового вегетационного периода они могут дать начало собственным корням и побегам. У луковичных растений, например у гиацинтов или тюльпанов, побеги формируются у основания чешуй луковицы и могут в свою очередь образовывать новые луковицы, которые в конечном счете дают корни и цветоносные стебли, т.е. становятся самостоятельными растениями. У некоторых лилейных воздушные луковички образуются в пазухах листьев, а у ряда папоротников на листьях вырастают выводковые почки; в какой-то момент они опадают на землю и возобновляют рост.

Корни менее способны к образованию новых частей, чем стебли. Клубню георгина для этого необходима почка, образующаяся у основания стебля; однако батат может дать начало новому растению из почки, образуемой корневой шишкой.

Листья тоже способны к регенерации. У некоторых видов папоротников, например у кривокучника (Camptosorus), листья сильно вытянуты и имеют вид длинных волосовидных образований, заканчивающихся меристемой. Из этой меристемы развивается зародыш с зачаточными стеблем, корнями и листьями; если кончик листа родительского растения наклонится вниз и соприкоснется с землей или мхом, зачаток начинает расти. Новое растение отделяется от родительского после истощения этого волосовидного образования. Листья суккулентного комнатного растения каланхое несут по краям хорошо развитые растеньица, которые легко отпадают. Новые побеги и корни формируются на поверхности листьев бегонии. Специальные тельца, называемые зародышевыми почками, развиваются на листьях некоторых плауновых (Lycopodium) и печеночников (Marchantia); упав на землю, они укореняются и образуют новые зрелые растения.

Многие водоросли успешно размножаются, расчленяясь на фрагменты под ударами волн. См. также СИСТЕМАТИКА РАСТЕНИЙ.

Почему наши зубы не идеальны и есть ли шанс это исправить

В каком-то смысле будущее уже наступило: люди выращивают в лабораториях мини-органы, на которых потом тестируют лекарства и изучают молекулярные закономерности бытия. Обычные органы мы пересаживаем друг другу вот уже больше полувека, в дело пошли уже и искусственные запчасти: в числе успешных проектов сердце, почки, кожа, мочевой пузырь и слизистые, сетчатка и многие другие жизненно важные органы. Но нет такой банальной запчасти, как зубы. Почему?

Казалось бы, что может быть проще, чем сделать новый зуб. Его устройство поди проще какого-нибудь кишечника или фаланги пальца. Даже врачи порой шутят, что стоматология — это недомедицина. И тем не менее вырастить хотя бы один из тридцати двух ценных компонентов ротовой полости человека не получается. Заставить их в должной степени обновляться тоже непросто.

В то же время довольно близкие родственники приматов (а значит, и человека) грызуны отращивают новые зубные поверхности всю жизнь и поэтому не боятся кариеса и травм. Резцы у них сразу получаются постоянными, а тем немногим вроде морских свинок, у кого образуется несколько молочных зубов, не приходится ждать противного момента, пока те выпадут: это происходит еще в утробе.

Чем мы не угодили эволюции? Почему она сделала наши зубы такими недолговечными, что «лечить» их можно только вливанием цемента либо удалением? Есть ли шанс, что когда-нибудь мы сможем отращивать новые зубы вместо того чтобы устанавливать эрзац — протезы?

Виновата эволюция

Человеческие зубы сгубил прогресс. Если точкой отсчета принять ардипитеков, живших 5,8–4,4 миллиона лет назад и, вероятно, давших начало австралопитекам (а от них уже произошли люди), получается, что наши предки были всеядными. Из ныне живущих приматов ардипитеки больше всего походили на шимпанзе. Скорее всего, они тоже пользовались орудиями: доставали палочкой насекомых из термитников и, что важнее в стоматологическом плане, кололи орехи камнями вместо того чтобы грызть.

Всеядность и орудия уже сделали зубы предшественников человека менее износостойкими, чем у чисто растительноядных приматов наподобие орангутанов (но надо понимать, что от орангутанов уже никто не произошел). Таковы издержки универсальности: неспециализированный инструмент может многое, но вряд ли что-то из этого делает виртуозно. У «всеядного» зуба не будет сверхтолстой эмали или невероятно острых режущих поверхностей, но кое-как измельчить он может практически любую еду.


Череп ардипитека ( Ardipithecus ramidus). Возраст находки 4,4 миллиона лет.

Ирина Ефремова / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0

Пища становилась мягче, а челюсти — короче. Зато число зубов никак не хотело уменьшаться, да и сейчас не хочет. Теперь редко у кого все зубы сразу ровно встают на заданные места: все чаще их приходится выправлять брекетами и прочими подобными инструментами, а самые дальние зубы «мудрости» — удалять.

Злую шутку сыграли сельское хозяйство и война с грызунами. Около десяти тысяч лет назад люди научились выращивать нужные растения и стали приручать животных — и все это для использования в пищу. Получив какой-никакой контроль над собственным рационом, Homo sapiens предпочли калорийность зерновых углеводов и белок домашних рогатых неопределенности сбора диких плодов и свободной, но слишком уж поджарой дичи. Это пришлось на руку бактерии — обитательнице поверхности зубов, виновнице кариеса — Streptococcus mutans.

Можно было бы во всем обвинить хлеб и сладости, но оказалось, что вредоносный микроб лишь воспользовался случаем и ловко приспособился к изменившейся диете нового хозяина. Streptococcus mutans — ровесник земледелия, и велика вероятность, что его предки достались нам от крыс, но не от обезьян или хомячков. По крайней мере, именно крысиному Streptococcus ratti наш стрептококк приходится самым близким родственником. Как бактерия перепрыгнула с крысиных зубов на наши, отдельный вопрос.

Зубное возрождение

Современный классик русской литературы Виктор Пелевин шестнадцать лет назад напомнил читателям, что при нахождении в неприятной ситуации можно выбрать одну из двух стратегий: выяснить причины попадания в эту ситуацию или же предпринять действия, помогающие ее покинуть. Предпочтительнее вторая стратегия, но далеко не всем удается ею воспользоваться.

Действительно, об эволюции человека и о том, что сгубило его зубы, можно спорить, моделировать, но так и не прийти к окончательному решению. Куда полезнее было бы научиться лечить зубы не только пломбами и выращивать на месте погибших зубов новые вместо того, чтобы залатывать черные кариозные дыры безжизненными протезами. Еще — но это уже вишенка на торте — было бы хорошо уметь останавливать рост тех зубов, которые на челюсти заведомо не поместятся.

Но зубы устроены сложнее, чем кажется на первый взгляд, и поэтому собрать такой орган в пробирке не так-то просто. Каждому зубу дают начало клетки множества типов, главные из которых — амелобласты, благодаря которым формируется зубная эмаль, одонтобласты, дающие начало слою под эмалью (дентину), и цементобласты, производящие цемент — одно из средств закрепления зуба в челюсти. Первые происходят из наружного листка клеток зародыша — эктодермы, а вторые и третьи — из особого образования под названием нервный гребень. Его порой называют четвертым зародышевым листком: всего таких листков обычно выделяют три, но очень уж нервный гребень от них отличается. Выходит, что соседние структуры в рамках одного зуба имеют не больше общего, чем волосы и нервы.

И это еще не все. Полностью сформированные зубы содержат клетки иммунной системы (макрофаги, лимфоциты, нейтрофилы и прочие), рецепторы температуры и давления. Предшественники у всех этих непохожих друг на друга клеток разные, их нужно смешивать в определенных пропорциях, плюс еще найти вещества, которые позволяют им примириться с необычными соседями и как ни в чем не бывало выполнять свои функции. Поэтому создать человеческий зуб вне организма пока так никто и не смог.

Но не обязательно производить части организма вне его. Природа справится сама: теоретически можно заставить челюсти самостоятельно вырастить новые зубы. Этот трюк можно провернуть по крайней мере с мышами, у которых по сравнению с нами зубов гораздо меньше: 16 против 32 (у них не хватает клыков и ложных коренных, то есть премоляров).

Оказалось, что если грызуну «выключить» ген Usag-1 , Spry2 или Spry4, у него вырастет больше 16 зубов. Биологи из Киотского университета предполагают, что подобным образом можно будет лечить нехватку зубов у человека: ввести в то место, где хорошо бы образовать новый зуб взамен утраченного, молекулярный коктейль из ингибиторов определенных генов и тем самым запустить генерацию зубов третьей смены — ну или первой и второй, если исследователи имеют дело с врожденной нехваткой зубов.


Так можно было бы создавать целые новые зубы (сверху) или отдельные их корни (снизу)

L. Hu, Y. Liu, S. Wang / Oral Diseases, 2017

Новосибирский государственный медицинский университет Минздравсоцразвития РФ

Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, Москва, Россия

Регенерация пульпы зуба с использованием аутологичных мезенхимальных стволовых клеток пульпы и обогащенной тромбоцитами плазмы

Журнал: Стоматология. 2017;96(6): 12-16

Кулаков А. А., Гольдштейн Д. В., Кречина Е. К., Волков А. В., Гаджиев А. К., Регенерация пульпы зуба с использованием аутологичных мезенхимальных стволовых клеток пульпы и обогащенной тромбоцитами плазмы. Стоматология. 2017;96(6):12-16. https://doi.org/10.17116/stomat201796612-16

Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Минздравсоцразвития, Москва






Регенерация пульпы и дентина может иметь важное значение в терапевтической стоматологии в качестве метода, направленного на сохранение зубов. В настоящее время выделены и охарактеризованы клеточные популяции, содержащиеся в пульпе молочных и взрослых зубов человека и лабораторных животных. В настоящей работе показано, что трансплантация аутологичных мультипотентных стромальных клеток пульпы зуба миниатюрных свиней в сочетании с аутологичной обогащенной тромбоцитами плазмой приводит к восстановлению пульпы зуба, репаративному дентиногенезу с образованием дентиновых мостиков уже к 30-м суткам наблюдения. Однако завершение регенерации приводит не только к восстановлению основных структур, но и к уменьшению объема пульпарной камеры вследствие напластования неодентина. Восстановление тканей пульпы зуба при нарушении целостности пульпарной камеры в отсутствие воспалительных процессов является перспективным направлением использования клеточных технологий.

Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Минздравсоцразвития, Москва

ФГБУН «Институт проблем лазерных и информационных технологий» РАН

отделение функциональной диагностики ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России, Москва, Россия

Новосибирский государственный медицинский университет Минздравсоцразвития РФ

Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, Москва, Россия

Введение

Традиционно в качестве лечения пульпита у взрослых пациентов применяется экстирпация — полное удаление пульпы с последующей обработкой и пломбировкой пульпарной камеры и корневых каналов. Подобным образом поступают и при случайном вскрытии пульпы или сколе зуба, нарушающем целостность пульпарной камеры. При пульпотомии происходит удаление всех клеток пульпы, включая одонтобласты, участвующие в формировании дентина, что приводит к повышению хрупкости зуба, нарушению его интеграции с окружающими тканями и в результате — к его полной утрате [14]. Восстановление жизнеспособной ткани пульпы зуба при нарушении целостности пульпарной камеры в отсутствие воспалительных процессов является важной клинической задачей, позволяющей сохранить зуб и избежать затратной и не всегда эффективной установки имплантатов. Для регенерации соединительной ткани пульпы могут быть использованы стволовые клетки, извлеченные из пульпы выпавших или удаленных зубов самого пациента или доноров (аллогенные).

В настоящее время выделены и подробно охарактеризованы культуры стромальных мезенхимальных клеток (МСК) из пульпы молочных и коренных зубов — описан их иммунофенотип, исследованы пролиферативная активность и дифференцировочный потенциал [6, 13]. Показано, что, как и МСК из других источников, клетки пульпы способны к дифференцировкам в остеогенном, хондрогенном и адипогенном направлении. Но помимо этих потенций, МСК пульпы способны также к нейрональной дифференцировке, что определяется происхождением данных клеток из эктомезенхимы — производной нейрального гребня [6, 8]. Трансплантация данных клеток позволит обеспечить надлежащую иннервацию и создаст условия для формирования жизнеспособной рыхлой волокнистой соединительной ткани пульпы.

Показано, что клеточные культуры МСК, полученные из пульпы, могут быть криоконсервированы и храниться в течение длительного периода без снижения пролиферативного и дифференцировочного потенциала с целью отдаленного применения для регенерации [1, 4, 10]. Подход, основанный на использовании заранее банкированных клеток самого пациента или донорского материала, позволяет в кратчайшие сроки произвести трансплантацию, что существенно повышает эффективность лечения.

В ряде работ было показано, что подкожная трансплантация клеток пульпы, иммобилизованных на скаффолдах и помещенных во фрагмент депульпированного зуба, приводит к формированию внутри такой конструкции ткани, схожей по строению с соединительной тканью пульпы [3, 5, 12]. Кроме того, участие стволовых клеток в регенерации пульпы было показано непосредственно на модели пульпоэктомии у лабораторных животных [16, 17].

В настоящей работе проведено исследование регенерации ткани пульпы при трансплантации аутологичных мезенхимальных стромальных клеток пульпы коренных зубов в составе фибринового сгустка в пульпарную камеру после пульпоэктомии у миниатюрных домашних свиней. Восстановление тканей пульпы зуба при нарушении целостности пульпарной камеры в отсутствие воспалительных процессов является перспективным направлением использования клеточных технологий.

Материал и методы

Получение культуры клеток пульпы зуба миниатюрных свиней

Для получения культуры мультипотентных стромальных клеток (МСК) пульпы зуба у карликовых домашних свиней удаляли зуб под общей анестезией (золетил 15 мг/кг/рометар 2 мг/кг), исключали очаги воспаления и доставляли в лабораторию во флаконе с транспортной средой: F-12 («ПанЭко», РФ), 500 мкг/л амикацина (ОАО «Синтез», РФ), 10 Ед/мл гепарина натрия («Braun», Германия) при температуре 2—8 °С. Зуб обрабатывали 0,05% раствором хлоргексидина биглюконата (ООО «Росбио», РФ), раскалывали и извлекали пульпу. Ткани промывали раствором Хэнкса с добавлением 0,5 г/л цефазолина (ОАО «Синтез», РФ) (рис. 1),
Рис. 1. Извлечение пульпы из зуба миниатюрной свиньи. механически измельчали и инкубировали в растворе коллагеназы I типа (2 мг/мл; «ПанЭко», РФ) 60 мин при 37 °C. Полученную клеточную суспензию помещали в чашки Петри и культивировали в ростовой среде: ДМЕМ, 10% ЭТС, 2 mM L-глутамина, 100 мг/л амикацина при стандартных культуральных условиях (37 °С, 5% СО2), производя замену среды на свежую каждые 3 сут. Для экспериментального исследования использовали культуры на 3 пассаже, 60—80% конфлуентности.


Рис. 2. Культура МСК пульпы зуба миниатюрной свиньи, 3 пассаж, ув. 200. Фазовый контраст.


Рис. 3. Моляры и премоляры миниатюрной свиньи после трансплантации.


Рис. 4. а — шлиф резца миниатюрной свиньи через 14 сут после резекции пульпы. Коронка содержит пломбированный канал до пульпарной камеры. Пульпа отсутствует; б — шлиф резца миниатюрной свиньи через 30 дней после резекции пульпы. Коронка содержит пломбированный канал до пульпарной камеры. Пульпа отсутствует. Окраска толуидиновым синим и кислым фуксином. Микроскопия в отраженном свете. Ув. 5.


Рис. 5. а — шлиф моляра миниатюрной свиньи через 14 дней после трансплантации. В пульпарной камере обнаруживается клеточный трансплантат. В области устьев канала грануляционная ткань. Окраска толуидиновым синим и кислым фуксином. Ув. 5; б — шлиф премоляра миниатюрной свиньи через 30 дней после трансплантации. В пульпарной камере признаки регенерации пульпы с начальными признаками образования дентиновых мостиков. Окраска толуидиновым синим и кислым фуксином. Ув. 5; в — шлиф резца миниатюрной свиньи через 60 дней после трансплантации. В пульпарной камере признаки регенерации пульпы в области дна пульпарной камеры и со сформированным дентиновым мостиком. Окраска небесный трихром. Микроскопия в отраженном свете. Ув. 5; г — шлиф резца мини-атюрной свиньи через 60 дней после трансплантации. Отложение массива дентина в области дна пульпарной камеры. Окраска небесный трихром. Микроскопия в отраженном свете. Ув. 50.

Клетки имели характерный для мультипотентных стромальных клеток фенотип — вытянутую или полигональную форму, ядро с 2—3 ядрышками, небольшой размер (5—10 мкм) (см. рис. 1).

Получение обогащенной тромбоцитами плазмы

Для получения плазмы, обогащенной тромбоцитами (platelet-rich plasma, PRP), кровь миниатюрных свиней собирали в пробирки с ЭДТА, центрифугировали при 1100 об/мин в течение 10 мин. Тромбоциты, содержащиеся в супернатанте, осаждали центрифугированием при 3600 об/мин в течение 15 мин и ресуспензировали в половине объема супернатанта.

Получение тканеинженерной конструкции

МСК снимали с чашек Петри раствором Версена с добавлением 0,25% раствора трипсина и центрифугировали 10 мин при 1100 об/мин. Осадок ресуспензировали в обогащенной тромбоцитами плазме крови с получением клеточной суспензии с концентрацией клеток 4 млн в 1 мл плазмы. Для образования фибрина из содержащегося в PRP фибриногена в систему добавляли по каплям тромбин («Cormay»), растворенный в 10% растворе хлорида кальция («ДальХимФарм»). Полимеризация происходила в течение 3—5 мин.

Экспериментальная модель частичной резекции пульпы премоляров и моляров у миниатюрных свиней

Эксперимент проводился на 3 миниатюрных свиньях светлогорской популяции на базе Научного центра биомедицинских технологий РАМН. У животных экспериментальной группы (3 свиньи, 18 моляров) моделировали случайное вскрытие пульпы с пульпотомией. Под общей анестезией (золетил 15 мг/кг/рометар 2 мг/кг) алмазным шаровидным бором наносили повреждения на жевательной поверхности моляров. Повреждения были сделаны на глубину 5,5 мм и удаление коронковой пульпы — пульпотомия — осуществляли острым стерильным экскаватором. Орошение вскрытой корневой пульпы осуществляли антисептическим раствором хлоргексидином биглюконата 0,5%. Гемостаз после удаления пульпы из полости зуба и устьев каналов осуществляли на основе 20% сульфата железа. После полной остановки кровотечения проводили покрытие «культи» пульпы трансплантатом, полость закрывали пломбой FUJI IX (GC, Япония). Через 2 нед (1-е животное), 4 нед (2-е животное), 12 нед (3-е животное) свиньи подверглись эвтаназии путем передозировки внутривенно (раствором золетила 100 мг/кг) в соответствии с Приложением № 4 к Правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных (Приказ № 755 от 12.08.77) и был проведен забор блоков челюстей.

Гистологическая проводка недекальцинированных шлифов

Образцы фиксировали в 70% этаноле в течение 15 дней. Затем обезвоживали и заливали в метилметакрилат (Osteo-Bead, Sigma-Oldrich) по стандартной методике, рекомендованной производителем с последующей полимеризацией. Из полученных блоков изготавливались первичные срезы 100 мкм (Isomet 100), из которых готовились шлифы толщиной 40—50 мкм, которые окрашивали кислым фуксином и толуидиновым синим, а также небесным трихромом.

Микроскопическое исследование и документирование

Окрашенные шлифы подвергали микроскопии и документировали с помощью микроскопа Axioplan («Carl Zeiss», Германия).

Результаты

Экспериментальная модель частичной резекции пульпы (группа сравнения)

Через 14 сут после частичной резекции пульпы выявлено, что коронковая часть зуба имеет дефект, заполненный пломбировочным материалом, который также наблюдался на всех последующих сроках. Стенки дефекта ровные, ход канала с жевательной или передней поверхности коронки перпендикулярно к пульпарной камере. Пульпарная камера содержит обрывки волокнистых структур. Волокнистые структуры не содержали клеточных элементов уже на 14-е сутки и в последующем на 30-е и 60-е сутки клеточная популяция не восстанавливалась. Коронка зуба сохраняет целостность своей структуры в течение 30 сут, в последующем к 60-м суткам после повреждения наблюдались трещины и сколы. Пародонтальная щель несколько расширена уже к 14-м суткам и имеет тенденцию к неуклонному расширению в последующие сроки. Собственно, пародонт с повышенной клеточностью: соединительная ткань с большим количеством фибробластоподобных клеток среди волокнистого матрикса. Корни зуба и шейка зуба с очаговыми признаками остеокластической резорбции, чаще в области межкорневой щели. В некоторых случаях было выявлено разобщение прикрепления слизистой оболочки к шейке зуба с формированием узкой, едва заметной щели.

Экспериментальное исследование трансплантации клеточной культуры пульпы зуба миниатюрных свиней (группа наблюдения)

Через 14 сут после частичной резекции пульпы и трансплантации тканеинженерной конструкции, содержащей аутологичные клетки пульпы зуба, выявлено, что коронковая часть зуба имеет дефект, заполненный аморфным белесоватым веществом (пломбировочный материал). Стенки дефекта ровные, ход канала с жевательной или передней поверхности коронки перпендикулярно к пульпарной камере. Пульпарная камера содержит базофильную клеточную структуру — клеточный трансплантат. Устья каналов корней со стороны пульпарной камеры по внутренней поверхности содержат участки с ячеистой структурой, часто богатой сосудами и высокой клеточностью. Указанные структуры напоминают по своему виду грануляционную ткань. Между сосудами нежный рыхлый волокнистый матрикс, который достигал 2/3 объема к 60-м суткам наблюдения. К этому времени на стенках пульпарной камеры заметны отложения дентина в области дна и боковых стенок. А также на поверхности под трансплантатом в виде дентинового мостика. Коронка зуба сохраняет целостность своей структуры на протяжении всех сроков наблюдения. Пародонтальная щель несколько расширена уже к 14-м суткам, однако без значимой прогрессии в течение остального времени наблюдения. Собственно, пародонт с повышенной клеточностью: соединительная ткань с большим количеством фибробластоподобных клеток среди волокнистого матрикса.

Обсуждение

В настоящем исследовании было показано, что при трансплантации МСК пульпы в составе фибринового геля в область дефекта пульпы у миниатюрных домашних свиней уже через 14 сут наблюдается формирование рыхлой волокнистой соединительной ткани, в которой формируются дентиновые мостики, что свидетельствует о созревании функционально активных одонтобластов в области регенерации. Эффективность регенерации пульпы при использовании клеточных технологий зависит от возможности скорейшей трансплантации клеток в область дефекта после нарушения целостности пульпарной камеры. Для обеспечения немедленного введения клетки должны быть заранее получены у пациента или донора и криоконсервированы. В целом ряде исследований было показано, что хранение в жидком азоте не влияет на иммунофенотип, пролиферативную активность и дифференцировочный потенциал клеточных культур из пульпы [1, 4, 10]. При этом могут быть заморожены не только культуры стволовых клеток, а также фрагменты интактной пульпы и целые зубы [7, 9, 10]. В настоящее время уже создано несколько банков для хранения биоматериала из пульпы и периодонтальных тканей. Перед трансплантацией клетки иммобилизовали в фибриновом геле, полученном из плазмы крови, обогащенной тромбоцитами (PRP, platelet-rich plasma). Действие факторов роста, высвобождающихся при активации тромбоцитов, таких как PDGF, TGF-β, IGF-I, EGF, VEGF и др. направлено на стимуляцию ан-гиогенеза, хемотаксиса, митотической и метаболической активности клеток, участвующих в регенерации [2, 15].

Регенерация дентина при трансплантации стволовых клеток из выпавших молочных зубов была ранее уже показана в работе на миниатюрных свиньях [16]. Но в данном исследовании наряду с клеточной культурой использовали дополнительные индукторы — щелочную фосфатазу и бета-трикальцийфосфат, которые, несомненно, внесли свой вклад в регенеративный процесс, тогда как в настоящем исследовании регенерация наблюдалась и без дополнительных стимулирующих агентов.

Эффективность применения дентальных клеток пульпы в сочетании с PRP для регенерации ткани пульпы была исследована также на модели дефектов незрелых зубов у собак [17]. В данной группе было показано формирование дентиновых мостиков, что не наблюдалось при трансплантации кровяного сгустка, клеточной культуры или PRP. Однако, по заявлению авторов, образованная ткань имела остеоподобную структуру и располагалась непосредственно в верхушке каналов, а не в пульпарной камере, как в настоящем исследовании, и восстановления именно тканей пульпы показано не было.

Однако накопленный опыт позволяет приступить к проведению ограниченных клинических испытаний метода. Так исследования по оценке эффективности применения клеток из пульпы выпавших молочных зубов для регенерации тканей пульпы пациентов детского и подросткового возраста уже перешли в клиническую стадию и в 2017 г. закончены испытания метода регенерации пульпы после некроза и инфекции пульпы, основанные на применении аутологичных клеток. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/study/NCT01814436. К сожалению, результаты данного исследования к настоящему времени не опубликованы.

Таким образом, трансплантация аутологичных клеток пульпы в сочетании с обогащенной тромбоцитами плазмой может стать перспективным направлением в изучении регенерации ткани пульпы при ее частичной резекции, как модели случайного вскрытия пульпарной камеры в клинической практике.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ N16−15−00298.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Читайте также: