Як відростити зуби? Вчені близькі до рішення

Зуби відіграють надзвичайно важливу роль для нашого здоров'я, але сучасні методи відновлення втрачених зубів є тимчасовими та недосконалими. А що, якби ми могли відрощувати зуби заново?

Це скорочений переклад статті, оригінал можна прочитати тут

Майже щодня біохімікиня Ганнеле Руохола-Бейкер отримує мейли від людей, які благають долучити їх до незвичних стоматологічних експериментів – вони хочуть, щоб вона допомогла їм відростити нові зуби.

Річ у тім, що Руохола-Бейкер належить до дедалі більшої спільноти науковців у всьому світі, які використовують можливості регенеративної медицини, щоб замінити традиційні стоматологічні процедури для мільйонів людей, які втратили зуби або страждають від зубного болю.

Якщо їхнє бачення стане реальністю, одного дня візит до стоматолога може означати відновлення пошкоджених тканин зуба або навіть вирощування цілого нового зуба, а не його ремонт за допомогою штучних матеріалів чи видалення.

"Коли ми тільки починали цю роботу, одна річ стала для мене абсолютно очевидною, – каже Руохола-Бейкер, заступниця директора Інституту стовбурових клітин і регенеративної медицини Вашингтонського університету у США. – Люди готові до чогось нового в стоматології".

Пломби, що зʼявляються самі

Зуби – це "ваше вікно у світ", каже Памела Єлік, професорка Стоматологічної школи Тафтського університету у США.

"Якщо ви боїтеся відкрити рота або не можете нормально їсти, це запускає дуже негативну спіраль", – додає професорка.

Історично значення того, що "здоров'я ротової порожнини є ключем до загального здоров'я організму", недооцінювали, зазначає Єлік. Тепер дедалі краще розуміють, що стоматологічні проблеми, зокрема бактерії, які виникають унаслідок захворювань ясен, можуть підвищувати ризик серцево-судинних хвороб і респіраторних інфекцій. Їх також пов'язують із хворобою Альцгеймера.

Втрата зубів, своєю чергою, асоціюється з вищим рівнем захворюваності та передчасною смертю. Вона впливає на здатність людини їсти, пережовувати їжу та усміхатися, а також може погіршувати соціальне й емоційне благополуччя. Це підступне замкнене коло, яке може починатися ще в дитинстві.

Карієс є найпоширенішою причиною руйнування зубів, як пояснює Професорка оральної біології Іллінойського університету в Чикаго Енн Джордж.

Зуб складається з чотирьох основних шарів: емалі, дентину, цементу та пульпи. Карієс виникає тоді, коли бактерії зубного нальоту живляться цукрами й виробляють кислоти, які поступово розчиняють перший захисний шар зуба – емаль. Під емаллю розташований дентин, м'якша тканина, менш стійка до руйнування. Коли емаль втрачається і дентин оголюється, ризик розвитку карієсу ще більше зростає.

Джордж досліджує білки, які допомагають дентину рости, мінералізуватися та самовідновлюватися. Вона також входила до команди, якій вдалося клонувати один із генів, що бере участь у формуванні дентину. Це дало змогу краще зрозуміти механізми, за допомогою яких зуби створюють і підтримують цю тканину.

За словами Джордж, ці знання можуть привести до появи нових методів лікування, які стимулюватимуть пошкоджені зуби самостійно відновлювати каріозні ураження шляхом утворення нового дентину. Тоді потреба у традиційних пломбах для заповнення порожнин може зникнути.

Руохола-Бейкер і її команда також працюють над так званими "живими пломбами", але їхній підхід більше пов'язаний з емаллю, а не з дентином. Досліджуючи зуби мудрості, вчена з'ясувала, що особливі клітини, які утворюють емаль і називаються амелобластами, гинуть після того, як зуб проріжеться. Тому після появи зуба в ротовій порожнині їх уже неможливо стимулювати до роботи.

Натомість команда використала хімічні сигнали, щоб перетворити частину стовбурових клітин на амелобласти, а інші – на одонтобласти, тобто клітини, що утворюють дентин. Поєднавши ці клітини в лабораторних умовах, дослідники створили зубний органоїд – мініатюрну тканинну модель зуба, яка самостійно виробляє білки емалі.

Руохола-Бейкер уявляє майбутнє, в якому ці білки емалі використовуватимуть для створення пломб або нанесення на тріснуті зуби як своєрідного покриття для відновлення. Проте її довгострокова мета набагато амбітніша: виростити повноцінний зуб у лабораторії. Зрештою вона хоче імплантувати в ротову порожнину пацієнта спеціально створені клітини, необхідні для формування зуба, і дати змогу, як вона каже, "природі подбати про все інше".

Як виростити зуб

Якщо зуб сильно уражений карієсом і має численні пошкодження, найкращим і найпростішим способом лікування може бути його видалення та встановлення імпланта – конструкції, що складається з гвинтоподібного штифта, штучної коронки та з'єднувального елемента між ними.

Однак імпланти мають свої недоліки. Вони не містять нервів, які допомагають відчувати силу жування, тому людина може ненавмисно надто сильно стискати щелепи й пошкодити або навіть тріснути імплант. Крім того, на поверхні імпланта можуть накопичуватися бактерії, що призводить до розвитку захворювання, яке здатне негативно впливати на навколишні здорові зуби та тканини.

Штучні коронки також не є довічним рішенням: зазвичай їх потрібно замінювати приблизно через 15 років. До того ж вартість такого лікування може сягати тисяч доларів залежно від умов страхування та інших факторів.

На думку Ани Анджелова Вольпоні, директорки напряму регенеративної стоматології в Королівському коледжі Лондона, повністю вирощені в лабораторії зуби можуть виявитися довговічнішим рішенням, ніж імпланти.

"Замість того щоб просто "латати" пошкодження, ми могли б використовувати біологічну заміну", – каже Вольпоні. Вона також працює над створенням органоїда, здатного розвинутися в повноцінний замінник зуба.

"Навіть коли свиню забивають заради м'яса, у її щелепі залишаються зачатки зубів, які готуються сформувати новий зуб", – Памела Єлік.

Команда Вольпоні з'ясувала, що клітини, взяті з ясен дорослої людини, у поєднанні із зубоутворювальними клітинами мишей можуть сформувати гібридну "зубну структуру" людини та миші з життєздатними коренями, що продовжують розвиватися.

Зараз дослідниця працює над відтворенням біологічних інструкцій, які керують формуванням зуба, а також над створенням спеціальних біоматеріалів, що допомогли б цим клітинам самоорганізовуватися у впорядкований і функціональний зуб.

На жаль, у людей такий процес природним шляхом не відбувається.

На відміну від деяких інших тварин, люди не можуть безперервно відрощувати нові зуби після втрати постійних. Акули, наприклад, мають практично невичерпний запас зубів, які постійно відновлюються за принципом конвеєра. Кенгуру протягом життя змінюють кілька комплектів корінних зубів. Те саме відбувається і в слонів.

Свині також мають цікаву біологічну особливість: у їхніх щелепах міститься кілька комплектів зачатків дорослих зубів, які ще не прорізалися. Саме завдяки цій особливості Єлік змогла виростити в дорослих юкатанських мініпігів зуби, схожі на людські, використовуючи комбінацію людських і свинячих зубних клітин.

Команда дослідників виділила з людських зубів клітини, здатні формувати дентин, а клітини, що утворюють емаль, отримала із зачатків непрорізаних зубів у щелепах свиней, які були відходами після забою на м'ясо.

"Навіть коли свиню забивають заради харчових потреб, у її щелепі все ще залишаються зубні зачатки, готові сформувати новий зуб", – пояснює Єлік.

Після вирощування клітин у лабораторії дослідники помістили їх на спеціальний біоінженерний каркас, розроблений так, щоб імітувати середовище, в якому природно розвивається зуб. Через три місяці на цьому каркасі сформувалися зубоподібні структури зі швидкістю розвитку, близькою до тієї, що спостерігається у природних зубів свиней.

"Це було підтвердженням принципу, що такий підхід справді може працювати (...) Після публікації результатів до нас звернулися дуже багато людей, які відчайдушно шукали спосіб вирішити власні стоматологічні проблеми", – каже Єлік.

Зараз вона планує повторити експеримент упродовж довшого періоду та безпосередньо в щелепі свині. У перспективі Єлік і її команда прагнуть навчитися стимулювати клітини до вирощування нових зубів безпосередньо в ротовій порожнині людини – вже без використання будь-яких свинячих клітин.

Від лабораторії до стоматологічного крісла

Попри великий інтерес до таких технологій, до появи перших пацієнтів, яким лікуватимуть карієс за допомогою самовідновлення зубів або вживлятимуть вирощені в лабораторії зуби, ще залишаються роки.

Перш ніж можна буде "почати говорити" про випробування на людях, як каже Руохола-Бейкер, необхідно провести дослідження на приматах. Для цього знадобляться додаткові дослідження, час і фінансування.

Крім того, щоб вирощені в лабораторії зуби можна було імплантувати людям, ученим ще потрібно створити кращі умови для розвитку зубної тканини.

Тим часом знання, отримані в галузі регенеративної стоматології, можуть допомогти ширшим зусиллям із відтворення різних частин людського організму, зокрема органів і кісток.