682

Streszczenie

Wstęp: komórki macierzyste oraz możliwości ich

wykorzystania w leczeniu stanowią przedmiot in-

tensywnych badań. Komórki te charakteryzuje

zdolność do samoodtwarzania i przekształcania w

zróżnicowane komórki danej tkanki. Obecność ko-

mórek macierzystych w dojrzałym organizmie (tzw.

somatycznych komórek macierzystych) umożliwia

regenerację tkanek. W tkankach zęba oraz tkankach

okołozębowych również stwierdzono obecność ko-

mórek macierzystych. Prowadzone są badania nad

ich właściwościami oraz możliwościami wykorzy-

stania w terapii.

Cel pracy: przedstawienie informacji na temat do-

tychczas zidentyfikowanych komórek macierzystych

zęba i więzadła ozębnowego oraz możliwości ich za-

stosowania do odtwarzania tkanek zęba oraz tkanek

okołozębowych.

Podsumowanie: dotychczas zidentyfikowano kilka

rodzajów komórek macierzystych obecnych w tkan-

kach zęba i więzadle ozębnowym. Stwierdzono do-

świadczalnie, że komórki te mogą przekształcać się

między innymi w: odontoblasty, osteoblasty oraz ko-

mórki podobne do neuronów. Wykazano możliwość

zastosowania komórek macierzystych do odtwarza-

nia: miazgi, zębiny i więzadła ozębnowego. Komórki

te wykorzystuje się również w próbach wytworzenia

biologicznego zęba zastępczego. Nie zidentyfikowa-

no dotychczas somatycznych komórek macierzystych

zdolnych do odtwarzania szkliwa.

Komórki macierzyste tkanek zęba i możliwości

odtwarzania struktur zęba – przegląd piśmiennictwa

Dental stem cells and regeneration of tooth structures

– review of literature

Ewa Olender

1

,

Artur Kamiński

1, 2

,

Izabela Uhrynowska-Tyszkiewicz

1

,

Hubert Wanyura

2

Z Zakładu Transplantologii i Centralnego Banku Tkanek WUM

1

Kierownik: dr hab. med. A. Kamiński
Z Kliniki Chirurgii Czaszkowo-Szczękowo-Twarzowej WUM

2

Kierownik: prof. zw. dr hab. med. H. Wanyura

Summary

Introduction: Stem cells and their possible

application in medical treatment is a subject of

intensive research. These cells are characterised by

their ability to self-renew and differentiate into cells

of the tissue of origin. The presence of stem cells in

adult organisms (the so-called somatic stem cells)

enables tissue regeneration. Stem cells are also

present in dental tissues. Experiments to determine

the properties of dental stem cells and potential

therapeutic applications are carried out.

Aim of the study: To present up to date information

on heretofore identified dental stem cells, and about

their potential applications in dental and periodontal

tissue regeneration.

Conclusions: So far, several kinds of dental stem

cells have been identified in dental tissue and

periodontal ligaments. It has been found that they

can differentiate to odontoblasts, osteoblasts, and

neuron-like cells. These dental stem cells can be used

to regenerate dentine, pulp, or periodontal ligament.

They can also be used to form an experimental

biotooth. No adult stem cell that would be able to

regenerate enamel has yet been identified.

KEYWORDS:

stem cells, dental tissues, dental structure

regeneration

HASŁA INDEKSOWE:

komórki macierzyste, tkanki zęba, odtwarzanie

struktur zęba

Czas. Stomatol., 2010, 63, 11, 682-692

© 2010 Polish Dental Society

http://www.czas.stomat.net

683

2010, 63, 11

Komórki macierzyste tkanek zęba

Wprowadzenie

Dojrzałe tkanki zęba oraz tkanki około-

zębowe wykazują zdolność do regeneracji.

Odtwarzaniu może ulegać uszkodzona zębi-

na oraz tkanki przyzębia. Naturalna odbudo-

wa tkanek po ich uszkodzeniu jest możliwa

dzięki obecności w nich puli komórek zdol-

nych do odtworzenia nie tylko samych komó-

rek, lecz także macierzy zewnątrzkomórko-

wej. Badania nad regeneracją zębiny wyka-

zały, że w proces odbudowy zaangażowane

są nie tylko odontoblasty, lecz również inne

komórki miazgi, położone pod warstwą odon-

toblastów. Komórki te umożliwiają regenera-

cję odontoblastów i zębiny w przypadku głę-

bokich uszkodzeń ze zniszczeniem warstwy

odontoblastów [7], zaś w określonych warun-

kach mogą one ulegać asymetrycznym po-

działom, w wyniku których odtwarzana jest

komórka niezróżnicowana oraz powstaje ko-

mórka zróżnicowana zdolna do syntezy ma-

cierzy zewnątrzkomórkowej. Komórki o ww.

charakterystyce określane są mianem komórek

macierzystych. Wyróżnia się dwa podstawo-

we typy komórek macierzystych: embrional-

ne (ang. Embryonic Stem Cells) i somatycz-

ne, obecne w tkankach dojrzałego organizmu

(ang. Adult Stem Cells). Embrionalne komór-

ki macierzyste mają charakter totipotencjalny,

tzn. mogą różnicować się w każdy rodzaj ko-

mórki obecny później w ukształtowanym orga-

nizmie. W przeciwieństwie do nich, somatycz-

ne komórki macierzyste wykazują ograniczo-

ny potencjał różnicowania. Ich rola polega na

zapewnieniu możliwości ciągłego samoodtwa-

rzania i naprawy uszkodzonych tkanek [19].

Pomiędzy stanem totipotencjalności a osta-

tecznym zróżnicowaniem istnieją stadia po-

średnie, w których komórki zachowują zdol-

ność różnicowania w rozmaite, ale nie wszyst-

kie, rodzaje komórek.

Cel pracy

Celem pracy było podanie informacji doty-

czących zidentyfikowanych dotychczas komó-

rek macierzystych zęba i więzadła ozębnowe-

go oraz możliwości ich wykorzystania do od-

twarzania tkanek zęba.

Komórki macierzyste zęba i więzadła

ozębnowego

Zainteresowanie terapią komórkową skłania

badaczy do poszukiwania komórek macierzy-

stych w różnych tkankach. Wśród komórek

o cechach komórek macierzystych, wyizolo-

wanych z tkanek zęba i więzadła ozębnowe-

go wyróżniono dotychczas następujące gru-

py: komórki macierzyste miazgi zęba, (ang.

Dental Pulp Stem Cells – DPSC), komórki ma-

cierzyste z ludzkich zębów mlecznych, (ang.

Stem cells from Human Exfoliated Deciduous

teeth – SHED), komórki macierzyste woreczka

zębowego (ang. Dental Follicle Stem Cells –

DFSC), komórki macierzyste wierzchołkowej

części brodawki zębowej, (ang. Stem Cells of

the Apical part of the Papilla – SCAP), komór-

ki macierzyste więzadła ozębnowego, (ang.

Periodontal Ligament Stem Cells – PDLSC).

Komórki macierzyste miazgi zęba, (ang.

Dental Pulp Stem Cells - DPSC)

Zębina wytwarzana jest przez odontoblasty.

Komórki macierzyste, które są źródłem odno-

wy odontoblastów, tzn. wykazują zdolność na-

mnażania się i przekształcania w odontoblasty,

zlokalizowano w miazdze zęba. Ich charakter

i rola zostały wstępnie zidentyfikowane w ba-

daniach procesów naprawczych zębiny – po

eksperymentalnym uszkodzeniu zębiny, ob-

serwowano bardzo intensywne podziały ko-

mórkowe poniżej warstwy odontoblastów, w

miazdze zęba [7]. Jako pierwsze spośród ko-

mórek macierzystych zęba zostały wyizolo-

684

E. Olender i in.

Czas. Stomatol.,

wane DPSC. W warunkach hodowli in vitro

komórki te wykazują szybkie tempo prolifera-

cji (częste podziały komórkowe), zaś ich ko-

lonie wytwarzają uwapnione struktury [11].

Wykazano również, że DPSC po wszczepieniu

na rusztowaniu HA/TCP (hydroksyapatyt/fos-

foran triwapniowy) pod skórę myszy bezgra-

siczych (usunięcie grasicy zapobiega reakcji

immunologicznej i odrzuceniu przeszczepu),

wytwarzają tkankę zębinopodobną zawiera-

jącą kolagen typu I. DPSC posiadają markery

typowe dla komórek macierzystych STRO-1

i CD34, mogą różnicować się także w oste-

oblasty, komórki endotelium i komórki ner-

wowe. Zatem mają charakter komórek multi-

potencjalnych [1, 3, 10]. Dokładniejsza analiza

DPSC wskazuje, że komórki te umiejscowione

są w obszarach okołonaczyniowych miazgi, i

być może wywodzą się z perycytów – komó-

rek przydanki naczyń [36].

Komórki macierzyste z ludzkich zębów

mlecznych (ang. Stem cells from Human

Exfoliated Deciduous teeth – SHED)

Zęby mleczne budzą zainteresowanie jako

źródło komórek macierzystych ze względu

na łatwą dostępność. Wyizolowano popula-

cję komórek SHED z miazgi zębów mlecz-

nych. Komórki te, podobnie jak DPSC, zloka-

lizowane są w obszarach okołonaczyniowych

miazgi. Charakteryzują się wyższym poten-

cjałem proliferacyjnym – częstszymi podzia-

łami komórkowymi – niż DPSC. Wykazują

także intensywniejszą ekspresję genów zwią-

zanych z wytwarzaniem macierzy zewnątrz-

komórkowej, np. czynnika wzrostu fibrobla-

stów, (ang. Fibroblast Growth Factor – FGF) i

transformującego czynnika wzrostu beta, (ang.

Transforming Growth Factor – TGF β). TGF β

jest wytwarzany w reakcji na uszkodzenie tka-

nek i prawdopodobnie stanowi sygnał mobili-

zujący komórki macierzyste miazgi do prze-

kształcania się w odontoblasty [37]. Komórki

SHED wysiane na rusztowania i wszczepione

podskórnie myszom bezgrasiczym różnicują

się do komórek sródbłonka naczyń oraz do

odontoblastów [2, 34].

Komórki macierzyste woreczka zębowe-

go, (ang. Dental Follicle Stem Cells –

DFSC)

Woreczek zębowy jest zagęszczeniem tkan-

ki mezenchymatycznej wokół rozwijającego

się zawiązka zęba. Aktywność komórek wo-

reczka prowadzi do powstania więzadła ozęb-

nowego oraz cementu [21]. Uważa się, że wo-

reczek zębowy zawiera komórki progenitoro-

we cementoblastów, osteoblastów oraz komó-

rek więzadła ozębnowego. Pierwotnie uważa-

no, że zdolność komórek woreczka do różni-

cowania w linie komórkowe wynika z ich mul-

tipotentnego charakteru. Wykazano jednak, że

komórki woreczka nie stanowią jednorodnej

grupy [25]. W warunkach hodowli in vitro, ko-

mórki woreczka zębowego są w stanie różni-

cować się do komórek podobnych do cemento-

blastów i osteoblastów [26, 46]. Po przeszcze-

pieniu myszom bezgrasiczym komórki DFSC

wytwarzają włóknistą tkankę przypominają-

cą więzadło ozębnowe oraz zmineralizowaną

tkankę podobną do cementu [12].

Komórki macierzyste wierzchołkowej czę-

ści brodawki zębowej, (ang. Stem Cells of

Apical part of the Papilla – SCAP)

Komórki macierzyste wierzchołkowej czę-

ści brodawki zębowej zlokalizowane są na

szczycie korzenia zęba w fazie wzrostu, przed

jego wyrznięciem. Do celów badawczych

SCAP izoluje się z niedojrzałych zawiązków

zębów trzonowych. Komórki te mogą różnico-

wać się do odontoblastów i wytwarzają zębinę.

Po przeszczepieniu podskórnie SCAP myszom

bezgrasiczym na nośniku HA/TCP obserwo-

685

2010, 63, 11

Komórki macierzyste tkanek zęba

wano pokrycie nośnika warstwą zębiny i wy-

twarzanie tkanki łącznej właściwej [38]. SCAP

w porównaniu z DPSC cechuje szybsze tempo

podziałów komórkowych. Szczególne zainte-

resowanie budzi rola SCAP w procesie dojrze-

wania korzenia i możliwość ich zastosowania

w konstruowaniu korzenia zęba metodami in-

żynierii tkankowej [15].

Komórki

Macierzyste

Więzadła

Ozębnowego (ang. Periodontal Ligament

Stem Cells - PDLSC)

O obecności komórek macierzystych w wię-

zadle ozębnowym świadczy zdolność jego re-

generacji. Komórki posiadające markery ko-

mórek macierzystych Stro-1, CD146/MUC18,

wyizolowano z ludzkiego więzadła ozębno-

wego. W warunkach hodowli in vitro różnicu-

ją się do komórek o cechach cementoblastów,

komórek tłuszczowych oraz komórek synte-

tyzujących kolagen. PDLSC po przeszczepie-

niu gryzoniom bezgrasiczym wytwarzają ce-

ment oraz struktury przypominające ozębną

.

Przeszczepianie PDLSC może być w przy-

szłości wykorzystane w leczeniu chorób przy-

zębia [35].

Komórki odontogenne pochodzenia na-

błonkowego

Poszczególne części zawiązka zęba powsta-

ją z jednej z dwóch tkanek embrionalnych:

tkanki nabłonkowej, pochodzącej z nabłonka

pierwotnej jamy ustnej oraz mezenchymy wy-

wodzącej się z grzebienia nerwowego [21]. W

formowaniu szkliwa bierze udział tkanka na-

błonkowa, zaś pozostałe struktury zęba roz-

wijają się z mezenchymy. Komórki macierzy-

ste zęba, które zostały dotychczas zidentyfi-

kowane wywodzą się z mezenchymy. Szkliwo

zęba jest wytwarzane przez ameloblasty, ko-

mórki wywodzące się z odontogennej tkan-

ki nabłonkowej. W ostatniej fazie tworzenia

szkliwa, przed wyrznięciem zęba, amelobla-

sty zanikają. Jak dotąd nie zidentyfikowano

komórek macierzystych dojrzałego zęba ludz-

kiego, które wykazywałyby zdolność do różni-

cowania się w komórki o charakterze nabłon-

kowym, zdolnych do indukcji odontogenezy

oraz tworzenia szkliwa. Stanowi to zasadniczą

trudność w uzyskaniu biologicznego substy-

tutu szkliwa i biologicznego zęba zastępcze-

go. Potencjalnym źródłem komórek nabłon-

kowych zdolnych do zróżnicowania do ame-

loblastów jest nabłonek zawiązków zębów, np.

pozyskiwanych z trzecich zębów trzonowych

przed ich wyrznięciem. W praktyce ich wy-

korzystanie oznaczałoby konieczność resekcji

oraz przechowywania komórek w warunkach

zapewniających ich przeżycie i zachowanie

właściwości do czasu, gdy zaistnieje potrzeba

ich wykorzystania do procedur odtwórczych.

W doświadczeniach na zwierzętach stwier-

dzono, że komórki wyizolowane z zawiązków

zęba namnażają się in vitro oraz wykazują zdol-

ność do spontanicznej reagregacji. Z powsta-

łych agregatów nabłonkowo-mezenchymal-

nych, po ich przeszczepieniu do sieci lub pod

torebkę nerki, co zapewnia właściwe ukrwie-

nie, rozwija się zawiązek zęba [28]. Źródłem

komórek odontogennych mogą być komórki

ludzkie inne niż zęba. Wykazano na przykład,

że ludzkie keratynocyty (komórki nabłonko-

we skóry) w hodowli z mysimi embrionalny-

mi komórkami mezenchymy zębotwórczej, w

obecności czynnika wzrostu FGF8, syntetyzu-

ją białko charakterystyczne dla nabłonka zę-

botwórczego - PITX2. Stwierdzono także, że

w ww. układzie doświadczalnym keratynocy-

ty różnicują się do ameloblastów syntetyzu-

jących szkliwo (dochodzi do wykształcenia

tkanek korony zęba, o charakterze chimerycz-

nym, ludzko-mysim) [40]. Jednak wykorzysta-

nie kliniczne takich chimer budzi wątpliwości

i nie jest rozwiązaniem do zaakceptowania.

686

E. Olender i in.

Czas. Stomatol.,

Podejmuje się także próby wykorzystania w

analogicznym celu nabłonka jamy ustnej. W

doświadczeniach na myszach, nabłonek jamy

ustnej w kontakcie z mezenchymą zawiązka

zęba podejmuje czynność nabłonka zębotwór-

czego. Tkanki te po przeszczepieniu pod to-

rebkę nerki rozwijały się w zawiązek zęba, w

którym stwierdzano obecność odontoblastów i

ameloblastów oraz szkliwa i zębiny [27].

Zastosowania terapeutyczne komórek

macierzystych tkanek zęba i więzadła

ozębnowego

Regeneracja zębiny i miazgi

Pierwsze naukowe doniesienia na temat re-

generacji zębiny autorstwa Johna Huntera,

brytyjskiego chirurga, pioniera anatomii pa-

tologicznej w Anglii pochodzą z XVIII wie-

ku. Możliwość stymulowania regeneracji zę-

biny wodorotlenkiem wapnia zaobserwowa-

no w latach 30-tych XX wieku. W przypadku

niewielkich uszkodzeń, odontoblasty reagują

zwiększoną aktywnością i syntetyzują zębinę

naprawczą, zaś w przypadku uszkodzeń głębo-

kich, ulegają martwicy i są zastępowane popu-

lacją nowych komórek, powstałych z komórek

macierzystych miazgi. Funkcjonowanie odon-

toblastów oraz zębiny jest uzależnione od ist-

nienia i czynności miazgi zęba. Leczenie en-

dodontyczne prowadzi między innymi do upo-

śledzenia cech mechanicznych zębiny.

Próby indukowania regeneracji miazgi po-

dejmowano w latach 60-tych i 70-tych XX

wieku, jednak bezskutecznie. Przełom nastąpił

w latach 90 dzięki rozwojowi inżynierii tkan-

kowej i terapii komórkowych. Współczesne

koncepcje odtwarzania miazgi zęba opierają

się na zastosowaniu trójwymiarowych rusz-

towań z materiałów biodegradowalnych (np.

kolagenu, kwasu poliglikolowego – PGA), na

które wysiewa się komórki zdolne do syntezy

macierzy miazgi. Konstrukty składające się

z rusztowania oraz komórek DPSC i SHED

wszczepiano zwierzętom podskórnie. W przy-

padku zastosowania rusztowań z kwasu polim-

lekowego, (ang. Polylactid Acid – PLA), po

kilku tygodniach od implantacji obserwowa-

no formowanie tkanki miazgi oraz obecność

odontoblastów i warstwy zębiny [2]. W przy-

padku rusztowań z kolagenu nie stwierdza-

no obecności odontoblastów oraz formowania

macierzy miazgi. Przyczyny tych różnic upa-

truje się we właściwościach mechanicznych

kolagenu [14, 33].

Podejmowane są również próby wykorzy-

stania SCAP. Uzyskano obiecujące wyniki z

zastosowaniem rusztowań PLA – wytworzo-

na miazga była dobrze unaczyniona, pokry-

ta warstwą zębiny o jednolitej grubości [14].

Częściową regenerację miazgi w obrębie zęba

uzyskała grupa badawcza Nakashimy w bada-

niach na psach. Autologiczne DPSC hodowa-

no w postaci sferoidu. Komórki poddano dzia-

łaniu białka morfogenetycznego kości (ang.

Bone Morphogenetic Protein – BMP2) i wsz-

czepiono do częściowo amputowanej komo-

ry zęba. Uzyskano regenerację zębiny przez

nowo powstałe odontoblasty [17]. W innym

doświadczeniu komórki miazgi wysiewa-

no na rusztowanie kolagenowe i umieszcza-

no w częściowo opróżnionej komorze zęba.

Zaobserwowano odtworzenie miazgi wraz z

naczyniami oraz zębiny [18]. Barierę w zasto-

sowaniach klinicznych może stanowić niedo-

stateczne zaopatrzenie w krew kanału i komo-

ry zęba, zwłaszcza w przypadku, gdy średni-

ca otworu wierzchołka korzenia jest mniejsza

niż 1 mm. Nowo wytworzona zębina okazała

się tkanką o gorszej jakości, aniżeli natural-

na zębina naprawcza, zaś nie obserwowano

w niej wysoko zorganizowanej struktury ka-

nalikowej. Problemem stanowi także dostęp-

ność autologicznych komórek macierzystych

687

2010, 63, 11

Komórki macierzyste tkanek zęba

zęba. Rozwiązaniem może być bankowanie

zębów bądź komórek macierzystych tkanek

zęba [15].

Regeneracja więzadła ozębnowego

Stany zapalne więzadła ozębnowego pro-

wadzą do uszkodzenia, a nawet utraty apara-

tu więzadłowego zęba oraz niszczenia kości

wyrostka zębodołowego. Regeneracja więza-

dła ozębnowego oraz kości wyrostka zębodo-

łowego może być w przyszłości wspomagana

terapią komórkową. W tym celu podejmowa-

ne próby z wykorzystaniem różnych populacji

komórek macierzystych są ukierunkowane na

odtworzenie procesów embrionalnych, zgod-

nie z ich naturalną chronologią i lokalizacją

[31], a także metody inżynierii tkankowej z

zastosowaniem rusztowań obsianych komór-

kami. Metody inżynierii tkankowej są koncep-

cyjnie prostsze i skupiają się na doborze wła-

ściwych materiałów i komórek.

Obiecujące są wyniki doświadczeń, w któ-

rych przeszczepia się film komórkowy, uzy-

skany z hodowli PDLSC. Komórki te izolu-

je się z trzecich zębów trzonowych i hoduje

w specjalnych naczyniach pokrytych poli-N-

-isopropylacrylo-amidem (PIPAAm). Materiał

ten umożliwia samoistne oddzielenie komó-

rek od podłoża w niskich temperaturach i

uzyskanie filmu komórkowego zdatnego do

przeszczepienia. Filmy takie przeszczepiano

szczurom, którym uprzednio usunięto więza-

dło ozębnowe oraz cement. Obserwowano for-

mowanie włókien więzadła oraz bezkomór-

kowej warstwy cementopodobnej. Nie docho-

dziło jednak do wytwarzania tkanki kostnej

[8]. Według innych doniesień, przeszczepie-

nie w okolicę wierzchołka korzenia zęba na-

mnożonych w hodowli PDLSC skutkowało

wytworzeniem struktur więzadła, kości i ce-

mentu. Równocześnie obserwowano wrastanie

nerwu obwodowego i naczynia krwionośnego

do kanału korzenia [32]. Regenerację kości

uzyskano w doświadczeniach, w których ko-

mórki (dwie grupy – mezenchymatyczne ko-

mórki macierzyste szpiku kostnego i PDLSC)

przeszczepiano na rusztowaniu z HA/TCP.

Osiem tygodni po przeszczepieniu stwierdza-

no obecność nowo wytworzonej tkanki kost-

nej. Formowanie kości było bardziej efektyw-

ne w przypadku użycia komórek szpiku [20].

Wypracowanie metodyki odtwarzania więza-

dła ozębnowego możliwej do zastosowania

klinicznego wymaga dalszych badań.

Wytwarzanie biologicznych zębów zastęp-
czych

Uzyskanie żywej biologicznej struktury

wymaga obecności komponentu komórko-

wego. W wielu ośrodkach badawczych pro-

wadzi się prace nad wytworzeniem biologicz-

nego (żywego) zęba zastępczego. Próby ewo-

luowały w dwóch kierunkach: namnażania i

wysiewania komórek na rusztowania polime-

rowe in vitro, a następnie implantacji obsiane-

go rusztowania oraz implantacji odpowiednio

dobranych i zmodyfikowanych komórek bez

wysiewania na rusztowania. Przeszczepiane

komórki powinny wykazywać samoistny po-

tencjał odontogenny lub indukowany czyn-

nikami wzrostu i transkrypcji [31]. Pod uwa-

gę brane są komórki: zęba i jego zawiąz-

ka, struktur okołozębowych oraz macierzyste

komórki mezenchymatyczne szpiku kostne-

go [44]. Wyniki doświadczeń na zwierzętach

są obiecujące. Konglomeraty embrionalnych

komórek nabłonkowych i mezenchymalnych

uzyskanych z zawiązka zęba, konglomerta-

ty embrionalnych komórek nabłonka jamy

ustnej oraz mezenchymatycznych komórek

macierzystych szpiku, po wszczepieniu pod

torebkę nerki lub do zębodołu podejmowały

proces odontogenezy i prowadziły do wytwo-

rzenia struktur zęba.

688

E. Olender i in.

Czas. Stomatol.,

Problematyczne pozostaje wyhodowanie

korzenia zęba – jest ono możliwe tylko w sy-

tuacji, gdy powstały zawiązek rozwija się w

kontakcie z tkanką kostną [28, 30]. Wyniki

doświadczeń z zastosowaniem rusztowań są

gorsze. Wyhodowane struktury zawierały

tkanki typowe dla zęba, jednak były one cha-

otycznie rozłożone, zaś całość nie osiągała

rozmiarów i formy zastosowanego i wymode-

lowanego na kształt zęba rusztowania [5, 6].

Obecnie największą barierą w uzyskiwaniu

biologicznych zębów zastępczych jest brak

odpowiedniego źródła nieembrionalnych ko-

mórek zdolnych do podjęcia czynności na-

błonkowych komórek zawiązka zęba, w tym

wykształcenia szkliwa i udziału w tworzeniu

korzenia.

Inne potencjalne zastosowania komórek ma-
cierzystych tkanek zęba

Doświadczalnie wykazano znaczną pla-

styczność komórek macierzystych tkanek

zęba. Mogą one, w odpowiednich warunkach,

różnicować się do osteoblastów, chondrocy-

tów, komórek mięśniowych, tłuszczowych

oraz nerwowych [22]. Szczególne zaintere-

sowanie budzi uzyskiwanie tkanki kostnej z

komórek macierzystych tkanek zęba oraz ich

zastosowanie w chorobach neurodegenera-

cyjnych. Komórki pochodzące z miazgi zę-

bów mlecznych umieszczane w hodowli prze-

kształcają się w komórki kościotwórcze (oste-

oblasty), czego dowodem jest obserwowana

synteza osteokalcyny, białka charakterystycz-

nego dla osteoblastów. Po 30 dniach hodow-

li obserwowano formowanie tkanki kostnej

splotowatej (niedojrzałej). Tkanka ta, po prze-

szczepieniu szczurom bezgrasiczym ulegała

przebudowie do tkanki kostnej blaszkowatej

(dojrzałej). Miazga zębów mlecznych może

być zatem źródłem osteoblastów oraz zmine-

ralizowanej tkanki [22].

W serii innych doświadczeń na zwierzę-

tach, w miejsce celowo wytworzonego ubytku

kostnego przeszczepiano komórki macierzyste

zęba zawieszone w osoczu bogatopłytkowym,

(ang. Platelet Rich Plasma – PRP). Osocze peł-

niło rolę naturalnego nośnika oraz źródła sy-

gnałów molekularnych. Przeszczepiano DPSC

i DHED oraz komórki macierzyste szpiku (ang.

Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells – BM-

MSC). Tkanki oceniano po 2, 4 i 8 tygodniach.

W przypadku przeszczepiania DPSC, SHED

i BM-MSC obserwowano znacznie efektyw-

niejszą odbudowę tkanki kostnej w stosunku

do prób kontrolnych (ubytek kości wypełnio-

ny krwią, ubytek kości wypełniony PRP) [43].

Zarówno komórki DPSC jak i SHED w odpo-

wiednich warunkach hodowli in vitro mogą

różnicować do komórek morfologicznie przy-

pominających neurony, o podobnym do neu-

ronów profilu ekspresji genów. DPSC, nawet

niezróżnicowane morfologicznie w kierun-

ku neuronalnym, wykazują ekspresję marke-

rów neuroektodermalnych PAX6, GBX2, biał-

ka nestyny, a także markerów neuronalnych

jak: BDNF (ang. Brain-Derived Neurotrophic

Factor), NGF (ang. Nerve Growth Factor) oraz

GDNF (ang. Glial cell-Derived Neurotrophic

Factor) i wykazują wyraźną predyspozycję do

różnicowania do linii neuronalnych [9, 29].

Funkcjonalne komórki neuronalne uzyski-

wane z łatwo dostępnych, nie budzących za-

strzeżeń natury etycznej komórek macierzy-

stych, np. z komórek macierzystych zęba,

mogłyby być wykorzystywane do leczenia

chorób neurodegeneracyjnych, (np. choroba

Parkinsona). Przyczyną choroby Parkinsona

jest obumieranie dopaminergicznych neuro-

nów istoty czarnej, co prowadzi do obniże-

nia poziomu dopaminy w prążkowiu.

Komórki

SHED inkubowano w medium zawierającym

cytokiny oraz czynniki wzrostu pobudzające

różnicowanie w kierunku komórek neuronów

689

2010, 63, 11

Komórki macierzyste tkanek zęba

dopaminoergicznych, a następnie przeszcze-

piano szczurom chorym na ten rodzaj scho-

rzenia. Obserwowano poprawę stanu zwierząt,

którym przeszczepiono do prążkowia tak inku-

bowane komórki SHED w porównaniu z grupą

kontrolna, której przeszczepiono traktowane

standardowo komórki SHED. Wyniki badań

świadczą o tym, że komórki SHED mogą sta-

nowić źródło somatycznych komórek macie-

rzystych do zastosowania w terapii komórko-

wej choroby Parkinsona [40].

Wykorzystanie komórek macierzystych izo-
lowanych z innych tkanek do regeneracji
tkanek zęba

Mezenchymatyczne komórki macierzyste

szpiku (BM-MSC) mogą różnicować się, mię-

dzy innymi, do komórek kości, chrząstki, mię-

śni, tkanki tłuszczowej. Podejmowano próby

uzyskiwania z BM-MSC komórek tkanek zęba.

Wykazano, że komórki BM-MSC hodowane

razem z embrionalnymi komórkami nabłon-

ka jamy ustnej różnicują się do komórek po-

dobnych do odontoblastów, w których stwier-

dzono obecność białka markerowego odon-

togenzy PAX9. Po przeszczepieniu konglo-

meratów BM-MSC i embrionalnych komórek

nabłonkowych jamy ustnej pod torebkę nerki

dorosłych szczurów, obserwowano wytwarza-

nie struktur podobnych do zębów otoczonych

tkanką miękką oraz kostną. Stwierdzano eks-

presję sialoproteiny zębinowej w tkance po-

wstałych struktur zębopodobnych [24].

Nadal poszukuje się alternatywnych, ła-

twiej dostępnych źródeł komórek macierzy-

stych wykazujących potencjał odontogenny.

Przykładem takiej struktury jest mieszek wło-

sowy. Jego komórki mogą się różnicować do

adipocytów, osteoblastów, a także, po indukcji

przez mezenchymę zawiązka zęba, do odon-

toblastów [42]. Obiecujące wyniki otrzyma-

no również w przypadku multipotentnych ko-

mórek skóry (ang. Dermal Multipotent Cells

– DMC). Komórki te, stymulowane czynni-

kami wzrostu zawartymi w nadsączu hodowli

komórek zęba, różnicowały się do odontobla-

stów, a po przeszczepieniu podskórnym w po-

staci peletki, komórki te wytwarzały zminera-

lizowaną tkankę, podobnie jak to sie obserwu-

je po przeszczepieniu DPSC [16].

Możliwości bankowania komórek macierzy-
stych zęba

Krioprezerwacja tkanek i komórek stoso-

wana jest od dziesięcioleci. Jej celem jest dłu-

gotrwałe przechowywanie komórek, po któ-

rym możliwe jest przywrócenie im wszystkich

funkcji biologicznych, zatrzymanych w pro-

cesie schładzania. W procesie krioprezerwa-

cji stosuje się bardzo niskie temperatury, zwy-

kle -70°C i niższe, oraz czynniki chemiczne

o działaniu ochronnym w stosunku do komó-

rek. Krioprezerwowane zęby wykorzystuje się

z powodzeniem do autotransplantacji. W ba-

daniach dotyczących właściwości mechanicz-

nych i biologicznych krioprezerwowanych zę-

bów i więzadeł ozębnowych, przeznaczonych

potencjalnie do przeszczepienia stwierdzono,

że właściwości mechaniczne zęba krioprezer-

wowanego nie odbiegają od właściwości nor-

malnego zęba, tkanki więzadła ozębnowego

zachowują satysfakcjonujące właściwości,

tkanka miazgi ze względu na słabą przepusz-

czalność dla czynników krioprezerwujących

ulega uszkodzeniu (zatem krioprezerwowa-

ny ząb jest niepełnowartościowy), jednak z

miazgi nadal można izolować funkcjonalne

komórki macierzyste DPSC [23]. Izolowanie

DPSC jest możliwe przez co najmniej 120 go-

dzin od ekstrakcji zęba.

Komórki DPSC po izolacji można utrzymać

w warunkach hodowli in vitro. Zamrożenie

tej hodowli na wczesnych etapach zapew-

nia wysoki odsetek przeżywalności komórek.

690

E. Olender i in.

Czas. Stomatol.,

Przechowywanie w temperaturach -85°C lub

-196°C przez sześć miesięcy nie ma wpływu na

czynność tych komórek [41]. Krioprezerwacja

nie wpływa też negatywnie na komórki SCAP,

Nie stwierdzono osłabienia potencjału różni-

cowania krioprezerwowanych komórek SCAP

w stosunku do świeżo izolowanych [4].

Podsumowanie

W tkankach dojrzałego zęba oraz więza-

dła ozębnowego obecne są komórki macie-

rzyste. Komórki te biorą udział w naturalnych

procesach naprawczych. Bada się możliwości

ich zastosowania w leczeniu. Somatyczne ko-

mórki macierzyste tkanek zęba oraz więzadła

ozębnowego mogą być wykorzystane do in-

dukowania regeneracji więzadła ozębnowego,

miazgi zęba, zębiny, a także wytwarzania bio-

logicznych zębów zastępczych.

Krioprezerwowanie i bankowanie zębów

mlecznych, zdrowych trzecich zębów trzono-

wych lub komórek z nich pozyskanych umożli-

wia przechowywanie czynnościowych komórek

macierzystych do czasu, gdy u danego pacjenta

zajdzie potrzeba ich użycia do regenaracji tka-

nek. Komórki macierzyste zęba mogą stanowić

źródło komórek wykorzystywanych w terapii

komórkowej zmian w obrębie innych tkanek,

np. w chorobach neurodegeneracyjnych.

Piśmiennictwo

1. Arthur A, Rychkov G, Shi S, Koblar S A,

Gronthos S: Adult human dental pulp stem

cells differentiate toward functionally acti-

ve neurons under appropriate environmental

cues. Stem Cells 2008, 26, 7: 1787-1795.

2. Cordeiro M M, Dong Z, Kaneko T, Zhang Z,

Miyazawa M, Shi S, Smith A J, Nör J E: Dental

pulp tissue engineering with stem cells from

exfoliated deciduous teeth. J Endod 2008, 34,

8: 962-969.

3. d’Aquino R, Graziano A, Sampaolesi M,

Laino G, Pirozzi G, De Rosa A, Papaccio G:

Human postnatal dental pulp cells co-diffe-

rentiate into osteoblasts and endotheliocytes:

a pivotal synergy leading to adult bone tis-

sue formation. Cell Death Differ 2007, 14, 6:

1162-1171.

4. Ding G, Wang W, Liu Y, An Y, Zhang C, Shi S,

Wang S: Effect of cryopreservation on biolo-

gical and immunological properties of stem

cells from apical papilla. J Cell Physiol 2010,

223, 2: 415-422.

5. Duailibi M T, Duailibi S E, Young C S, Barlett

J D, Vacanti I P, Yelick P C: Bioengineered te-

eth from cultured rat tooth bud cells. J Dent

Res 2004, 83: 523-528.

6. Duailibi S E, Duailibi M T, Zhang W, Asrican

R, Vacant I P, Yelick P: Bioengineered dental

tissues grown in the rat jaw. J Dent Res 2008,

87: 745-750.

7. Fitzgerald M, Chiego D J Jr, Heys D R:

Autoradiographic analysis of odontoblast re-

placement following pulp exposure in primate

teeth. Arch Oral Biol 1990, 35, 9: 707-715.

8. Flores M G, Hasegawa M, Yamato M,

Takagi R, Okano T, Ishikawa I: Cementum-

periodontal ligament complex regeneration

using the cell sheet technique. J Periodontal

Res. 2008, 43, 3: 364-371.

9. Govindasamy V, Abdullah A N, Ronald V

S, Musa S, Ab Aziz Z A, Zain R B, Totey S,

Bhonde R R, Abu Kasim N H: Inherent dif-

ferential propensity of dental pulp stem cells

derived from human deciduous and perma-

nent teeth. J Endod 2010, 36, 9: 1504-1515.

10. Graziano A, d’Aquino R, Laino G, Papaccio

G: Dental pulp stem cells: a promising tool

for bone regeneration. Stem Cell Rev 2008,

4, 1: 21-26.

11. Gronthos S, Mankani M, Brahim J, Robey P

G, Shi S: Postnatal human dental pulp stem

cells (DPSCs) in vitro and in vivo. Proc Natl

Acad Sci USA 2000, 97, 25: 13625-13630.

12. Handa K, Saito M, Tsunoda A, Yamauchi M,

Hattori S, Sato S, Toyoda M, Teranaka T,

Narayanan A S: Progenitor cells from dental

691

2010, 63, 11

Komórki macierzyste tkanek zęba

follicle are able to form cementum matrix in

vivo. Connect Tissue Res 2002, 43: 406-408.

13. Hu B, Unda F, Bopp-Kuchler S, Jimenez L,

Wang X J, Haïkel Y, Wang S L, Lesot H: Bone

marrow cells can give rise to ameloblast-like

cells. J Dent Res 2006, 85, 5: 416-421.

14. Huang G: Pulp and dentin tissue engineering

and regeneration: current progress. Regen

Med 2009, 4, 5: 697-707.

15. Huang G T, Sonoyama W, Liu Y, Liu H, Wang

S, Shi S: The hidden treasure in apical papilla:

the potential role in pulp/dentin regeneration

and bioroot engineering. J Endod 2008, 34, 6:

645-651.

16. Huo N, Tang L, Yang Z, Qian H, Wang Y, Han

C, Gu Z, Duan Y, Jin Y:Differentiation of der-

mal multipotent cells into odontogenic line-

age induced by embryonic and neonatal tooth

germ cell-conditioned medium. Stem Cells

Dev 2010, 19, 1: 93-104.

17. Iohara K, Nakashima M, Ito M, Ishikawa M,

Nakasima A, Akamine A: Dentin regeneration

by dental pulp stem cell therapy with recom-

binant human bone morphogenetic protein 2.

J Dent Res 2004, 83: 590-595.

18. Iohara K, Zheng L, Ito M: Regeneration of

dental pulp after pulpotomy by transplanta-

tion of CD31−/CD146− side population cells

from a canine tooth. Regen Med 2009, 4: 377-

-385.

19. Jones L: Stem cells: So what’s in a niche?

Current Biology 2001, 11: R484–R486.

20. Kim S H, Kim K H, Seo B M, Koo K T, Kim T

I, Seol Y J, Ku Y, Rhyu I C, Chung C P, Lee Y

M:Alveolar bone regeneration by transplan-

tation of periodontal ligament stem cells and

bone marrow stem cells in a canine peri-im-

plant defect model: a pilot study. J Periodontol

2009, 80, 11: 1815-1823.

21. Kmieć Z: Histologia i cytofizjologia zęba

i jamy ustnej. Elsevier Urban & Partner,

Wrocław 2007, str. 7-34.

22. Laino G, Graziano A, d’Aquino R, Pirozzi

G, Lanza V, Valiante S, De Rosa A, Naro F,

Vivarelli E, Papaccio G: An approachable

human adult stem cell source for hard-tissue

engineering. J Cell Physiol 2006, 206, 3: 693-

-701.

23. Lee S Y, Chiang P C, Tsai Y H, Tsai S Y, Jeng J

H, Kawata T, Huang H M: Effects of cryopre-

servation of intact teeth on the isolated dental

pulp stem cells. J Endod 2010, 36, 8: 1336-

-1340.

24. Li Z Y, Chen L, Liu L, Lin Y F, Li A W, Tian

W D: Odontogenic potential of Bone Marrow

Mesenchymal Stem Cells. J Oral Maxillofac

Surg 2007, 65: 494-500.

25. Luan X, Ito Y, Dangaria S, Diekwisch T G:

Dental follicle progenitor cell heterogeneity

in the developing mouse periodontium. Stem

Cells Dev 2006, 15, 4: 595-608.

26. Morsczeck C, Gotz W, Schierholz J, Zeilhofer

F, Kuhn U, Mohl C, Sippel C, Hoffmann KH:

Isolation of precursor cells (PCs) from human

dental follicle of wisdom teeth. Matrix Biol

2005, 24: 155-165.

27. Nakagawa E, Itoh T, Yoshie H, Satokata I:

Odontogenic potential of post-natal oral mu-

cosal epithelium. J Dent Res 2009, 88, 3: 219-

-223.

28. Nakao K, Morita R, Saji Y, Ishida K, Tomita Y,

Ogawa M, Saitoh M, Tomooka Y, Tsuji T: The

development of a bioengineered organ germ

method. Nat Methods, 2007, 4, 3:227-30.

29. Nesti C, Pardini C, Barachini S, D’Alessandro

D, Siciliano G, Murri L, Petrini M, Vaglini F:

Human dental pulp stem cells protect mouse

dopaminergic neurons against MPP(+) or ro-

tenone. Brain Res 2010, 1, 7, 1367: 94-102.

30. Ohazama A, Modino S A, Miletich I, Sharpe P

T: Stem-cell-based tissue engineering of mu-

rine teeth. J Dent Res 2004, 837: 518-522.

31. Olender E, Kamiński A, Uhrynowska-

Tyszkiewicz I, Wanyura H: Aspekty histolo-

giczne i molekularne mechnizmy kontroli

naturalnego zęba. Czas Stomat 2010, 63, 9:

543-550.

32. Park J Y, Jeon S H, Choung P H: Efficacy

of periodontal stem cell transplantation in

the treatment of advanced periodontitis. Cell

692

E. Olender i in.

Czas. Stomatol.,

Transplant 2010 Aug 18 [publikacja elektro-

niczna, przed drukiem].

33. Prescott R S, Alsanea R, Fayad M I: In vivo

generation of dental pulp-like tissue by using

dental pulp stem cells, a collagen scaffold,

dentin matrix protein 1 after subcutaneous

transplantation in mice. J Endod 2008, 34:

421-426.

34. Sakai V T, Zhang Z, Dong Z, Neiva K G,

Machado M A, Shi S, Santos C F, Nör J E:

SHED differentiate into functional odon-

toblasts and endothelium. J Dent Res 2010,

898: 791-796.

35. Seo B M, Miura M, Gronthos S, Bartold P M,

Batouli S, Brahim J, Young M, Robey P G,

Wang C Y, Shi S: Investigation of multipotent

postnatal stem cells from human periodontal

ligament. Lancet 2004, 364, 9429: 149-155.

36. Shi S, Gronthos S: Perivascular niche of post-

natal mesenchymal stem cells in human bone

marrow and dental pulp. J Bone Miner Res

2003, 184: 696-704.

37. Sloan A J, Perry H, Matthews J B, Smith A

J: Transforming growth factor-beta isoform

expression in mature human healthy and ca-

rious molar teeth. Histochem J 2000, 324:

247-252.

38. Sonoyama W, Liu Y, Fang D, Yamaza T, Seo

B M, Zhang C, Liu H, Gronthos S, Wang C Y,

Wang S, Shi S: Mesenchymal stem cell-me-

diated functional tooth regeneration in swine.

PLoS One 2006, 20, 1:e79.

39. Wang B, Li L, Du S, Liu C, Lin X, Chen Y,

Zhang Y:Induction of human keratinocytes

into enamel-secreting ameloblasts. Dev Biol

2010, 344, 2: 795-799.

40. Wang J, Wang X, Sun Z, Wang X, Yang H, Shi

S, Wang S: Stem cells from human-exfolia-

ted deciduous teeth can differentiate into do-

paminergic neuron-like cells. Stem Cells Dev

2010, 199: 1375-1383.

41. Woods E J, Perry B C, Hockema J J, Larson

L, Zhou D, Goebel W S: Optimized cryopre-

servation method for human dental pulp-deri-

ved stem cells and their tissues of origin for

banking and clinical use. Cryobiology 2009,

59, 2: 150-157.

42. Wu G, Deng Z H, Fan X J, Ma Z F, Sun Y J,

Ma D D, Wu J J, Shi J N, Jin Y: Odontogenic

potential of mesenchymal cells from hair fol-

licle dermal papilla. Stem Cells Dev 2009,

18, 4: 583-589.

43. Yamada Y, Ito K, Nakamura S, Ueda M,

Nagasaka T: Promising cell-based therapy

for bone regeneration using stem cells from

deciduous teeth, dental pulp, and bone mar-

row. Cell Transplant 2010 Nov 5 [publikacja

elektroniczna, przed drukiem].

44. Yen A, Sharpe P: Stem cells and tooth tissue

engineering. Cell Tissue Res 2008 331: 359-

-372.

45. Yu J, Shi J, Jin Y: Current approaches and

challenges in making a bio-tooth. Tissue Eng

Part B Rev 2008, 14, 3: 307- 319.

46. Zhao M, Xiao G, Berry J E, Franceschi R T,

Reddi A, Somerman M J: Bone morphoge-

netic protein 2 induces dental follicle cells

to differentiate toward a cementoblast/oste-

oblast phenotype. J Bone Miner Res 2002,

17: 1441-1451.

Adress: 02-004 Warszawa, ul. Chałubińskiego 5
Tel./Fax: [phone]
e-mail: [e-mail]

Paper received 5 July 2010
Accepted 12 January 2011