Автор фото, BBC/ Serenity Strull
Здоров’я зубів є життєво важливим, проте сучасні методи відновлення зубів тимчасові та не завжди ефективні. Чи можливо в майбутньому відновити зуб, дозволивши йому вирости знову?
Цей текст є скороченим викладом статті, повну версію можна знайти тут
Біохімікиня Ганнеле Руохола-Бейкер щодня отримує електронні листи від людей, які благають про участь у незвичайних стоматологічних дослідженнях – вони прагнуть відростити собі нові зуби.
Руохола-Бейкер є частиною глобальної спільноти науковців, які досліджують регенеративну медицину з метою заміни застарілих стоматологічних практик для мільйонів людей, що страждають від зубного болю або втрати зубів.
Якщо їхні амбітні плани втіляться в життя, відвідування стоматолога може в майбутньому означати відновлення пошкоджених зубних тканин або навіть вирощування цілого нового зуба, замість його ремонту штучними матеріалами чи видалення.
«З самого початку цієї роботи я зрозуміла одне, – зазначає Руохола-Бейкер, заступниця директора Інституту стовбурових клітин і регенеративної медицини Вашингтонського університету в США. – Люди готові до інновацій у стоматології».
Самостійне відновлення зубів
Зуби – це «наше вікно у світ», як висловлюється Памела Єлік, професорка Стоматологічної школи Тафтського університету в США.
«Якщо ви боїтеся відкрити рота або маєте труднощі з їжею, це запускає негативну психологічну реакцію», – додає вона.
Історично недооцінювалося твердження, що «здоров’я ротової порожнини є ключем до загального стану організму», як підкреслює Єлік. Зараз науковці все краще усвідомлюють, що проблеми зі здоров’ям зубів, зокрема бактерії, пов’язані із захворюваннями ясен, можуть збільшувати ризик серцево-судинних захворювань та респіраторних інфекцій. Також є припущення про зв’язок із хворобою Альцгеймера.
Втрата зубів, у свою чергу, корелює з підвищеною захворюваністю та передчасною смертністю. Вона негативно впливає на здатність людини споживати їжу, ретельно її пережовувати та посміхатися, а також може погіршувати соціальний та емоційний добробут. Це підступне замкнене коло, яке може мати витоки ще з дитячого віку.
Автор фото, BBC/ Serenity Strull
Як пояснює Енн Джордж, професорка оральної біології в Університеті Іллінойсу в Чикаго, карієс є найчастішою причиною руйнування зубів.
Структура зуба складається з чотирьох основних шарів: емалі, дентину, цементу та пульпи. Карієс розвивається, коли бактерії зубного нальоту переробляють цукри, продукуючи кислоти, які поступово руйнують зовнішній захисний шар зуба – емаль. Під емаллю знаходиться дентин, більш м’яка тканина, яка менш стійка до пошкоджень. Коли емаль руйнується і дентин стає доступним, ризик розвитку карієсу значно зростає.
Джордж вивчає білки, які сприяють росту, мінералізації та самовідновленню дентину. Вона також брала участь у команді, яка успішно клонувала один із генів, відповідальних за формування дентину. Це дозволило глибше зрозуміти процеси, за допомогою яких зуби створюють і підтримують цю тканину.
За словами Джордж, ці знання можуть прокласти шлях до нових методів лікування, які стимулюватимуть пошкоджені зуби до **самостійного відновлення каріозних дефектів** шляхом утворення нового дентину. У такому разі може зникнути потреба у традиційних пломбах для заповнення порожнин.
Руохола-Бейкер та її колеги також розробляють так звані «живі пломби», але їхній метод стосується переважно емалі, а не дентину. Досліджуючи зуби мудрості, вчена виявила, що специфічні клітини, які формують емаль (амелобласти), гинуть після прорізування зуба. Отже, після появи зуба в ротовій порожнині їх неможливо активувати.
Натомість команда використала хімічні сигнали для трансформації стовбурових клітин: частина перетворювалася на амелобласти, а інші – на одонтобласти (клітини, що утворюють дентин). Поєднавши ці клітини в лабораторних умовах, дослідники створили зубний органоїд – мініатюрну тканинну модель зуба, яка самостійно виробляє білки емалі.
Руохола-Бейкер уявляє майбутнє, де ці білки емалі використовуватимуться для створення пломб або як захисне покриття для відновлення потрісканих зубів. Однак її довгострокова мета значно амбітніша: **виростити повноцінний зуб** у лабораторних умовах. Зрештою, вона прагне імплантувати в ротову порожнину пацієнта спеціально розроблені клітини, необхідні для формування зуба, і дозволити, за її словами, «природі зробити свою справу».
Процес вирощування зуба
Якщо зуб значно уражений карієсом і має численні пошкодження, найбільш ефективним і простим методом лікування може бути його видалення та встановлення зубного імплантату – конструкції, що складається з гвинтоподібного штифта, штучної коронки та сполучного елемента між ними.
Однак **імпланти** мають певні недоліки. Вони не містять нервових закінчень, які дозволяють відчувати силу жування, що може призвести до ненавмисного надмірного стискання щелеп і пошкодження або навіть руйнування імплантату. Крім того, на поверхні імплантату може накопичуватися бактеріальний наліт, викликаючи запалення, яке може негативно вплинути на сусідні здорові зуби та тканини.
**Штучні коронки** також не є довговічним рішенням: зазвичай їх потрібно замінювати приблизно кожні 15 років. До того ж, вартість такого лікування може сягати тисяч доларів, залежно від умов страхування та інших чинників.
На думку Ани Анджелової Вольпоні, керівниці напряму регенеративної стоматології в Королівському коледжі Лондона, повністю вирощені в лабораторії зуби можуть стати більш стійким рішенням, ніж імпланти.
«Замість того, щоб просто «ремонтувати» пошкодження, ми могли б застосувати біологічну заміну», – зазначає Вольпоні. Вона також працює над створенням органоїда, здатного розвинутися в повноцінний замінник зуба.
«Навіть коли свиню готують до забою на м’ясо, у її щелепі залишаються зачатки зубів, які готуються до формування нового зуба», – Памела Єлік.
Команда Вольпоні виявила, що клітини, взяті з ясен дорослих людей, у поєднанні з клітинами, що формують зуби у мишей, можуть утворити гібридну «зубну структуру» людини та миші з життєздатними коренями, що продовжують розвиватися.
Наразі дослідниця зосереджена на відтворенні біологічних сигналів, які керують формуванням зуба, а також на розробці специфічних біоматеріалів, що допоможуть цим клітинам самоорганізуватися у структурований і функціональний зуб.
На жаль, у людей природний процес формування зубів не відбувається таким чином.
На відміну від деяких інших видів, люди не мають здатності постійно відрощувати нові зуби після втрати постійних. Акули, наприклад, володіють практично невичерпним запасом зубів, які постійно замінюються за конвеєрним принципом. У кенгуру протягом життя змінюється кілька прийомів корінних зубів. Те саме спостерігається і в слонів.
Автор фото, BBC/ Serenity Strull
Свині також демонструють цікаву біологічну рису: їхні щелепи містять кілька наборів зачатків дорослих зубів, які ще не прорізалися. Саме завдяки цій особливості Єлік вдалося виростити зуби, схожі на людські, у дорослих свиней породи юкатанський мініпіг, використовуючи комбінацію людських і свинячих зубних клітин.
Дослідницька група виділила з людських зубів клітини, здатні до формування дентину, а клітини, що утворюють емаль, отримала із зачатків непрорізаних зубів у щелепах свиней, які були відходами після забою на м’ясо.
«Навіть коли свиню готують до забою заради харчових потреб, у її щелепі все ще зберігаються зубні зачатки, готові до утворення нового зуба», – пояснює Єлік.
Після культивування клітин у лабораторних умовах дослідники помістили їх на спеціальний біоінженерний каркас, розроблений для імітації середовища, в якому природно розвивається зуб. Через три місяці на цьому каркасі сформувалися зубоподібні структури, швидкість розвитку яких була близькою до природного процесу формування зубів у свиней.
«Це стало підтвердженням принципу, що такий підхід справді може бути успішним (…) Після публікації результатів до нас звернулося багато людей, які відчайдушно шукали спосіб вирішити власні стоматологічні проблеми», – зазначає Єлік.
Зараз вона планує повторити експеримент протягом тривалішого періоду та безпосередньо в щелепі свині. У довгостроковій перспективі Єлік і її команда прагнуть навчитися стимулювати клітини до вирощування нових зубів безпосередньо в ротовій порожнині людини – вже без залучення будь-яких свинячих клітин.
Перехід від лабораторії до клініки
Незважаючи на значний інтерес до цих інноваційних технологій, до того, як перші пацієнти зможуть лікувати карієс шляхом самовідновлення зубів або отримати імплантовані вирощені в лабораторії зуби, ще мине кілька років.
Перш ніж розпочати «тестування на людях», як зазначає Руохола-Бейкер, необхідно провести попередні дослідження на приматах. Це потребуватиме додаткових ресурсів, часу та фінансування.
Крім того, для того, щоб вирощені в лабораторії зуби можна було безпечно імплантувати людям, науковцям ще належить розробити кращі умови для розвитку зубної тканини.
Водночас знання, здобуті в галузі регенеративної стоматології, можуть сприяти ширшим зусиллям з регенерації різних частин людського тіла, зокрема органів та кісток.