Czas. Stomatol., 2010, 63, 11, 682-692
© 2010 Polish Dental Society
http://www.czas.stomat.net
Komórki macierzyste tkanek zęba i możliwości
odtwarzania struktur zęba  przegląd piśmiennictwa
Dental stem cells and regeneration of tooth structures
 review of literature
Ewa Olender1, Artur Kamiński1, 2, Izabela Uhrynowska-Tyszkiewicz1,
Hubert Wanyura2
Z Zakładu Transplantologii i Centralnego Banku Tkanek WUM1
Kierownik: dr hab. med. A. Kamiński
Z Kliniki Chirurgii Czaszkowo-Szczękowo-Twarzowej WUM2
Kierownik: prof. zw. dr hab. med. H. Wanyura
Summary Streszczenie
Introduction: Stem cells and their possible Wstęp: komórki macierzyste oraz możliwości ich
application in medical treatment is a subject of wykorzystania w leczeniu stanowiÄ… przedmiot in-
intensive research. These cells are characterised by tensywnych badań. Komórki te charakteryzuje
their ability to self-renew and differentiate into cells zdolność do samoodtwarzania i przekształcania w
of the tissue of origin. The presence of stem cells in zróżnicowane komórki danej tkanki. Obecność ko-
adult organisms (the so-called somatic stem cells) mórek macierzystych w dojrzałym organizmie (tzw.
enables tissue regeneration. Stem cells are also somatycznych komórek macierzystych) umożliwia
present in dental tissues. Experiments to determine regenerację tkanek. W tkankach zęba oraz tkankach
the properties of dental stem cells and potential okołozębowych również stwierdzono obecność ko-
therapeutic applications are carried out. mórek macierzystych. Prowadzone są badania nad
Aim of the study: To present up to date information ich właściwościami oraz możliwościami wykorzy-
on heretofore identified dental stem cells, and about stania w terapii.
their potential applications in dental and periodontal Cel pracy: przedstawienie informacji na temat do-
tissue regeneration. tychczas zidentyfikowanych komórek macierzystych
Conclusions: So far, several kinds of dental stem zęba i więzadła ozębnowego oraz możliwości ich za-
cells have been identified in dental tissue and stosowania do odtwarzania tkanek zęba oraz tkanek
periodontal ligaments. It has been found that they okołozębowych.
can differentiate to odontoblasts, osteoblasts, and Podsumowanie: dotychczas zidentyfikowano kilka
neuron-like cells. These dental stem cells can be used rodzajów komórek macierzystych obecnych w tkan-
to regenerate dentine, pulp, or periodontal ligament. kach zęba i więzadle ozębnowym. Stwierdzono do-
They can also be used to form an experimental świadczalnie, że komórki te mogą przekształcać się
biotooth. No adult stem cell that would be able to między innymi w: odontoblasty, osteoblasty oraz ko-
regenerate enamel has yet been identified. 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.
KEYWORDS: HASA
A INDEKSOWE:
stem cells, dental tissues, dental structure komórki macierzyste, tkanki zęba, odtwarzanie
regeneration struktur zęba
682
2010, 63, 11 Komórki macierzyste tkanek zęba
Wprowadzenie Cel pracy
Dojrzałe tkanki zęba oraz tkanki około- Celem pracy było podanie informacji doty-
zębowe wykazują zdolność do regeneracji. czących zidentyfikowanych dotychczas komó-
Odtwarzaniu może ulegać uszkodzona zębi- rek macierzystych zęba i więzadła ozębnowe-
na oraz tkanki przyzębia. Naturalna odbudo- go oraz możliwości ich wykorzystania do od-
wa tkanek po ich uszkodzeniu jest możliwa twarzania tkanek zęba.
dzięki obecności w nich puli komórek zdol-
nych do odtworzenia nie tylko samych komó- Komórki macierzyste zęba i więzadła
rek, lecz także macierzy zewnątrzkomórko- ozębnowego
wej. Badania nad regeneracją zębiny wyka- Zainteresowanie terapią komórkową skłania
zały, że w proces odbudowy zaangażowane badaczy do poszukiwania komórek macierzy-
są nie tylko odontoblasty, lecz również inne stych w różnych tkankach. Wśród komórek
komórki miazgi, położone pod warstwą odon- o cechach komórek macierzystych, wyizolo-
toblastów. Komórki te umożliwiają regenera- wanych z tkanek zęba i więzadła ozębnowe-
cję odontoblastów i zębiny w przypadku głę- go wyróżniono dotychczas następujące gru-
bokich uszkodzeń ze zniszczeniem warstwy py: komórki macierzyste miazgi zęba, (ang.
odontoblastów [7], zaś w określonych warun- Dental Pulp Stem Cells  DPSC), komórki ma-
kach mogą one ulegać asymetrycznym po- cierzyste z ludzkich zębów mlecznych, (ang.
działom, w wyniku których odtwarzana jest Stem cells from Human Exfoliated Deciduous
komórka niezróżnicowana oraz powstaje ko- teeth  SHED), komórki macierzyste woreczka
mórka zróżnicowana zdolna do syntezy ma- zębowego (ang. Dental Follicle Stem Cells 
cierzy zewnątrzkomórkowej. Komórki o ww. DFSC), komórki macierzyste wierzchołkowej
charakterystyce określane są mianem komórek części brodawki zębowej, (ang. Stem Cells of
macierzystych. Wyróżnia się dwa podstawo- the Apical part of the Papilla  SCAP), komór-
we typy komórek macierzystych: embrional- ki macierzyste więzadła ozębnowego, (ang.
ne (ang. Embryonic Stem Cells) i somatycz- Periodontal Ligament Stem Cells  PDLSC).
ne, obecne w tkankach dojrzałego organizmu
(ang. Adult Stem Cells). Embrionalne komór- Komórki macierzyste miazgi zęba, (ang.
ki macierzyste majÄ… charakter totipotencjalny, Dental Pulp Stem Cells - DPSC)
tzn. mogą różnicować się w każdy rodzaj ko- Zębina wytwarzana jest przez odontoblasty.
mórki obecny póz
niej w ukształtowanym orga- Komórki macierzyste, które są z
ródłem odno-
nizmie. W przeciwieństwie do nich, somatycz- wy odontoblastów, tzn. wykazują zdolność na-
ne komórki macierzyste wykazują ograniczo- mnażania się i przekształcania w odontoblasty,
ny potencjał różnicowania. Ich rola polega na zlokalizowano w miazdze zęba. Ich charakter
zapewnieniu możliwości ciągłego samoodtwa- i rola zostały wstępnie zidentyfikowane w ba-
rzania i naprawy uszkodzonych tkanek [19]. daniach procesów naprawczych zębiny  po
Pomiędzy stanem totipotencjalności a osta- eksperymentalnym uszkodzeniu zębiny, ob-
tecznym zróżnicowaniem istnieją stadia po- serwowano bardzo intensywne podziały ko-
średnie, w których komórki zachowują zdol- mórkowe poniżej warstwy odontoblastów, w
ność różnicowania w rozmaite, ale nie wszyst- miazdze zęba [7]. Jako pierwsze spośród ko-
kie, rodzaje komórek. mórek macierzystych zęba zostały wyizolo-
683
E. Olender i in. Czas. Stomatol.,
wane DPSC. W warunkach hodowli in vitro kształcania się w odontoblasty [37]. Komórki
komórki te wykazują szybkie tempo prolifera- SHED wysiane na rusztowania i wszczepione
cji (częste podziały komórkowe), zaś ich ko- podskórnie myszom bezgrasiczym różnicują
lonie wytwarzają uwapnione struktury [11]. się do komórek sródbłonka naczyń oraz do
Wykazano również, że DPSC po wszczepieniu odontoblastów [2, 34].
na rusztowaniu HA/TCP (hydroksyapatyt/fos-
foran triwapniowy) pod skórę myszy bezgra- Komórki macierzyste woreczka zębowe-
siczych (usunięcie grasicy zapobiega reakcji go, (ang. Dental Follicle Stem Cells 
immunologicznej i odrzuceniu przeszczepu), DFSC)
wytwarzają tkankę zębinopodobną zawiera- Woreczek zębowy jest zagęszczeniem tkan-
jącą kolagen typu I. DPSC posiadają markery ki mezenchymatycznej wokół rozwijającego
typowe dla komórek macierzystych STRO-1 się zawiązka zęba. Aktywność komórek wo-
i CD34, mogą różnicować się także w oste- reczka prowadzi do powstania więzadła ozęb-
oblasty, komórki endotelium i komórki ner- nowego oraz cementu [21]. Uważa się, że wo-
wowe. Zatem mają charakter komórek multi- reczek zębowy zawiera komórki progenitoro-
potencjalnych [1, 3, 10]. Dokładniejsza analiza we cementoblastów, osteoblastów oraz komó-
DPSC wskazuje, że komórki te umiejscowione rek więzadła ozębnowego. Pierwotnie uważa-
są w obszarach okołonaczyniowych miazgi, i no, że zdolność komórek woreczka do różni-
być może wywodzą się z perycytów  komó- cowania w linie komórkowe wynika z ich mul-
rek przydanki naczyń [36]. tipotentnego charakteru. Wykazano jednak, że
komórki woreczka nie stanowią jednorodnej
Komórki macierzyste z ludzkich zębów grupy [25]. W warunkach hodowli in vitro, ko-
mlecznych (ang. Stem cells from Human mórki woreczka zębowego są w stanie różni-
Exfoliated Deciduous teeth  SHED) cować się do komórek podobnych do cemento-
Zęby mleczne budzą zainteresowanie jako blastów i osteoblastów [26, 46]. Po przeszcze-
z
ródło komórek macierzystych ze względu pieniu myszom bezgrasiczym komórki DFSC
na łatwą dostępność. Wyizolowano popula- wytwarzają włóknistą tkankę przypominają-
cję komórek SHED z miazgi zębów mlecz- cą więzadło ozębnowe oraz zmineralizowaną
nych. Komórki te, podobnie jak DPSC, zloka- tkankę podobną do cementu [12].
lizowane są w obszarach okołonaczyniowych
miazgi. Charakteryzują się wyższym poten- Komórki macierzyste wierzchołkowej czę-
cjałem proliferacyjnym  częstszymi podzia- ści brodawki zębowej, (ang. Stem Cells of
łami komórkowymi  niż DPSC. Wykazują Apical part of the Papilla  SCAP)
także intensywniejszą ekspresję genów zwią- Komórki macierzyste wierzchołkowej czę-
zanych z wytwarzaniem macierzy zewnątrz- ści brodawki zębowej zlokalizowane są na
komórkowej, np. czynnika wzrostu fibrobla- szczycie korzenia zęba w fazie wzrostu, przed
stów, (ang. Fibroblast Growth Factor  FGF) i jego wyrznięciem. Do celów badawczych
transformującego czynnika wzrostu beta, (ang. SCAP izoluje się z niedojrzałych zawiązków
Transforming Growth Factor  TGF ²). TGF ² zÄ™bów trzonowych. Komórki te mogÄ… różnico-
jest wytwarzany w reakcji na uszkodzenie tka- wać się do odontoblastów i wytwarzają zębinę.
nek i prawdopodobnie stanowi sygnał mobili- Po przeszczepieniu podskórnie SCAP myszom
zujący komórki macierzyste miazgi do prze- bezgrasiczym na nośniku HA/TCP obserwo-
684
2010, 63, 11 Komórki macierzyste tkanek zęba
wano pokrycie nośnika warstwą zębiny i wy- szkliwa, przed wyrznięciem zęba, amelobla-
twarzanie tkanki łącznej właściwej [38]. SCAP sty zanikają. Jak dotąd nie zidentyfikowano
w porównaniu z DPSC cechuje szybsze tempo komórek macierzystych dojrzałego zęba ludz-
podziałów komórkowych. Szczególne zainte- kiego, które wykazywałyby zdolność do różni-
resowanie budzi rola SCAP w procesie dojrze- cowania się w komórki o charakterze nabłon-
wania korzenia i możliwość ich zastosowania kowym, zdolnych do indukcji odontogenezy
w konstruowaniu korzenia zęba metodami in- oraz tworzenia szkliwa. Stanowi to zasadniczą
żynierii tkankowej [15]. trudność w uzyskaniu biologicznego substy-
tutu szkliwa i biologicznego zęba zastępcze-
Komórki Macierzyste Więzadła go. Potencjalnym z
ródłem komórek nabłon-
Ozębnowego (ang. Periodontal Ligament kowych zdolnych do zróżnicowania do ame-
Stem Cells - PDLSC) loblastów jest nabłonek zawiązków zębów, np.
O obecności komórek macierzystych w wię- pozyskiwanych z trzecich zębów trzonowych
zadle ozębnowym świadczy zdolność jego re- przed ich wyrznięciem. W praktyce ich wy-
generacji. Komórki posiadające markery ko- korzystanie oznaczałoby konieczność resekcji
mórek macierzystych Stro-1, CD146/MUC18, oraz przechowywania komórek w warunkach
wyizolowano z ludzkiego więzadła ozębno- zapewniających ich przeżycie i zachowanie
wego. W warunkach hodowli in vitro różnicu- właściwości do czasu, gdy zaistnieje potrzeba
ją się do komórek o cechach cementoblastów, ich wykorzystania do procedur odtwórczych.
komórek tłuszczowych oraz komórek synte- W doświadczeniach na zwierzętach stwier-
tyzujących kolagen. PDLSC po przeszczepie- dzono, że komórki wyizolowane z zawiązków
niu gryzoniom bezgrasiczym wytwarzają ce- zęba namnażają się in vitro oraz wykazują zdol-
ment oraz struktury przypominające ozębną. ność do spontanicznej reagregacji. Z powsta-
Przeszczepianie PDLSC może być w przy- łych agregatów nabłonkowo-mezenchymal-
szłości wykorzystane w leczeniu chorób przy- nych, po ich przeszczepieniu do sieci lub pod
zębia [35]. torebkę nerki, co zapewnia właściwe ukrwie-
nie, rozwija się zawiązek zęba [28]. y
ródłem
Komórki odontogenne pochodzenia na- komórek odontogennych mogą być komórki
błonkowego ludzkie inne niż zęba. Wykazano na przykład,
Poszczególne części zawiązka zęba powsta- że ludzkie keratynocyty (komórki nabłonko-
ją z jednej z dwóch tkanek embrionalnych: we skóry) w hodowli z mysimi embrionalny-
tkanki nabłonkowej, pochodzącej z nabłonka mi komórkami mezenchymy zębotwórczej, w
pierwotnej jamy ustnej oraz mezenchymy wy- obecności czynnika wzrostu FGF8, syntetyzu-
wodzącej się z grzebienia nerwowego [21]. W ją białko charakterystyczne dla nabłonka zę-
formowaniu szkliwa bierze udział tkanka na- botwórczego - PITX2. Stwierdzono także, że
błonkowa, zaś pozostałe struktury zęba roz- w ww. układzie doświadczalnym keratynocy-
wijają się z mezenchymy. Komórki macierzy- ty różnicują się do ameloblastów syntetyzu-
ste zęba, które zostały dotychczas zidentyfi- jących szkliwo (dochodzi do wykształcenia
kowane wywodzą się z mezenchymy. Szkliwo tkanek korony zęba, o charakterze chimerycz-
zęba jest wytwarzane przez ameloblasty, ko- nym, ludzko-mysim) [40]. Jednak wykorzysta-
mórki wywodzące się z odontogennej tkan- nie kliniczne takich chimer budzi wątpliwości
ki nabłonkowej. W ostatniej fazie tworzenia i nie jest rozwiązaniem do zaakceptowania.
685
E. Olender i in. Czas. Stomatol.,
Podejmuje się także próby wykorzystania w macierzy miazgi. Konstrukty składające się
analogicznym celu nabłonka jamy ustnej. W z rusztowania oraz komórek DPSC i SHED
doświadczeniach na myszach, nabłonek jamy wszczepiano zwierzętom podskórnie. W przy-
ustnej w kontakcie z mezenchymą zawiązka padku zastosowania rusztowań z kwasu polim-
zęba podejmuje czynność nabłonka zębotwór- lekowego, (ang. Polylactid Acid  PLA), po
czego. Tkanki te po przeszczepieniu pod to- kilku tygodniach od implantacji obserwowa-
rebkę nerki rozwijały się w zawiązek zęba, w no formowanie tkanki miazgi oraz obecność
którym stwierdzano obecność odontoblastów i odontoblastów i warstwy zębiny [2]. W przy-
ameloblastów oraz szkliwa i zębiny [27]. padku rusztowań z kolagenu nie stwierdza-
no obecności odontoblastów oraz formowania
Zastosowania terapeutyczne komórek macierzy miazgi. Przyczyny tych różnic upa-
macierzystych tkanek zęba i więzadła truje się we właściwościach mechanicznych
ozębnowego kolagenu [14, 33].
Podejmowane są również próby wykorzy-
Regeneracja zębiny i miazgi stania SCAP. Uzyskano obiecujące wyniki z
Pierwsze naukowe doniesienia na temat re- zastosowaniem rusztowań PLA  wytworzo-
generacji zębiny autorstwa Johna Huntera, na miazga była dobrze unaczyniona, pokry-
brytyjskiego chirurga, pioniera anatomii pa- ta warstwą zębiny o jednolitej grubości [14].
tologicznej w Anglii pochodzą z XVIII wie- Częściową regenerację miazgi w obrębie zęba
ku. Możliwość stymulowania regeneracji zę- uzyskała grupa badawcza Nakashimy w bada-
biny wodorotlenkiem wapnia zaobserwowa- niach na psach. Autologiczne DPSC hodowa-
no w latach 30-tych XX wieku. W przypadku no w postaci sferoidu. Komórki poddano dzia-
niewielkich uszkodzeń, odontoblasty reagują łaniu białka morfogenetycznego kości (ang.
zwiększoną aktywnością i syntetyzują zębinę Bone Morphogenetic Protein  BMP2) i wsz-
naprawczą, zaś w przypadku uszkodzeń głębo- czepiono do częściowo amputowanej komo-
kich, ulegają martwicy i są zastępowane popu- ry zęba. Uzyskano regenerację zębiny przez
lacją nowych komórek, powstałych z komórek nowo powstałe odontoblasty [17]. W innym
macierzystych miazgi. Funkcjonowanie odon- doświadczeniu komórki miazgi wysiewa-
toblastów oraz zębiny jest uzależnione od ist- no na rusztowanie kolagenowe i umieszcza-
nienia i czynności miazgi zęba. Leczenie en- no w częściowo opróżnionej komorze zęba.
dodontyczne prowadzi między innymi do upo- Zaobserwowano odtworzenie miazgi wraz z
śledzenia cech mechanicznych zębiny. naczyniami oraz zębiny [18]. Barierę w zasto-
Próby indukowania regeneracji miazgi po- sowaniach klinicznych może stanowić niedo-
dejmowano w latach 60-tych i 70-tych XX stateczne zaopatrzenie w krew kanału i komo-
wieku, jednak bezskutecznie. Przełom nastąpił ry zęba, zwłaszcza w przypadku, gdy średni-
w latach 90 dzięki rozwojowi inżynierii tkan- ca otworu wierzchołka korzenia jest mniejsza
kowej i terapii komórkowych. Współczesne niż 1 mm. Nowo wytworzona zębina okazała
koncepcje odtwarzania miazgi zęba opierają się tkanką o gorszej jakości, aniżeli natural-
się na zastosowaniu trójwymiarowych rusz- na zębina naprawcza, zaś nie obserwowano
towań z materiałów biodegradowalnych (np. w niej wysoko zorganizowanej struktury ka-
kolagenu, kwasu poliglikolowego  PGA), na nalikowej. Problemem stanowi także dostęp-
które wysiewa się komórki zdolne do syntezy ność autologicznych komórek macierzystych
686
2010, 63, 11 Komórki macierzyste tkanek zęba
zęba. Rozwiązaniem może być bankowanie do kanału korzenia [32]. Regenerację kości
zębów bądz
komórek macierzystych tkanek uzyskano w doświadczeniach, w których ko-
zęba [15]. mórki (dwie grupy  mezenchymatyczne ko-
mórki macierzyste szpiku kostnego i PDLSC)
Regeneracja więzadła ozębnowego przeszczepiano na rusztowaniu z HA/TCP.
Stany zapalne więzadła ozębnowego pro- Osiem tygodni po przeszczepieniu stwierdza-
wadzą do uszkodzenia, a nawet utraty apara- no obecność nowo wytworzonej tkanki kost-
tu więzadłowego zęba oraz niszczenia kości nej. Formowanie kości było bardziej efektyw-
wyrostka zębodołowego. Regeneracja więza- ne w przypadku użycia komórek szpiku [20].
dła ozębnowego oraz kości wyrostka zębodo- Wypracowanie metodyki odtwarzania więza-
łowego może być w przyszłości wspomagana dła ozębnowego możliwej do zastosowania
terapią komórkową. W tym celu podejmowa- klinicznego wymaga dalszych badań.
ne próby z wykorzystaniem różnych populacji
komórek macierzystych są ukierunkowane na Wytwarzanie biologicznych zębów zastęp-
odtworzenie procesów embrionalnych, zgod- czych
nie z ich naturalną chronologią i lokalizacją Uzyskanie żywej biologicznej struktury
[31], a także metody inżynierii tkankowej z wymaga obecności komponentu komórko-
zastosowaniem rusztowań obsianych komór- wego. W wielu ośrodkach badawczych pro-
kami. Metody inżynierii tkankowej są koncep- wadzi się prace nad wytworzeniem biologicz-
cyjnie prostsze i skupiają się na doborze wła- nego (żywego) zęba zastępczego. Próby ewo-
ściwych materiałów i komórek. luowały w dwóch kierunkach: namnażania i
Obiecujące są wyniki doświadczeń, w któ- wysiewania komórek na rusztowania polime-
rych przeszczepia się film komórkowy, uzy- rowe in vitro, a następnie implantacji obsiane-
skany z hodowli PDLSC. Komórki te izolu- go rusztowania oraz implantacji odpowiednio
je się z trzecich zębów trzonowych i hoduje dobranych i zmodyfikowanych komórek bez
w specjalnych naczyniach pokrytych poli-N- wysiewania na rusztowania. Przeszczepiane
-isopropylacrylo-amidem (PIPAAm). Materiał komórki powinny wykazywać samoistny po-
ten umożliwia samoistne oddzielenie komó- tencjał odontogenny lub indukowany czyn-
rek od podłoża w niskich temperaturach i nikami wzrostu i transkrypcji [31]. Pod uwa-
uzyskanie filmu komórkowego zdatnego do gę brane są komórki: zęba i jego zawiąz-
przeszczepienia. Filmy takie przeszczepiano ka, struktur okołozębowych oraz macierzyste
szczurom, którym uprzednio usunięto więza- komórki mezenchymatyczne szpiku kostne-
dło ozębnowe oraz cement. Obserwowano for- go [44]. Wyniki doświadczeń na zwierzętach
mowanie włókien więzadła oraz bezkomór- są obiecujące. Konglomeraty embrionalnych
kowej warstwy cementopodobnej. Nie docho- komórek nabłonkowych i mezenchymalnych
dziło jednak do wytwarzania tkanki kostnej uzyskanych z zawiązka zęba, konglomerta-
[8]. Według innych doniesień, przeszczepie- ty embrionalnych komórek nabłonka jamy
nie w okolicę wierzchołka korzenia zęba na- ustnej oraz mezenchymatycznych komórek
mnożonych w hodowli PDLSC skutkowało macierzystych szpiku, po wszczepieniu pod
wytworzeniem struktur więzadła, kości i ce- torebkę nerki lub do zębodołu podejmowały
mentu. Równocześnie obserwowano wrastanie proces odontogenezy i prowadziły do wytwo-
nerwu obwodowego i naczynia krwionośnego rzenia struktur zęba.
687
E. Olender i in. Czas. Stomatol.,
Problematyczne pozostaje wyhodowanie W serii innych doświadczeń na zwierzę-
korzenia zęba  jest ono możliwe tylko w sy- tach, w miejsce celowo wytworzonego ubytku
tuacji, gdy powstały zawiązek rozwija się w kostnego przeszczepiano komórki macierzyste
kontakcie z tkanką kostną [28, 30]. Wyniki zęba zawieszone w osoczu bogatopłytkowym,
doświadczeń z zastosowaniem rusztowań są (ang. Platelet Rich Plasma  PRP). Osocze peł-
gorsze. Wyhodowane struktury zawierały niło rolę naturalnego nośnika oraz z
ródła sy-
tkanki typowe dla zęba, jednak były one cha- gnałów molekularnych. Przeszczepiano DPSC
otycznie rozłożone, zaś całość nie osiągała i DHED oraz komórki macierzyste szpiku (ang.
rozmiarów i formy zastosowanego i wymode- Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells  BM-
lowanego na kształt zęba rusztowania [5, 6]. MSC). Tkanki oceniano po 2, 4 i 8 tygodniach.
Obecnie największą barierą w uzyskiwaniu W przypadku przeszczepiania DPSC, SHED
biologicznych zębów zastępczych jest brak i BM-MSC obserwowano znacznie efektyw-
odpowiedniego z
ródła nieembrionalnych ko- niejszą odbudowę tkanki kostnej w stosunku
mórek zdolnych do podjęcia czynności na- do prób kontrolnych (ubytek kości wypełnio-
błonkowych komórek zawiązka zęba, w tym ny krwią, ubytek kości wypełniony PRP) [43].
wykształcenia szkliwa i udziału w tworzeniu Zarówno komórki DPSC jak i SHED w odpo-
korzenia. wiednich warunkach hodowli in vitro mogÄ…
różnicować do komórek morfologicznie przy-
Inne potencjalne zastosowania komórek ma- pominających neurony, o podobnym do neu-
cierzystych tkanek zęba ronów profilu ekspresji genów. DPSC, nawet
Doświadczalnie wykazano znaczną pla- niezróżnicowane morfologicznie w kierun-
styczność komórek macierzystych tkanek ku neuronalnym, wykazują ekspresję marke-
zęba. Mogą one, w odpowiednich warunkach, rów neuroektodermalnych PAX6, GBX2, biał-
różnicować się do osteoblastów, chondrocy- ka nestyny, a także markerów neuronalnych
tów, komórek mięśniowych, tłuszczowych jak: BDNF (ang. Brain-Derived Neurotrophic
oraz nerwowych [22]. Szczególne zaintere- Factor), NGF (ang. Nerve Growth Factor) oraz
sowanie budzi uzyskiwanie tkanki kostnej z GDNF (ang. Glial cell-Derived Neurotrophic
komórek macierzystych tkanek zęba oraz ich Factor) i wykazują wyraz
nÄ… predyspozycjÄ™ do
zastosowanie w chorobach neurodegenera- różnicowania do linii neuronalnych [9, 29].
cyjnych. Komórki pochodzące z miazgi zę- Funkcjonalne komórki neuronalne uzyski-
bów mlecznych umieszczane w hodowli prze- wane z łatwo dostępnych, nie budzących za-
kształcają się w komórki kościotwórcze (oste- strzeżeń natury etycznej komórek macierzy-
oblasty), czego dowodem jest obserwowana stych, np. z komórek macierzystych zęba,
synteza osteokalcyny, białka charakterystycz- mogłyby być wykorzystywane do leczenia
nego dla osteoblastów. Po 30 dniach hodow- chorób neurodegeneracyjnych, (np. choroba
li obserwowano formowanie tkanki kostnej Parkinsona). PrzyczynÄ… choroby Parkinsona
splotowatej (niedojrzałej). Tkanka ta, po prze- jest obumieranie dopaminergicznych neuro-
szczepieniu szczurom bezgrasiczym ulegała nów istoty czarnej, co prowadzi do obniże-
przebudowie do tkanki kostnej blaszkowatej nia poziomu dopaminy w prążkowiu. Komórki
(dojrzałej). Miazga zębów mlecznych może SHED inkubowano w medium zawierającym
być zatem z
ródłem osteoblastów oraz zmine- cytokiny oraz czynniki wzrostu pobudzające
ralizowanej tkanki [22]. różnicowanie w kierunku komórek neuronów
688
2010, 63, 11 Komórki macierzyste tkanek zęba
dopaminoergicznych, a następnie przeszcze- mórek skóry (ang. Dermal Multipotent Cells
piano szczurom chorym na ten rodzaj scho-  DMC). Komórki te, stymulowane czynni-
rzenia. Obserwowano poprawÄ™ stanu zwierzÄ…t, kami wzrostu zawartymi w nadsÄ…czu hodowli
którym przeszczepiono do prążkowia tak inku- komórek zęba, różnicowały się do odontobla-
bowane komórki SHED w porównaniu z grupą stów, a po przeszczepieniu podskórnym w po-
kontrolna, której przeszczepiono traktowane staci peletki, komórki te wytwarzały zminera-
standardowo komórki SHED. Wyniki badań lizowaną tkankę, podobnie jak to sie obserwu-
świadczą o tym, że komórki SHED mogą sta- je po przeszczepieniu DPSC [16].
nowić z
ródło somatycznych komórek macie-
rzystych do zastosowania w terapii komórko- Możliwości bankowania komórek macierzy-
wej choroby Parkinsona [40]. stych zęba
Krioprezerwacja tkanek i komórek stoso-
Wykorzystanie komórek macierzystych izo- wana jest od dziesięcioleci. Jej celem jest dłu-
lowanych z innych tkanek do regeneracji gotrwałe przechowywanie komórek, po któ-
tkanek zęba rym możliwe jest przywrócenie im wszystkich
Mezenchymatyczne komórki macierzyste funkcji biologicznych, zatrzymanych w pro-
szpiku (BM-MSC) mogą różnicować się, mię- cesie schładzania. W procesie krioprezerwa-
dzy innymi, do komórek kości, chrząstki, mię- cji stosuje się bardzo niskie temperatury, zwy-
Å›ni, tkanki tÅ‚uszczowej. Podejmowano próby kle -70°C i niższe, oraz czynniki chemiczne
uzyskiwania z BM-MSC komórek tkanek zęba. o działaniu ochronnym w stosunku do komó-
Wykazano, że komórki BM-MSC hodowane rek. Krioprezerwowane zęby wykorzystuje się
razem z embrionalnymi komórkami nabłon- z powodzeniem do autotransplantacji. W ba-
ka jamy ustnej różnicują się do komórek po- daniach dotyczących właściwości mechanicz-
dobnych do odontoblastów, w których stwier- nych i biologicznych krioprezerwowanych zę-
dzono obecność białka markerowego odon- bów i więzadeł ozębnowych, przeznaczonych
togenzy PAX9. Po przeszczepieniu konglo- potencjalnie do przeszczepienia stwierdzono,
meratów BM-MSC i embrionalnych komórek że właściwości mechaniczne zęba krioprezer-
nabłonkowych jamy ustnej pod torebkę nerki wowanego nie odbiegają od właściwości nor-
dorosłych szczurów, obserwowano wytwarza- malnego zęba, tkanki więzadła ozębnowego
nie struktur podobnych do zębów otoczonych zachowują satysfakcjonujące właściwości,
tkanką miękką oraz kostną. Stwierdzano eks- tkanka miazgi ze względu na słabą przepusz-
presję sialoproteiny zębinowej w tkance po- czalność dla czynników krioprezerwujących
wstałych struktur zębopodobnych [24]. ulega uszkodzeniu (zatem krioprezerwowa-
Nadal poszukuje się alternatywnych, ła- ny ząb jest niepełnowartościowy), jednak z
twiej dostępnych z
ródeł komórek macierzy- miazgi nadal można izolować funkcjonalne
stych wykazujących potencjał odontogenny. komórki macierzyste DPSC [23]. Izolowanie
Przykładem takiej struktury jest mieszek wło- DPSC jest możliwe przez co najmniej 120 go-
sowy. Jego komórki mogą się różnicować do dzin od ekstrakcji zęba.
adipocytów, osteoblastów, a także, po indukcji Komórki DPSC po izolacji można utrzymać
przez mezenchymę zawiązka zęba, do odon- w warunkach hodowli in vitro. Zamrożenie
toblastów [42]. Obiecujące wyniki otrzyma- tej hodowli na wczesnych etapach zapew-
no również w przypadku multipotentnych ko- nia wysoki odsetek przeżywalności komórek.
689
E. Olender i in. Czas. Stomatol.,
3. d Aquino R, Graziano A, Sampaolesi M,
Przechowywanie w temperaturach -85°C lub
Laino G, Pirozzi G, De Rosa A, Papaccio G:
-196°C przez sześć miesiÄ™cy nie ma wpÅ‚ywu na
Human postnatal dental pulp cells co-diffe-
czynność tych komórek [41]. Krioprezerwacja
rentiate into osteoblasts and endotheliocytes:
nie wpływa też negatywnie na komórki SCAP,
a pivotal synergy leading to adult bone tis-
Nie stwierdzono osłabienia potencjału różni-
sue formation. Cell Death Differ 2007, 14, 6:
cowania krioprezerwowanych komórek SCAP
1162-1171.
w stosunku do świeżo izolowanych [4].
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
Podsumowanie
cells from apical papilla. J Cell Physiol 2010,
223, 2: 415-422.
W tkankach dojrzałego zęba oraz więza-
5. Duailibi M T, Duailibi S E, Young C S, Barlett
dła ozębnowego obecne są komórki macie-
J D, Vacanti I P, Yelick P C: Bioengineered te-
rzyste. Komórki te biorą udział w naturalnych
eth from cultured rat tooth bud cells. J Dent
procesach naprawczych. Bada się możliwości
Res 2004, 83: 523-528.
ich zastosowania w leczeniu. Somatyczne ko-
6. Duailibi S E, Duailibi M T, Zhang W, Asrican
mórki macierzyste tkanek zęba oraz więzadła
R, Vacant I P, Yelick P: Bioengineered dental
ozębnowego mogą być wykorzystane do in-
tissues grown in the rat jaw. J Dent Res 2008,
dukowania regeneracji więzadła ozębnowego,
87: 745-750.
miazgi zęba, zębiny, a także wytwarzania bio-
7. Fitzgerald M, Chiego D J Jr, Heys D R:
logicznych zębów zastępczych. Autoradiographic analysis of odontoblast re-
placement following pulp exposure in primate
Krioprezerwowanie i bankowanie zębów
teeth. Arch Oral Biol 1990, 35, 9: 707-715.
mlecznych, zdrowych trzecich zębów trzono-
8. Flores M G, Hasegawa M, Yamato M,
wych lub komórek z nich pozyskanych umożli-
Takagi R, Okano T, Ishikawa I: Cementum-
wia przechowywanie czynnościowych komórek
periodontal ligament complex regeneration
macierzystych do czasu, gdy u danego pacjenta
using the cell sheet technique. J Periodontal
zajdzie potrzeba ich użycia do regenaracji tka-
Res. 2008, 43, 3: 364-371.
nek. Komórki macierzyste zęba mogą stanowić
9. Govindasamy V, Abdullah A N, Ronald V
z
ródło komórek wykorzystywanych w terapii
S, Musa S, Ab Aziz Z A, Zain R B, Totey S,
komórkowej zmian w obrębie innych tkanek,
Bhonde R R, Abu Kasim N H: Inherent dif-
ferential propensity of dental pulp stem cells
np. w chorobach neurodegeneracyjnych.
derived from human deciduous and perma-
nent teeth. J Endod 2010, 36, 9: 1504-1515.
Piśmiennictwo
10. Graziano A, d Aquino R, Laino G, Papaccio
G: Dental pulp stem cells: a promising tool
1. Arthur A, Rychkov G, Shi S, Koblar S A,
for bone regeneration. Stem Cell Rev 2008,
Gronthos S: Adult human dental pulp stem
4, 1: 21-26.
cells differentiate toward functionally acti-
ve neurons under appropriate environmental 11. Gronthos S, Mankani M, Brahim J, Robey P
cues. Stem Cells 2008, 26, 7: 1787-1795. G, Shi S: Postnatal human dental pulp stem
cells (DPSCs) in vitro and in vivo. Proc Natl
2. Cordeiro M M, Dong Z, Kaneko T, Zhang Z,
Acad Sci USA 2000, 97, 25: 13625-13630.
Miyazawa M, Shi S, Smith A J, Nör J E: Dental
pulp tissue engineering with stem cells from 12. Handa K, Saito M, Tsunoda A, Yamauchi M,
exfoliated deciduous teeth. J Endod 2008, 34, Hattori S, Sato S, Toyoda M, Teranaka T,
8: 962-969. Narayanan A S: Progenitor cells from dental
690
2010, 63, 11 Komórki macierzyste tkanek zęba
follicle are able to form cementum matrix in human adult stem cell source for hard-tissue
vivo. Connect Tissue Res 2002, 43: 406-408. engineering. J Cell Physiol 2006, 206, 3: 693-
-701.
13. Hu B, Unda F, Bopp-Kuchler S, Jimenez L,
Wang X J, Haïkel Y, Wang S L, Lesot H: Bone 23. Lee S Y, Chiang P C, Tsai Y H, Tsai S Y, Jeng J
marrow cells can give rise to ameloblast-like H, Kawata T, Huang H M: Effects of cryopre-
cells. J Dent Res 2006, 85, 5: 416-421. servation of intact teeth on the isolated dental
pulp stem cells. J Endod 2010, 36, 8: 1336-
14. Huang G: Pulp and dentin tissue engineering
-1340.
and regeneration: current progress. Regen
Med 2009, 4, 5: 697-707. 24. Li Z Y, Chen L, Liu L, Lin Y F, Li A W, Tian
W D: Odontogenic potential of Bone Marrow
15. Huang G T, Sonoyama W, Liu Y, Liu H, Wang
Mesenchymal Stem Cells. J Oral Maxillofac
S, Shi S: The hidden treasure in apical papilla:
Surg 2007, 65: 494-500.
the potential role in pulp/dentin regeneration
and bioroot engineering. J Endod 2008, 34, 6: 25. Luan X, Ito Y, Dangaria S, Diekwisch T G:
645-651. Dental follicle progenitor cell heterogeneity
in the developing mouse periodontium. Stem
16. Huo N, Tang L, Yang Z, Qian H, Wang Y, Han
Cells Dev 2006, 15, 4: 595-608.
C, Gu Z, Duan Y, Jin Y:Differentiation of der-
mal multipotent cells into odontogenic line- 26. Morsczeck C, Gotz W, Schierholz J, Zeilhofer
age induced by embryonic and neonatal tooth F, Kuhn U, Mohl C, Sippel C, Hoffmann KH:
germ cell-conditioned medium. Stem Cells Isolation of precursor cells (PCs) from human
Dev 2010, 19, 1: 93-104. dental follicle of wisdom teeth. Matrix Biol
2005, 24: 155-165.
17. Iohara K, Nakashima M, Ito M, Ishikawa M,
Nakasima A, Akamine A: Dentin regeneration 27. Nakagawa E, Itoh T, Yoshie H, Satokata I:
by dental pulp stem cell therapy with recom- Odontogenic potential of post-natal oral mu-
binant human bone morphogenetic protein 2. cosal epithelium. J Dent Res 2009, 88, 3: 219-
J Dent Res 2004, 83: 590-595. -223.
18. Iohara K, Zheng L, Ito M: Regeneration of 28. Nakao K, Morita R, Saji Y, Ishida K, Tomita Y,
dental pulp after pulpotomy by transplanta- Ogawa M, Saitoh M, Tomooka Y, Tsuji T: The
tion of CD31-/CD146- side population cells development of a bioengineered organ germ
from a canine tooth. Regen Med 2009, 4: 377- method. Nat Methods, 2007, 4, 3:227-30.
-385.
29. Nesti C, Pardini C, Barachini S, D Alessandro
19. Jones L: Stem cells: So what s in a niche? D, Siciliano G, Murri L, Petrini M, Vaglini F:
Current Biology 2001, 11: R484 R486. Human dental pulp stem cells protect mouse
dopaminergic neurons against MPP(+) or ro-
20. Kim S H, Kim K H, Seo B M, Koo K T, Kim T
tenone. Brain Res 2010, 1, 7, 1367: 94-102.
I, Seol Y J, Ku Y, Rhyu I C, Chung C P, Lee Y
M:Alveolar bone regeneration by transplan- 30. Ohazama A, Modino S A, Miletich I, Sharpe P
tation of periodontal ligament stem cells and T: Stem-cell-based tissue engineering of mu-
bone marrow stem cells in a canine peri-im- rine teeth. J Dent Res 2004, 837: 518-522.
plant defect model: a pilot study. J Periodontol
31. Olender E, Kamiński A, Uhrynowska-
2009, 80, 11: 1815-1823.
Tyszkiewicz I, Wanyura H: Aspekty histolo-
21. Kmieć Z: Histologia i cytofizjologia zęba giczne i molekularne mechnizmy kontroli
i jamy ustnej. Elsevier Urban & Partner, naturalnego zęba. Czas Stomat 2010, 63, 9:
Wrocław 2007, str. 7-34. 543-550.
22. Laino G, Graziano A, d Aquino R, Pirozzi 32. Park J Y, Jeon S H, Choung P H: Efficacy
G, Lanza V, Valiante S, De Rosa A, Naro F, of periodontal stem cell transplantation in
Vivarelli E, Papaccio G: An approachable the treatment of advanced periodontitis. Cell
691
E. Olender i in. Czas. Stomatol.,
Transplant 2010 Aug 18 [publikacja elektro- paminergic neuron-like cells. Stem Cells Dev
niczna, przed drukiem].
2010, 199: 1375-1383.
33. Prescott R S, Alsanea R, Fayad M I: In vivo
41. Woods E J, Perry B C, Hockema J J, Larson
generation of dental pulp-like tissue by using
L, Zhou D, Goebel W S: Optimized cryopre-
dental pulp stem cells, a collagen scaffold,
servation method for human dental pulp-deri-
dentin matrix protein 1 after subcutaneous
ved stem cells and their tissues of origin for
transplantation in mice. J Endod 2008, 34:
banking and clinical use. Cryobiology 2009,
421-426.
59, 2: 150-157.
34. Sakai V T, Zhang Z, Dong Z, Neiva K G,
42. Wu G, Deng Z H, Fan X J, Ma Z F, Sun Y J,
Machado M A, Shi S, Santos C F, Nör J E:
Ma D D, Wu J J, Shi J N, Jin Y: Odontogenic
SHED differentiate into functional odon-
potential of mesenchymal cells from hair fol-
toblasts and endothelium. J Dent Res 2010,
licle dermal papilla. Stem Cells Dev 2009,
898: 791-796.
18, 4: 583-589.
35. Seo B M, Miura M, Gronthos S, Bartold P M,
43. Yamada Y, Ito K, Nakamura S, Ueda M,
Batouli S, Brahim J, Young M, Robey P G,
Nagasaka T: Promising cell-based therapy
Wang C Y, Shi S: Investigation of multipotent
for bone regeneration using stem cells from
postnatal stem cells from human periodontal
deciduous teeth, dental pulp, and bone mar-
ligament. Lancet 2004, 364, 9429: 149-155.
row. Cell Transplant 2010 Nov 5 [publikacja
36. Shi S, Gronthos S: Perivascular niche of post-
elektroniczna, przed drukiem].
natal mesenchymal stem cells in human bone
44. Yen A, Sharpe P: Stem cells and tooth tissue
marrow and dental pulp. J Bone Miner Res
engineering. Cell Tissue Res 2008 331: 359-
2003, 184: 696-704.
-372.
37. Sloan A J, Perry H, Matthews J B, Smith A
J: Transforming growth factor-beta isoform 45. Yu J, Shi J, Jin Y: Current approaches and
expression in mature human healthy and ca-
challenges in making a bio-tooth. Tissue Eng
rious molar teeth. Histochem J 2000, 324:
Part B Rev 2008, 14, 3: 307- 319.
247-252.
46. Zhao M, Xiao G, Berry J E, Franceschi R T,
38. Sonoyama W, Liu Y, Fang D, Yamaza T, Seo
Reddi A, Somerman M J: Bone morphoge-
B M, Zhang C, Liu H, Gronthos S, Wang C Y,
netic protein 2 induces dental follicle cells
Wang S, Shi S: Mesenchymal stem cell-me-
to differentiate toward a cementoblast/oste-
diated functional tooth regeneration in swine.
oblast phenotype. J Bone Miner Res 2002,
PLoS One 2006, 20, 1:e79.
17: 1441-1451.
39. Wang B, Li L, Du S, Liu C, Lin X, Chen Y,
Zhang Y:Induction of human keratinocytes
Adress: 02-004 Warszawa, ul. Chałubińskiego 5
into enamel-secreting ameloblasts. Dev Biol
Tel./Fax: [phone]
2010, 344, 2: 795-799.
e-mail: [e-mail]
40. Wang J, Wang X, Sun Z, Wang X, Yang H, Shi
S, Wang S: Stem cells from human-exfolia- Paper received 5 July 2010
ted deciduous teeth can differentiate into do- Accepted 12 January 2011
692