Вирощування нових зубів - хоч в три ряди, за бажанням, вже не за горами. Вчені виявили гени, які відповідають за формування зубної емалі і зростання цілих зубів. І змогли на свій розсуд або позбавити тварин зубів, або виростити зуби де попало.
Дослідники з Цюріхського університету (University of Zurich) під керівництвом професора Тіміоса Мітсіадіса (Thimios Mitsiadis) з'ясували, що зачаток особи і зубної системи формується в період внутрішньоутробного розвитку з епітелію і мезенхіми зародка. Порушення цього процесу призводить до розвитку щелепно-лицьових патологій - дефектів розвитку зубів, заячої губи і вовчої пащі.
Вчені вирішили провести дослідження на спеціальних трансгенних мишах, щоб з'ясувати схему тимчасового і просторового залучення генів в розвиток зубної системи і особи. А заодно і точно визначити, які гени відповідають за карієс і руйнування зубної тканини.
беззубі миші
Для експерименту у піддослідних тварин штучно порушили фактор транскрипції гена Tbx 1. Відсутність цього гена грає принципову роль у розвитку синдрому Ді Джорж, при якому у людини розвивається ряд каліцтв серця, тимуса, паращитовидної залози, обличчя і зубів. А також зубної емалі, яку автори роботи називають «найтвердішою органічної тканиною».
Зубна емаль, за словами дослідників, формується шляхом мінералізації певних білків, які виділяються епітеліальними клітинами зуба - амелобластов. Ці клітини виробляють емаль до того моменту, коли зуб починає прорізатися з ясен.
З'ясувалося, що у мишей з відключеним Tbx 1 виявився недолік і в емалі, і в амелобластов. Правда, лабораторні тварини прожили не дуже довго і вченим довелося закінчувати експеримент на довгоживучих культурах тканин, які і дозволили простежити ріст зубів до повної зрілості.
Зв'язок між виробництвом емалі і генами виявили і колеги Мітсіадіса з університету Орегона. Правда, за їхніми даними, на брак емалі впливає відключення фактора транскрипції іншого гена - Ctip 2.
Зуби зі стовбурових клітин
Вчені з Цюріха також з'ясували, що Tbx 1 залучений у виробництво стовбурових клітин зубного епітелію, які в свою чергу формують амелобласти. Тому Мітсіадіс вважає, що в деяких випадках для відновлювальної терапії при генетичних аномаліях зубів можна використовувати стовбурові клітини. «Ці клітини в майбутньому можуть стати в нагоді для нових технологій трансплантації, - пояснює професор, - розуміння генних механізмів, які керують ростом і відновленням зубів, дозволить нам виробляти нові продукти і тканини для заміни травмованих і хворих зубів. Хоча тільки на стовбурові клітини ставку робити не варто ».
Миші з вовчою пащею і акулячими зубами
Дослідники з Медичного центру Рочестерського університету (University of Rochester Medical Center), якими керує доктор Руланг Джанг (Rulang Jiang), вирішили не зупинятися на вивченні особливостей походження зубної емалі. Вони вирішили дізнатися, як ростуть самі зуби. І для цього теж звернулися до періоду формування особи під час розвитку плоду.
Для науки знову довелося «страждати зубами» лабораторним мишам. Вчені вивели модифікованих тварин, у яких «вимкнули» ген Osr 2 - мабуть, «колегу» Tbx 1. У його «зону відповідальності» входила профілактика деформації зубів і появи вовчої пащі - вроджений дефект, при якому дві половини неба не зливаються, утворюючи щілину.
«Вибивання» Osr 2 призвело до того, що мишенята з'являлися на світ з вовчою пащею. Крім цього у них виростали зуби за межею нормальної лінії росту. Цей факт так зацікавив Джанга, що він вирішив залишити вовчу пащу на час у спокої і зосередився на вивченні шляхів росту зубів.
Першою ознакою формування зубів у ембріонів ссавців служить потовщення епітелію уздовж лінії щелепи. Це говорить про те, що сформувалася група клітин, яку називають зубної платівкою. Так як всі зуби формуються згодом з цієї платівки, вчені припустили, що якесь спеціальне якість епітеліальних клітин робить їх придатними для даного процесу. Попередні дослідження показали, що зуби могли з'являтися з епітелію, який зазвичай не задіяний в зубної платівці. Але як виявлялися сигнали для зростання зубів поза межами зубного ряду, вчені не знали.
Дослідження в інших лабораторіях також показали, що для ініціювання росту зубів потрібен кістковий морфогенетичний білок Bmp 4. У нього є власний «підсилювач сигналу» - білок Msx 1. Тому Джанг з колегами припустив, що є певний невідомий фактор, який обмежив у мишей з недоліком Osr 2 ріст зубів в один ряд, блокуючи Bmp 4.
Подальше дослідження показало, що концентрація активного гена Osr 2 збільшується в зародку щелеп у напрямку від щоки до мови. А концентрація Bmp 4 збільшується в зворотному напрямку. Причому якщо Osr 2 не працює, то активність Bmp 4 поширюється за межі зубного ряду, а не обмежується лише зубної платівкою. І тоді зуби можуть виростати далеко за межами «традиційного» для ссавців зубного ряду.
Де рости зубам
На цьому Джанг знову ж таки не зупинився. Він вирішив з'ясувати, чому у ссавців між зубами є відстань. І чому іноді його немає і суміжні зуби виглядають сплавленими між собою. Тому дослідники знову взялися за мишей, у яких видалили і ген Osr 2, і ген Msx 1.
Експериментальним мишам, у яких не вистачало тільки Msx 1, не змогли виростити жоден зуб. А тим, у кого «вимкнули» обидва білка, виростили тільки перші корінні зуби. Експеримент дозволив вченим говорити про те, що навіть якщо немає ставить зуби на місце Osr 2, то білка Bmp 4 цілком вистачає, щоб щось в роті все-таки зросла. А ось без Msx 1 сигнал Bmp 4 не дужчав настільки, щоб почалося будівництво наступного зуба в ряду.
Професор Джанг припустив, що Bmp 4 співпрацює з іншими факторами формування зубів і допомагає створити «демаркаційну зону» навколо кожного зуба, де вже нічого не росте. Коли зуб майже дозрів, Msx 1 зменшує рівень заборони на зростання і починається розвиток наступного зуба, кероване Bmp 4.
Так як ростуть не тільки зуби, але і щелепу, кожен зуб повинен отримати сигнал, що кістку щелепи вже досить для нього відросла. Тут, за словами Джанга, і криється механізм формування вовчої пащі.
У планах команди з Рочестера - точно відстежити генетичний ланцюг, яка управляє копіюванням зубів і розвитком неба. Ну і, щоб не відставати від колег з Цюріха, зрозуміти, як можна застосувати стовбурові клітини для лікування вовчої пащі. І вирощування зубів на порожньому місці.
Матеріали про нелегкий становленні зубів на своє місце можна прочитати на сайті Медичного центру Рочестерського університету в журналі Science .
А про те, як з'являється зубна емаль, автори дослідження написали в журналі Development Biology і на сайті Цюріхського університету .
Як говорилося в одній приказці, зуби справа наживна. Але скоро, схоже, можна буде нажити не штучні зуби, а справжні. Тільки зуби вирощені в пробірці. Про це нам заявили японські вчені.
Японські вчені повідомили про те, що їм вдалося замінити мишачий зуб на вирощений в лабораторії з клітин і функціонує аналогічно первинному.
Для вирощування повноцінного зуба вчені використовували примітивні клітини, які стоять трохи вище, ніж стовбурові, - мезенхімальні і епітеліальні. Ін'єкція клітинного матеріалу була проведена в колагеновий каркас підтримку всього тіла.
Після вирощування зуба вони виявили, що він довжиною близько 1,3 міліметра прийняв зрілу форму, яка складалася з повноцінних частин, таких як дентин, пульпа, судини, періодонтальні тканини і емаль. Потім вчені видалили різець восьмитижневої миші і імплантували замість нього вирощений зуб. Обстеження, проведене через два тижні, показало, що новий зуб росте в точності як звичайний, він прижився і функціонує абсолютно нормально.
Вирощування зуба стало лише першим кроком у розвитку цієї революційної і багатообіцяючою технологією.
Таким чином, проведена операція стала першим вдалим досвідом успішної заміни цілого органу біоінженерними матеріалами. Дослідники відзначають, що існують два способи вирощування зуба: або в органної культури, або в спеціальній капсулі, що прикріплюється до печінки іншої миші. Процес зростання займає 14 днів.
Даний метод дозволить вирощувати цілі органи з однієї-двох клітин, кажуть дослідники, хоча і не заперечують, що їм належить ще багато роботи по вивченню цього воістину революційного досягнення.
