Czas. Stomatol., 2010, 63, 12, 739-748
© 2010 Polish Dental Society
http://www.czas.stomat.net
Medycyna regeneracyjna w stomatologii
– śząb z próbówki” – stan zaawansowania badań
nad uzyskaniem żywych zębów zastępczych
Regenerative medicine in dentistry – śa test-tube tooth”
– current state of research on vital substitute teeth (bioteeth) Ewa Olender1, Artur Kamiński1, 2, Izabela Uhrynowska-Tyszkiewicz1, Hubert Wanyura2
1Z Zakładu Transplantologii i Centralnego Banku Tkanek WUM, Kierownik: dr hab. med. A. Kamiński 2Z Kliniki Chirurgii Czaszkowo-Szczękowo-Twarzowej WUM, Kierownik: prof. dr hab. med. H. Wanyura Summary
Streszczenie
Introduction: Reconstruction and regeneration of
Wstęp: wykorzystywanie potencjału autoregeneracji
tissues through the use of patient’s own cells and
w celu odtwarzania i zastępowania tkanek z zasto-
the induction of the autoregenerative potential
sowaniem własnych komórek pacjenta stanowi ele-
are elements of a new approach towards medical
ment nowego podejścia do leczenia – medycyny re-
treatment – the regenerative medicine. This kind of
generacyjnej. Tego typu postępowanie terapeutyczne
treatment is already practised in maxillofacial and
jest już stosowane w chirurgii szczękowo-twarzowej
oral surgery. Regenerative medicine and biology
oraz chirurgii stomatologicznej. Medycyna i biolo-
also create interesting prospects for dentistry: to
gia regeneracyjna stwarzają interesujące perspek-
create functional vital substitute teeth by means
tywy także w stomatologii: możliwość uzyskania
of in-vitro technique. It is a potential alternative
funkcjonalnych żywych zębów metodami in vitro,
to contemporary methods of missing tooth
potencjalnej alternatywy do współczesnych metod
replacement.
uzupełniania braków uzębienia.
Aim of the study: To present the assumptions,
Cel pracy: niniejszy artykuł przedstawia główne
research foundations and trends in the field of
założenia, podstawy doświadczalne oraz kierunki
biotooth development.
badań w dziedzinie biologicznego uzyskiwania zęba
Conclusions: Research concerning biotooth is being
zastępczego.
carried out in many centres. Two main trends can be
Podsumowanie: prace nad uzyskaniem biologiczne-
distinguished: the first one originating in tissue en-
go zęba zastępczego prowadzone są w wielu ośrod-
gineering and the second one based on developmen-
kach i można w nich wyróżnić dwa główne nurty:
tal biology and embryology. The basic difference
wywodzący się z inżynierii tkankowej oraz opierają-
between these two approaches can be described as
cy się na biologii rozwoju i embriologii. Podstawo-
follows: the engineering-related approach aims at
wą różnicę między obu podejściami można opisać
constructing a tooth with the use of biosubstitute
następująco: w podejściu inżynieryjnym dąży się do
material scaffolds, while embryology/developmen-
skonstruowania zęba z wykorzystaniem rusztowań
tal biology-related approach aims at creating con-
z materiałów biozastępczych, zaś w podejściu bio-
ditions capable of triggering natural mechanisms
logicznym/embrionalnym do stworzenia warunków
of tooth development. Clinical application is not to
uruchamiających naturalne mechanizmy rozwoju
be expected soon and will require broadening of the
zęba. Perspektywa zastosowań klinicznych jest jesz-
knowledge of many mechanisms involved in tooth
cze odległa i wymagać będzie pogłębienia wiedzy na
biology.
temat wielu mechanizmów biologii zęba.
KEYWORDS:
HASŁA INDEKSOWE:
regenerative medicine, cell culture, biotooth
medycyna regeneracyjna, hodowle komórkowe,
biologiczny ząb zastępczy
739
E. Olender i in.
Czas. Stomatol.,
Wprowadzenie
prowadzone są w wielu ośrodkach badaw-
czych, także niepublicznych. Autorytety jak
Substytucja utraconych zębów ma długą hi-
profesor Paul Sharp z King’s College London
storię – już starożytni Etruskowie, Egipcjanie,
wyrażają optymistyczne opinie na temat rysu-
Rzymianie oraz Majowie praktykowali róż-
jących się perspektyw.
ne jej formy z zastosowaniem takich materia-
łów jak: muszle, żelazo, kości zwierzęce [24].
Cel pracy
Teoretycznie najlepszym substytutem byłyby
zęby naturalne – uzyskane z własnego ma-
Celem pracy było opisanie głównych zało-
teriału biologicznego pacjenta, bezpośrednio
żeń, podstaw doświadczeń oraz kierunków ba-
w jego docelowej lokalizacji. Powyższa kon-
dań w dziedzinie uzyskiwania biologicznego
cepcja, choć wydawała się przez wiele lat nie-
zęba zastępczego.
możliwa do zrealizowania, nie była jednak
pozbawiona racjonalnych przesłanek: natural-
Metodyka prób uzyskiwania biologiczne-
ne rozwiązania spotykane w świecie zwierząt
go zęba zastępczego
świadczą o istnieniu wielu wariantów wymia-
Wytwarzanie żywych zębów zastępczych
ny i odnowy uzębienia oraz o ogromnym po-
będzie w mniejszym lub większym stopniu
tencjale regeneracyjnym organizmu, w tym o
opierać się na naturalnych mechanizmach bio-
możliwości odtwarzania nie tylko zębów, ale
logicznych rozwoju zęba. Zależność ta jest bar-
także żuchwy wraz z uzębieniem. Argument
dzo wyraźna zwłaszcza w przypadku podejścia
podnoszący różnice mechanizmów biologicz-
biologicznego, które zakłada reprodukcję pro-
nych i związane z nimi nieprzekraczalne ba-
cesu embrionalnego. Jednak również trady-
riery traci swoją aktualność wobec faktu, że w
cyjna inżynieria tkankowa, w której podsta-
warunkach eksperymentalnych udało się wy-
wę stanowi wykorzystanie materiałów bioza-
indukować powstanie zębów u ptaków, groma-
stępczych, obok zastosowania odpowiedniej,
dy zwierząt, która w warunkach naturalnych
biokompatybilnej matrycy, musi, uwzględniać
uzębienia nie ma.
naturę rozwoju zęba i dokonać wyboru wła-
Znaczny postęp, jaki dokonał się w poznaniu
ściwego składnika biologicznego – komórek
procesu rozwoju zęba, embriologii, biologii
– oraz uzyskać kontrolę nad ich namnażaniem
komórek macierzystych, a także w technikach
i różnicowaniem.
hodowli komórkowej i iżynierii tkankowej,
Prowadzi się obecnie badania nad wykorzy-
pozwala postrzegać odtwarzanie czynnościo-
staniem do tego celu: komórek macierzystych
wych żywych zębów – zębów z hodowli – jako
miazgi zęba (ang. Dental Pulp Stem Cells –
realną przyszłą alternatywę do współczesnych
DPSC), komórek macierzystych pozyskanych
metod uzupełniania braków uzębienia [22, 23].
z zębów mlecznych (ang. Stem cells from
Wykorzystywanie autoregeneracji z zastoso-
Human Exfoliated Deciduous teeth – SHED),
waniem własnych tkanek i komórek pacjenta
komórek macierzystych woreczka zębowego
ma już obecnie miejsce np. w chirurgii szczę-
(ang. Dental Follicle Stem Cells – DFSC),
kowo-twarzowej oraz chirurgii stomatologicz-
komórek macierzystych wierzchołkowej czę-
nej i stanowi element nowego podejścia do le-
ści brodawki zębowej (ang. Stem Cells of the
czenia – medycyny regeneracyjnej. Prace nad
Apical part of the Papilla – SCAP), komórek
uzyskaniem biologicznego zęba zastępczego
macierzystych więzadła przyzębnego (ang.
740
2010, 63, 12
Ząb z próbówki
Periodontal Ligament Stem Cells – PDLSC)
szkody dla ich czynności [6].
oraz komórek macierzystych szpiku kostne-
Innym zjawiskiem, które legło u podstaw
go (ang. Bone Marrow Mesenchymal Stem
koncepcji tworzenia biologicznych substytu-
Cells – BMSC) [12, 23]. Sterowanie pro-
tów zęba, jest naturalna zdolność komórek
cesem wzrostu będzie skuteczniejsze dzięki
wyizolowanych z tkanek do spontanicznej re-
znajomości i zastosowaniu czynników oddzia-
agregacji i tworzenia tkankopodobnych struk-
łujących w procesie naturalnym: związków
tur obserwowana początkowo na komórkach
z grupy zwanej czynnikami wzrostu oraz z
organizmów nizszych. W latach 60-ych XX
grupy czynników transkrypcyjnych (uaktyw-
w. wykazano, że również komórki zarodko-
niających transkrypcję genów, czyli stymu-
we kręgowców spontanicznie reagregują i są
lujących w efekcie syntezę różnych białek).
w stanie odtworzyć prawidłowy topograficz-
Podstawowe znaczenie mają: białka morfo-
nie układ charakterystyczny dla danego narzą-
genetyczne kości (ang. Bone Morphogenetic
du [33]. Przykładem zdolności do reagregacji,
Proteins – BMP), czynnik wzrostu fibrobla-
który bezpośrednio przemawiał za możliwo-
stów (ang. Fibroblast Growing Factor – FGF),
ścią realizacji hodowli zęba z zawiązków, było
białko genu sonic hedgehog – SHH, białka
odtworzenie układu epitelialno-mezenchymal-
szlaku sygnalizacyjnego Wnt oraz produkty
nego z rozdrobnionych tkanek zawiązka wsz-
genów Pax9, Msx1, -2, Barx1, Pitx2, Lhx-6,
czepionego w błonę kosmówkowo-owodnio-
7, Lef, Runx2 [22, 36].
wą zarodka kurzego, a następnie uzyskanie
z tak odtworzonej struktury po wszczepieniu
Podstawy doświadczalne
zwierzęciu-biorcy zawiązka zęba [15].
Wstępne doświadczenia dotyczące możli-
Kolejnym ważnym etapem formułowania
wości hodowli zęba polegały na obserwacji
podstaw doświadczalnych i teoretycznych ho-
wzrostu zawiązków zębów przeszczepianych
dowli zęba było prowadzenie tzw. ekspery-
we wczesnych stadiach rozwoju. W doświad-
mentów rekombinacyjnych, które polegały na
czeniach tych uzyskiwano w pełni uformowa-
odpreparowywaniu składnika epitelialnego
ne korony i częściowo wykształcone korzenie.
bądź mezenchymalnego zawiązka i zastępo-
Pierwsze doniesienia na ten temat zostały opu-
wania go inną tkanką, a następnie obserwowa-
blikowane przez S. Glasstone już w 1936 r. [5].
niu wpływu takiej modyfikacji na rozwój zęba.
W latch późniejszych podobne próby były po-
[35]. Doświadczenia te wykazały kluczową
dejmowane przez Slavkina [27] oraz Kollara
rolę nabłonka jamy ustnej w indukcji rozwoju
[11] i Kocha [10]. Pomysł modyfikowania na-
zęba oraz uzależnienie dalszego rozwoju zęba
turalnych zawiązków zęba powstał we wcze-
od wzajemnych oddziaływań między nabłon-
snych latach 50-ych XX wieku, kiedy to S.
kiem jamy ustnej a mezenchymą. Kamieniem
Glasstone wykazała, że obie połówki podzie-
milowym w rozwoju medycyny było przed-
lonego na wczesnym etapie rozwoju zawiąz-
stawienie pod koniec lat osiemdziesiątych XX
ka zęba podejmują dalszy rozwój i ostatecz-
wieku przez transplantologa J. Vacantiego i
nie przekształcają się w zęby o prawidłowej
chemika R. Langera koncepcji odtwarzania
wielkości. Doświadczenie to zademonstrowa-
narządów w warunkach in vitro poprzez ho-
ło plastyczność i zdolność do samoodnowy
dowlę komórek tych narządów na biodegrado-
zarodkowych zawiązków zęba, a tym samym
walnych rusztowaniach [2]. Sukcesy w rekon-
możliwość manipulowania zawiązkami bez
struowaniu fragmentów wątroby doprowadzi-
741
E. Olender i in.
Czas. Stomatol.,
ły do upowszechnienia tej metody i podjęcia
od razu w całości i w postaci dojrzałej, 2) skon-
prób odtwarzania innych narządów, np.: mię-
struowanie zęba z użyciem rusztowań, komó-
śnia sercowego, jelita, tchawicy, a także zęba
rek i czynników wzrostu w postaci niedojrza-
(żywy ząb jest narządem, składa się bowiem
łej – dalszy rozwój następowałby w warun-
z tkanek różnych typów, które spełniają okre-
kach hodowli lub już w organizmie biorcy, 3)
ślone czynności).
indukowanie powstawania zęba z odpowied-
nio dobranych komórek poprzez odtworzenie
Główne założenia i kierunki badań współ-
naturalnych warunków powstawania zawiązka
czesnych
zęba, w warunkach poza organizmem lub w
Zasadniczym celem jest wypracowanie spo-
organizmie biorcy, 4) indukcja powstania trze-
sobu wytwarzania/indukowania powstawania
ciej i kolejnych generacji zębów w szczęce/żu-
żywego zęba, który mógłby zastąpić ząb na-
chwie pacjenta poprzez manipulacje genetycz-
turalny utracony przez pacjenta. Przewaga
ne lub zastosowanie odpowiednich czynników
zęba żywego nad substytutem zęba polega na
stymulujących (czynników wzrostu itp.) [19,
jego możliwościach adaptacyjnych i trwałości.
26]. Obecnie realizowane są próby głównie na
śŻywy” oznacza obecność składnika komór-
drodze drugiej i trzeciej.
kowego. Obecnie wyróżnić można dwa głów-
Konstruowanie zastępczego żywego zęba
ne nurty w poszukiwaniu sposobu realizacji
wyłącznie w warunkach in vitro oraz indukcja
powyższego celu: nurt wywodzący się z in-
trzeciej generacji zębów in vivo – dwie skraj-
żynierii tkankowej oraz nurt opierający się na
ne koncepcje uzyskania żywych zębów zastęp-
biologii rozwoju i embriologii [19, 26].
czych – pozostają na razie w sferze rozważań
Inżynieria tkankowa w celu odtwarzania tka-
i badań wstępnych.
nek z definicji wykorzystuje komórki, czynni-
W praktyce prowadzi się intensywne prace
ki wzrostu oraz, co jest charakterystyczne dla
nad śtrzecią drogą”, która łączy w sobie me-
tego nurtu, rozmaite materiały, z których wy-
todykę inżynierii tkankowej oraz wykorzysta-
konuje się rusztowania nadające kształt przy-
nie mechanizmów biologii rozwoju. Ogólnie
szłemu zębowi i na które wysiewa się w wa-
rzecz biorąc, celem jest wytworzenie w wa-
runkach in vitro komórki. W podejściu opie-
runkach laboratoryjnych konstruktów o funk-
rającym się na biologii rozwoju nie stosuje
cji zawiązka zęba, który po wszczepieniu daw-
się rusztowań dla komórek, nacisk położony
cy kontynuowałby rozwój, aż do uformowa-
jest na próbę odtworzania procesów embrio-
nia dojrzałego, wyrzniętego zęba. Próby idą
nalnych (głównie oddziaływań epitelialno-me-
w dwóch zasadniczych kierunkach: tworzenia
zenchymalnych). Podstawową różnicę między
konglomeratu komórek zdolnych do różnico-
obu podejściami można opisać nastepująco:
wania w komórki zęba i tworzenia jego tkanek
w podejściu inżynieryjnym dąży się do skon-
z zastosowaniem rusztowania-podpory dla ko-
struowania zęba, w podejściu biologicznym/
mórek [19, 26].
embrionalnym do stworzenia warunków uru-
chamiających naturalne mechanizmy rozwo-
Podejście inżynieryjne – z zastosowaniem
ju zęba.
rusztowań
Teoretycznie istnieją cztery drogi uzyskania
Ze względu na niewielki rozmiar ząb wy-
biologicznego zęba zastępczego: 1) skonstru-
daje się być idealnym narządem-kandydatem
owanie zęba z użyciem rusztowań i komórek
do odtworzenia w warunkach laboratoryjnych.
742
2010, 63, 12
Ząb z próbówki
Pierwsze podejście, zbliżone do tradycyjnej in-
śnia, jako naturalnego śinkubatora”. Stamtąd,
żynierii tkankowej, zakłada możliwość skon-
w odpowiednim momencie byłby przeszcze-
struowania zęba, o strukturze trójwymiarowej
piany do jamy ustnej. Autorzy koncepcji nie
uformowanej poprzez zastosowane rusztowa-
opisują jednak szczegółowo sposobu odtwo-
nia o odpowiednim kształcie. Na rusztowa-
rzenia zębiny korony i korzenia. Opisana me-
nie wysiewane są odpowiednio dobrane ko-
toda wykorzystywałaby nieresorbowalny ma-
mórki, które mnożąc się zasiedlają stopniowo
teriał syntetyczny – nie byłby to więc w całości
całe rusztowanie. Zazwyczaj materiał, z któ-
ząb biologiczny. Byłby to zatem żywy implant.
rego wykonane są rusztowania, jest biodegra-
Zaletą metody jest pełna kontrola nad kształ-
dowalny, a więc z czasem zanika, a jego miej-
towaniem korony oraz możliwość zautoma-
sce zajmuje macierz wytworzona przez ko-
tyzowania procesu wytwarzania zębów i tym
mórki. Macierz utrzymuje wyznaczony przez
samym prowadzenia procesu na dużą skalę.
rusztowanie pierwotny kształt całej struktu-
Wadą metody jest niemożność ominięcia eta-
ry. Ponieważ komórki i tkanki cechuje zdol-
pu inkubacji w tkankach biorcy.
ność do reagregacji, przyjmuje się również, że
Zespół P.C.Yelick zaproponował odmienną
zmieszanie odpowiednich typów komórek w
metodę i wykonał jej eksperymentalną we-
odpowiednich proporcjach i umieszczenie ich
ryfikację [3]. Z trzecich niewyrzniętych zę-
na matrycy odwzorowujacej naturalne, trójwy-
bów trzonowych świń (sześciomiesięcznych)
miarowe środowisko powinno doprowadzić do
i szczurów (czterodniowych) pozyskiwa-
odbudowy tkanki czy narządu, z której dane
no tkanki zawiązka zęba w późnym stadium
komórki pochodzą [2]. Podejście to budziło
pączka. Tkanki trawiono enzymatycznie w
duże nadzieje ze względu na zakładaną moż-
celu uwolnienia komórek. Komórki następ-
liwość łatwego modelowania kształtu hodo-
nie namnażano i wysiewano na biodegrado-
wanych zębów.
walne rusztowania polimerowe (z poliglikolu,
W praktyce, w warunkach eksperymental-
polimleczanu, polimleczano-co-glikolu) ufor-
nych istotnie dokonano postępu w zakresie
mowane na kształt zębów siecznych i trzono-
kontroli kształtu żywego dzięki zastosowaniu
wych. Rusztowania dla komórek świńskich
odpowiednio uformowanych rusztowań z gą-
miały wymiary 1 x 0,5 x 0,5 cm, dla szczu-
bek kolagenowych i sekwencyjnemu wysie-
rzych 1 x 5 x 5 mm. Tak przygotowane kon-
waniu komórek mezenchymy zębotwórczej w
strukty wszczepiano chirurgicznie szczurom
bezpośrednim kontakcie z nabłonkiem zębo-
w tkankę sieci i pozostawiano na 12-30 tygo-
twórczym. Jednak efekty nie są w pełni zada-
dni. Po tym czasie wszczepy eksplantowano i
walające [7]. Robey [25] zaproponował mody-
poddawano analizie histologicznej. Analiza ta
fikację metody, według której każdą ze skła-
potwierdziła obecność drobnych struktur zę-
dowych zęba należy odtwarzać indywidualnie:
bopodobnych o wymiarach od 1 do 2 mm, wy-
koronę z materiału syntetycznego o właści-
kazujących cechy kształtu koron zębów trzo-
wościach szkliwa, wypełnioną biomateriałem
nowych. Jednak we wszystkich przypadkach
HA/TCP (hydroksyapatyt/fosforan wapnia) z
kształt ten nie odwzorowywał kształtu użytego
zawieszonymi w nim komórkami macierzy-
rusztowania. Uzyskane twory były też znacz-
stymi, zaś korzeń z wykorzystaniem komórek
nie mniejsze, aniżeli wszczepione rusztowa-
macierzystych więzadła przyzębnego PDLSC.
nia. W powstałych strukturach obecne były
Konstrukt taki byłby wszczepiany np. do mię-
ameloblasty i odontoblasty. Nie stwierdzono
743
E. Olender i in.
Czas. Stomatol.,
wykształcenia się korzenia, ani tkanki kost-
giczna wykonana po 4 tygodniach i 6 miesią-
nej, której tworzenie towarzyszy powstawaniu
cach wykazała częściową regenerację korze-
zęba w warunkach naturalnych.
nia (odtworzona została zębina) oraz ozębnej
Wyniki powyższego doświadczenia inter-
[29].
pretuje się raczej jako dowód na reorganizo-
Nie w pełni satysfakcjonujące efekty me-
wanie się użytych elementów epitelialnych i
tod inżynierii tkankowej tłumaczy się ne-
mezenchymalnych, nie zaś na formowanie sie
gatywnym wpływem samego rusztowania.
tkanek de novo. Porównywalne wyniki uzy-
Rusztowanie stanowi barierę dla odontogen-
skano w doświadczeniu z komórkami wyizo-
nych oddziaływań epitelialno-mezenchymal-
lowanymi z pączka zęba trzonowego cztero-
nych oraz dla przepływu informacji pozycyj-
dniowego szczura. W odróżnieniu od poprzed-
nej (gradientu morfogenów) w kształtujacym
niego doświadczenia, komórki przed wysia-
się zębie. Poza tym kwaśne produkty degrada-
niem były utrzymywane w hodowli in vitro
cji tworzywa użytego do budowy rusztowania
przez 6 dni. Po tym czasie zostaly wysiane na
wpływają niekorzystnie na mikrośrodowisko
rusztowanie i wraz z nim wszczepione szczu-
tworzącego się zęba [8].
rom-biorcom. Implanty pozostawiono na 12
tygodni. W efekcie doświadczenia otrzymano
Podejście biologiczne
drobne skupiska chaotycznie zorganizowanej
Drugie podejście, bez użycia rusztowania,
tkanki zębopodobnej, która nie osiągnęła roz-
realizuje strategię w większym stopniu opar-
miarów rusztowania [3].
tą na naśladowaniu naturalnych procesów po-
W 2008 r. zespół P.C. Yelick wykonał do-
wstawania zębów, obserwowanych w rozwoju
świadczenia z zastosowaniem rusztowania ob-
zarodkowym. Metoda ta wymaga pełniejszego
sianego w jednej części komórkami pocho-
zrozumienia mechanizmów kontroli wczesnych
dzącymi z zawiązka zęba w stadium pączka,
etapów wykształcania się zęba. Wiodącym
w drugiej mezenchymalnymi komórkami ma-
ośrodkiem, który podjął ten kierunek badań,
cierzystymi szpiku kostnego. Konstrukty wsz-
jest Katedra Rozwoju Twarzoczaszki w King’s
czepiano do żuchwy zwierzęcia-dawcy komó-
College w Londynie. Grupa badawcza skupia
rek. Efekty oceniano po 12 i 20 tygodniach.
sie wokół założyciela i kierownika Katedry –
Stwierdzono obecność małych zębopodob-
profesora P. T. Sharpe’a. Zespół ten prowadzi
nych tworów składających się z zębiny, szkli-
doświadczenia głównie na komórkach mysich,
wa, miazgi, cementu, ozębnej, otoczonych zre-
zarodkowych, jak i osobników dorosłych. Osią
generowaną tkanką kostną. Nie zaobserwowa-
koncepcji jest wykorzystanie naturalnego po-
no struktur korzenia [4].
tencjału oddziaływań epitelialno-mezenchy-
Niepowodzenie w uzyskaniu jakichkolwiek
malnych, zwłaszcza zdolności komórek na-
struktur korzeniopodobnych przełamał zespół
błonka jamy ustnej do indukcji rozwoju zęba
Sonoyamy w 2006 r. Na rusztowania z HA/
[17, 19]. Ich doświadczenia polegały na wy-
TCP ukształtowane na kształt korzenia wysie-
tworzeniu konglomeratu komórek mezenchy-
wano komórki macierzyste wywodzące się z
malnych nie pochodzących z zawiązka zęba,
brodawki wierzchołkowej (SCAP) i więzadła
które pokrywano warstwą komórek embrio-
przyzębnego (PDLSC) świń [23], a następnie
nalnych komórek nabłonka jamy gębowej (ko-
umieszczano rusztowania w zębodole poeks-
mórki mezenchymalne należały do jednego
trakcyjnym. Analiza tomograficzna i histolo-
z trzech pierwotnie nieodontogennych typów
744
2010, 63, 12
Ząb z próbówki
komórek: mezenchymalnych zarodkowych
komórkowej będzie polegać, przynajmniej w
komórek macierzystych, nerwowych komó-
części, na wykorzystaniu i naśladowaniu pro-
rek macierzystych, komórek szpiku osobni-
cesów naturalnych. Poznanie mechanizmów
ka dorosłego), utrzymaniu konglomeratu w
sterujących tymi procesami jest kluczowym
warunkach hodowli przez 2-3 dni, a następ-
zadaniem. Zrozumienie podstaw odmiennej
nie wszczepieniu go podtorebkowo do ner-
biologii zęba u gatunków bardziej odległych
ki myszy i oceny jego struktury po 10 – 14
taksonomicznie i genetycznie od człowieka
dniach. Po tym czasie stwierdzono wyraźne
może mieć także duże znaczenie.
formowanie struktur korony zęba i tkanki kost-
Zęby są strukturami charakterystycznymi
nej w każdym przypadku, niezależnie od ro-
dla kręgowców. Występują u ryb, płazów, ga-
dzaju zastosowanych komórek mezenchymal-
dów i ssaków. Prawdopodobnie wykształciły
nych. Doniosłość tych wyników tkwi w fakcie,
się jako przydatki skórne (podobnie jak wło-
że okazało się możliwym zastosowanie jako
sy czy gruczoły potowe), które wtórnie zaję-
komponentu mezenchymalnego komórek in-
ły obszar jamy gębowej i uzyskały połączenie
nych niż zarodkowych, czy wywodzących się
z kością [13]. U wielu ryb spodoustych bło-
z niewyrzniętych zębów [21].
na śluzowa jamy gębowej wysłana jest łuska-
W 2007 roku grupa badaczy skupiona wo-
mi plakoidalnymi, tworami o funkcji zębów,
kół T. Tsuji z Tokyo University zaproponowała
podobnymi do tych, które pokrywają skórę.
metodę także bez użycia rusztowania, w której
Identyczność budowy wewnętrznej zębów i
konglomerat komórek zatapiany był w kropli
łusek plakoidalnych oraz istnienie tworów po-
żelu kolagenowego, a następnie inkubowany
średnich świadczy o ich pełnej homologii [30].
in vitro bądź wszczepiany podtorebkowo do
Stanowi to przesłankę, by poszukiwać braku-
nerki. W doświadczeniach z użyciem komó-
jącego komponentu epitelialnego niezbędne-
rek epitelialnych i mezenchymalnych wyizo-
go do rozwoju zęba w nabłonku skóry. U ryb,
lowanych z mysiego zawiązka siekacza uzy-
płazów i gadów okres życia zęba jest ograni-
skano każdorazowo zawiązki zęba (zarówno
czony. Po pewnym czasie ząb wypada, a na
w wariancie in vitro, jak i in vivo). Zawiązki
jego miejsce wyrzyna się ząb należący do na-
te wszczepiano dorosłej myszy do zębodołu
stępnej generacji. Wymiana taka może trwać
po ekstrakcji siekacza. Obserwowano normal-
całe życie. U rekinów, u których wymiana
ny rozwój korony siekacza z obecnością szkli-
zębów następuje szybko, można dostrzec na
wa, miazgi, naczyń krwionośnych i nerwów, a
przekroju szczęki lub żuchwy kolejne zęby w
także początki wytwarzania struktur korzenia.
różnym stopniu rozwoju. Wymiany następują
Nie wiadomo jednak, czy wytworzony ząb jest
niezależnie od stanu zębów w danym momen-
w stanie się wyrznąć [20]. Poza badaniami do-
cie używanych – rolą wymiany zębów nie jest
tyczącymi uzyskania samego zęba prowadzi
zastępowanie konkretnych zniszczonych zę-
się także prace nad możliwością pełnego zasy-
bów. Sytuacja u ssaków, a więc i ludzi, w któ-
milowania zęba zastępczego ze środowiskiem
rej wymiana zębów następuje najwyżej jeden
jamy ustnej, w tym jego ukrwieniem i uner-
raz i nie obejmuje nigdy wszystkich zębów
wieniem [14, 18].
(difiodontyzm) nie jest zatem uniwersalnym
rozwiązaniem biologicznym [30].
Odniesienia do biologii kręgowców
Być może zjawisko występowania trze-
Uzyskiwanie żywego zęba drogą hodowli
ciej generacji zębów u człowieka w przypad-
745
E. Olender i in.
Czas. Stomatol.,
ku mutacji genu Runx2 jest dowodem na to,
ne (ang. Zebrafish). Stwierdzono znaczne po-
że polifiodontyzm może zostać przywrócony
dobieństwa między rozwojem zęba następcze-
przy zmienionej ekspresji niektórych genów.
go a odnową krypt jelitowych i morfogenezą
Przykładem możliwości uruchomienia śuśpio-
mieszka włosowego. Interesujące jest również,
nych” mechanizmów odontogenezy jest wy-
że wzorzec ekspresji genów dla zębów pierw-
wołanie rozwoju zęba w jamie gębowej kur-
szej generacji jest inny, aniżeli dla kolejnych
cząt. Mimo, że ptaki utraciły uzębienie 80 mi-
generacji [9].
lionów lat temu, prawdopodobnie jako przy-
stosowanie do lotu, nadal jednak mają geny
Kwestie do rozwiązania. Perspektywy
umożliwiające odpowiednie interakcje mię-
Bioinżynieria zębów w porównaniu do bio-
dzytkankowe i wykształcenie zębów. W wa-
inżynierii innych narządów uczyniła bardzo
runkach eksperymentalnych, po przeszczepie-
duży postęp w stosunkowo krótkim czasie.
niu do embrionu kurczęcia mysich komórek
Wykazano bezsprzecznie, że: po pierwsze,
grzebienia nerwowego (prekursorów składni-
można wytworzyć struktury korony zęba sto-
ka epitelialnego zawiązka zęba) składnik me-
sując komórki zawiązka zęba i rusztowania,
zenchymatyczny, wywodzący się z kurczęcia,
po drugie, można odtworzyć koronę zęba bez
odpowiada na stymulację przez mysi składnik
użycia rusztowania, wykorzystując embrional-
epitelialny skutkując wykształceniem struktur
ny nabłonek jamy ustnej i macierzyste komór-
zębopodobnych [16].
ki mezenchymatyczne szpiku, po trzecie, me-
W przeciwieństwie do człowieka, u wielu
zenchymatyczne komórki macierzyste szpi-
kręgowców zębotwórczy składnik epitelialny
ku mogą różnicować się w kierunku komórek
jest dostępny także po wykształceniu się dojrza-
odontogennych, po czwarte, komórki ze zdy-
łych zębów. I tak, siekacz gryzoni cechuje stały
socjowanych tkanek zawiązka zęba zawieszo-
wzrost. Jest to możliwe dzięki podziałom ko-
ne w kolagenie mogą rozwinąć się w prawidło-
mórek epitelialnych w strukturze zwanej pętlą
wy zawiązek zęba, ukształtować prawidłową
wierzchołkową (ang. cervical loop). Znajdują
koronę i korzeń po wszczepieniu ortotopowym
się w niej komórki macierzyste, które, dzieląc
u dorosłego biorcy [28, 35].
się asymetrycznie, odtwarzają komórkę macie-
Wykonane doświadczenia pozwoliły także
rzystą i komórkę ukierunkowaną na różnicowa-
zidentyfikować ograniczenia, z którymi na-
nie do ameloblastów. Ta ostatnia przemieszcza
uka i biotechnologia muszą się zmierzyć: za-
się ku brzegowi siecznemu zęba, gdzie prze-
wodność metod tradycyjnej inżynierii tkanko-
kształca się w czynną komórkę szkliwotwór-
wej, brak zadawalającego substytutu embrio-
czą [31]. Jak wspomniano wyżej, bierze się pod
nalnych komórek epitelialnych, niezbędnych
uwagę tworzenie konstruktów-chimer, które za-
do rozwoju zęba, fragmentaryczna znajomość
wierać będą obok komórek ludzkich, odpowia-
mechanizmów molekularnych towarzyszących
dających składnikowi mezenchymatycznemu,
wykształcaniu sie zęba, odrzucanie przeszcze-
komórki pętli wierzchołkowej siekaczy gryzo-
pu (jeśli z różnych względów stosowany w ho-
ni. Obecność stale odnawiającego się składnika
dowlii materiał komórkowy będzie allo– bądź
epitelialnego, zawierającego epitelialne komór-
ksenogeniczny), trudności w kontrolowaniu
ki macierzyste, umożliwia również wielokrotną
kształtu, wielkości i koloru wytwarzanych zę-
wymian zębów u ryb – wykazano to m.in. na
bów. Poza tym, do rozwiązania pozostają kwe-
przykładzie zębów gatunku Danio pręgowa-
stie: asymilacji zęba uzyskanego in vitro ze
746
2010, 63, 12
Ząb z próbówki
środowiskiem, skrócenia czasu rozwoju zęba
8. Hu B, Nadiri A, Kuchler-Bopp S, Perrin-
do postaci dojrzałej (miesiące zamiast lat), in-
Schmitt F, Peters H, Lesot H: Dental epithe-
dukcji wyrzynania się zęba zastępczego, uzy-
lial histomorphogenesis in vitro. J Dent Res
skiwania komórek zdolnych do różnicowania
2005, 84: 521-525.
i efektywnego namnażania od pacjentów w
9. Huysseune A: Formation of a succession-
al dental lamina in the zebrafish (Danio re-
starszym wieku [28, 35].
rio): support for a local control of replace-
ment tooth initiation. Int J Dev Biol 2006, 50
Podsumowanie
(7):637-643.
10. Koch W E: Tissue interaction during in vitro
W świetle powyższego, prognozy przewi-
odontogenesis. W: Slavkin H C, Bavetta L A
dujące wypracowanie skutecznej metodolo-
red. Developmental Aspects of Oral Biology.
gii uzyskiwania biologicznych zębów zastęp-
Academic Press Inc. New York 1972, 126-
czych w ciągu najbliższych lat mogą okazać
-149.
się nadmiernie optymistyczne.
11. Kollar E J, Baird G: The influence of the den-
tal papilla on the development of tooth shape
Piśmiennictwo
in embryonic mouse germs. J Embryo Exp
Morph 1969, 21: 131-148.
1. Chai Y, Slavkin HC: Prospects for tooth re-
12. Li ZY, Chen L, Liu L, Lin YF, Li SW, Tian WD:
generation in the 21st century: a perspective.
Odontogenic potential of bone marrow me-
Microsc Res Tech 2003, 60 (5): 469-79.
senchymal stem cells. J Oral Maxillofac Surg
2007, 65 (3): 494-500.
2. Cima L G, Vacanti J P, Vacanti C, Inqber D,
Mooney D, Langer R: Tissue engineering by
13. Lin Y, Yelick P: Dental tissue engineering.
cell transplantation using degradable poly-
W: Atala A, Lanza R editors: Principles in
mer substrates. J Biomech Eng 1991, 113 (2):
Regenerative Medicin. Elsevier 2008.
143-151.
14. Luukko K, Moe K, Sijaona A, Furmanek T,
3. Duailibi M T, Duailibi S E, Young C S, Barlett
Hals Kvinnsland I, Midtbø M, Kettunen P:
J D, Vacanti I P, Yelick P C: Bioengineered
Secondary induction and the development of
teeth from cultured rat tooth bud cells. J Dent
tooth nerve supply. Ann Anat 2008, 190 (2):
Res 2004, 83: 523-528.
178-187.
4. Duailibi S E, Duailibi M T, Zhang W, Asrican
15. Main JH: Retention of potential to differen-
R, Vacant I P, Yelick P: Bioengineered dental
tiate in long-term cultures of tooth germs.
tissues grown in the rat jaw. J Dent Res 2008,
Science 1966, 152: 778–780.
87: 745-750.
16. Mitsiadis TA, Caton J, Cobourne M: Waking-
5. Glasstone-Hughes S: The development of
up the sleeping beauty: recovery of the ances-
tooth germs in vitro. J Anat 1936, 70: 260-
tral bird odontogenic program. J Exp Zool B
-266.
Mol Dev Evol 2006, 306 (3): 227-233.
6. Glasstone-Hughes S: The development of
17. Modino SA, Sharpe PT: Tissue engineering
halved tooth germs; a study in experimental
of teeth using adult stem cells. Arch Oral Biol
morphology. J Anat 1952, 86: 12-25.
2005, 50 (2): 255-258.
7. Honda MJ, Tsuchiya S, Sumita Y, Sagara H,
18. Nait Lechguer A, Kźchler-Bopp S, Hu B,
Ueda M:The sequential seeding of epithelial
HaŻkel Y, Lesot H:Vascularization of engi-
and mesenchymal cells for tissueengineered
neered teeth. J Dent Res 2008, 87 (12):1138-
tooth regeneration. Biomaterials 2007, 28:
-1143.
680-689.
19. Nakahara T, Yoshiaki I: Tooth regeneration:
747
E. Olender i in.
Czas. Stomatol.,
Implications for the use of bioengineered or-
Mesenchymal stem cell-mediated functional
gans in first-wave organ replacement. Human
tooth regeneration in swine. PLoS One 2006,
Cell 2007, 20: 63-70.
20, 1: e79.
20. Nakao K, Morita R, Saji Y, Ishida K, Tomita Y,
30. Szarski W: Anatomia porównawcza kręgow-
Ogawa M, Saitoh M, Tomooka Y, Tsuji T: The
ców. Państwowe Wydawnictwo Naukowe,
development of a bioengineered organ germ
Warszawa 1987, 514-529.
method. Nat Methods 2007, 4 (3):227-30.
31. Tummers M, Thesleff I: Root or crown: a de-
21. Ohazama A, Modino S A, Miletich I, Sharpe P
velopmental choice orchestrated by the dif-
T: Stem-cell-based tissue engineering of mu-
ferential regulation of the epithelial stem
rine teeth. J Dent Res 2004, 83 (7): 518-522.
cell niche in the tooth of two rodent species.
22. Olender E, Kamiński A, Ubrynowska-
Development 2003, 130 (6): 1049-1057.
Tyszkiewicz I, Wanyura H: Aspekty histolo-
32. Wang S, Shi S: Mesenchymal stem cell-me-
giczne i molekularne mechanizmy kontro-
diated functional tooth regeneration in swine.
li naturalnego rozwoju zęba. Czas Stomatol
PLoS 2006, 20, 1:e79.
2010, 63, 9: 543-550.
33. Weiss P, Taylor AC: Reconstitution of com-
23. Olender E, Kamiński A, Ubrynowska-
plete organs from single-cell suspensions
Tyszkiewicz I, Wanyura H: Komórki macie-
of chick embryos in advanced stages of dif-
rzyste tkanek zęba i możliwości odtwarzania
ferentiation. Proc Natl Acad Sci USA 1960,
struktur zęba – przegląd pismiennictwa. Czas
46:1177-1185.
Stomatol 2010, 63, 11: 682-692.
24. Ring ME: A thousand years of dental im-
34. Yen A, Sharpe P: Stem cells and tooth tissue
plants: a definitive history. Comp Cont Edu
engineering. Cell Tissue Res 2008 331: 359-
Dent 1995, 16: 1060-1069.
-372.
25. Robey PG: Post-natal stem cells for dental and
35. Yu J, Shi J, Jin Y: Current approaches and
craniofacial repair. Oral Biosci Med 2005, 2:
challenges in making a bio-tooth. Tissue Eng
83-90.
Part B Rev 2008, 14 (3): 307-319.
26. Sartaj R, Sharpe P: Biological tooth replace-
36. Zhang Y, Chen Z, Song Y, Liu C, Chen Y:
ment. J Anat 2006, 209: 503-509.
Making a tooth: growth factors, transcription
27. Slavkin H C, Beierle J, Bvetta L A:
factors, and stem cells. Cell Research 2005,
Odontogenesis: cel-cell interaction in vitro.
15 (5): 301-316.
Nature 1968, 217: 269-217.
Adress: 02-004 Warszawa, ul. Chałubińskiego 5
28. Snead M L: Whole-tooth regeneration: it takes
Tel./Fax: 22 6217543
a village of scientists, clinicians, and patients.
e-mail: ewa.olender@wum.edu.pl
J Dent Educ 2008, 72 (8): 903-911.
29. Sonoyama W, Liu Y, Fang D, Yamaza T, Seo Paper received 5 July 2010
BM, Zhang C, Liu H, Gronthos S, Wang CY: Accepted 11 January 2011
748
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Genetyka w medycynie regeneratywnej i reprodukcyjnejMedycyna Ratunkowa Podstawowy P NieznanyZastosowanie komórek macierzystych izolowanych z tkanki tłuszczowej w weterynaryjnej medycynie regenMedycyna Ratunkowa w gabinecie stomatologicznymmedycyna pracy pomostowe 2012 i NieznanyMedycyna w tradycji sztuk walki NieznanyMedycyna w tradycji sztuk walki NieznanyMedycyna katastrof id 2261510 NieznanyAngielski w medycynie NieznanyMedycyna Nuklearna id 2261520 NieznanyUMOWA SPOLKI NieznanyO Shea Muzyka i medycyna SCHUBERT00110 9942b2b7d9e35565ed35e862c Nieznanywięcej podobnych podstron