Что такое формирование зубов
Особенности развития постоянных зубов у детей. Сроки прорезывания
Процесс формирования постоянных зубов проходит параллельно с временными. Сразу после рождения каждый младенец имеет около 16 зачатков, которые находятся в неактивном состоянии. После начала резорбции и выпадения молочных зубов постоянные начинают интенсивное развитие, завершающееся их прорезыванием. Весь процесс формирования коронки и корня разделен на несколько этапов, каждый из которых имеет физиологические и временные особенности.
Внутричелюстное развитие
Постоянный прикус формируется на основе зубных пластинок, которые формируются внутри ямок из многослойного плоского эпителия. Примерно на 5-м месяце эмбрионального развития ребенка вдоль нижнего края зачатков временных зубов появляется эмалевый орган. По мере врастания в него мезенхимы формируются зубные сосочки и мешочки.
Всего у каждого ребенка в двух челюстях находится 20 зачатков для развития замещающих постоянных зубов, 16 из которых присутствуют на момент рождения, а остальные 4 появляются на 1-5 году жизни. Находясь в одной альвеоле с молочными, спустя время они отделяются от них костной перегородкой и размещаются в отдельных лунках. Зубные пластины растут в направлении кзади. Активно развиваются основные зубные ткани – дентин, пульпа, эмаль, а также кровеносные сосуды и нервные волокна.
Прорезывание
Выход постоянных зубов из места закладки и развития в ротовую полость, при условии правильного развития ребенка, совпадает с периодом выпадения молочных. Как правило, замена происходит в той же последовательности, что и прорезывание при формировании временного прикуса.
Первые постоянные зубы появляются в период 5-6 лет. Это – первые постоянные моляры, которые не имеют временных предшественников. Они же первыми подвергаются процессу обызвествления твердых тканей после рождения ребенка. После этого появляются премоляры, вторые моляры, центральные и боковые резцы, клыки.
При проблемах с резорбцией временных корней и другими сложностями, препятствующими нормальному прорезыванию, выполняют удаление молочного зуба и оказывают другую стоматологическую помощь. При этом учитывается факт генетической предрасположенности и другие особенности развития ребенка.
Согласно ВОЗ, стандартными сроками развития и прорезывания считаются:
Последними постоянными зубами, появляющимися в возрасте 18-25 лет, являются третьи моляры. Окончательное их развитие может длиться до 30 лет.
Формирование периодонта и корней
Данный этап развития начинается после прорезывания постоянных зубов и обычно продолжается в течение 3,5-5 лет. Он включает в себя процессы развития окружающих тканей, а также корневой системы. При этом коронка постоянных зубов на этом этапе практически полностью сформирована и готова к активной минерализации после прорезывания.
Период развития корневой части и тканей периодонта разделяются на такие стадии:
Стабилизация
Данный этап завершает физиологическое развитие постоянных зубов. Считается, что на этой стадии они полностью сформированы и готовы к нормальной жевательной нагрузке. В целом процесс развития постоянных зубов происходит значительно медленнее, чем временных, и в среднем занимает около 10 лет. Как правило, стабилизация наступает после полного окончания роста корневой части, которая нередко продолжается до 14-16 лет.
Прорезывание зубов у детей: порядок
Формирование зубов — это сложный поэтапный процесс, который начинается с первых недель внутриутробной жизни. Так, к моменту рождения внутри каждой челюсти у младенца присутствуют зачатки 20 молочных и 16 постоянных зубов. Но, как и все этапы развития, прорезывание зубов у детей до года и старше проходит по-разному. Одни переносят этот период относительно спокойно, другие капризничают и плохо спят. Почему так происходит и как понять, что у малыша режутся зубки, расскажем далее.
Сроки прорезывания зубов у детей
В среднем первые зубы у здоровых детей появляются в 5–6 месяцев. Но иногда бывает, что у кого-то белый бугорок проглядывает в 4 месяца, а кто-то и в 8–12 месяцев улыбается беззубым ртом. И это не отклонение от нормы. Согласно исследованиям ряда авторов, сроки отличаются в зависимости от региона проживания, расы, пола ребенка. Например, у малышей южных районов зубы появляются немного раньше, чем у северян. Также на формирование временных зубов влияют такие факторы:
токсикоз матери во втором и третьем триместре беременности;
качество питьевой воды;
гипотиреоз и другие эндокринные патологии;
Ускорить сроки и повлиять на последовательность прорезывания зубов у детей невозможно. Единственное, что подвластно родителям в это время, — облегчить состояние младенца, если он беспокоен и испытывает боль (об этом ниже).
Последовательность
Порядок появления зубов может варьироваться, что случается редко и не считается патологией. У некоторых мальчиков и девочек первыми появляются верхние резцы, а не нижние, как обычно. Но в основном последовательность прорезывания зубов у детей выглядит следующим образом (зубы появляются попарно):
нижние центральные резцы;
верхние центральные резцы;
верхние боковые резцы;
нижние боковые резцы;
первые верхние моляры (коренные зубы);
первые нижние моляры;
вторые нижние коренные зубы;
вторые верхние коренные зубы.
К 2,5–3 годам у ребенка полный комплект молочных зубов: по 10 на каждой челюсти. Примерно после 4–6 лет корни начинают рассасываться, зубы теряют опору и выпадают в том же порядке, в каком и прорезались.
По мере роста челюсти и лицевых костей образуются промежутки между основными зубами. Это обеспечивает пространство для появления постоянных, более крупных зубов, период прорезывания которых с 5 до 15 лет.
Симптомы
Обычно при прорезывании зубов не возникает серьезных проблем, но местные (в редких случаях системные) нарушения присутствуют. К ним относятся:
припухлость и болезненность десен;
потребность младенца в кусании и жевании;
Жидкий стул, субфебрильная температура и насморк встречаются реже, чем вышеуказанные симптомы.
Важно! При подъеме температуры тела выше 38 градусов, судорогах, затрудненном дыхании нужно показать кроху врачу, вызвать скорую помощь. Это может указывать на вирусное инфекционное заболевание и не относится к признакам прорезывания зубов.
Некоторые родители задаются вопросом, почему этот процесс протекает у малышей по-разному. Например, у одних прорезывание зубов проходит с температурой, у других — нет. Отмечено, что помимо прочих факторов, на это влияет и конституциональный тип ребенка. У детей аллергического типа этот период может сопровождаться повышенной капризностью, атопическим дерматитом, нередко присоединяется ОРВИ. Младенцы с астеническим синдромом плохо спят, отказываются от еды, подолгу плачут из-за выраженной боли.
Как помочь малышу при прорезывании зубов
Чтобы устранить неприятные симптомы и облегчить самочувствие ребенка, родителям рекомендуют:
Приобрести прорезыватели из силикона или специального мягкого пластика, наполненные водой. Эти приспособления охлаждают до комфортной температуры (не замораживают) и дают малышу. Холод уменьшает боль в деснах, снимает отек.
Провести массаж десен. Для этого взрослому нужно обернуть свой палец чистым марлевым тампоном, смочить его в прохладной кипяченой воде и слегка помассировать воспаленный участок.
Дать лекарственное средство на основе ибупрофена или парацетамола, если ребенок слишком беспокоен или поднялась высокая температура. Дозировку назначает врач.
Важно! Во время прорезывания зубов малыши все тянут в рот, что может спровоцировать присоединение вторичной инфекции. Поэтому родителям необходимо тщательно следить за гигиеной полости рта, регулярно протирать лицо чистым полотенцем, аккуратно промакивать слюну.
Что касается специальных гелей для десен, то тут нужно быть осторожнее и не использовать их слишком часто, так как некоторые компоненты могут вызвать аллергическую реакцию.
Уход за молочными зубами
Ухаживать за зубами нужно сразу после прорезывания. Сначала это делают мамы. Для взрослых созданы специальные щетки-насадки на палец, которыми удобно очищать зубик от налета, но пока без пасты. Когда малыш научится полоскать рот и сплевывать, переходят к чистке детской зубной пастой без фтора (можно и раньше, если на тубе указано, что паста от 0 лет). Так, постепенно, у ребенка сформируется полезная привычка ухаживать за ротовой полостью.
Еще одна важная причина ухода за зубами с младенчества заключается в том, что от этого зависит формирование постоянных зубов и прикуса. Например, кариес временного зуба может перейти на зачаток постоянного. А ранняя потеря (до 5 лет) молочного зуба приведет к неровному зубному ряду в дальнейшем. Если вовремя не начнет расти коренной зуб, соседние молочные зубы сдвинутся и заполнят образовавшийся участок.
Жизненный цикл наших зубов
Как известно, зубы у человека на протяжении жизни вырастают дважды. До 6-7 лет полностью формируется молочный прикус, до 12-13 лет «детские зубы» меняются на «взрослые» – к этому времени завершается формирование постоянного прикуса. Несколько позже, вплоть до 20-летнего возраста могут вырасти еще 4 зуба – «мудрости». Их название отражает поздний период роста. Они самые последние в ряду, при этом для них очень часто не хватает места и рост их сопряжен со множеством проблем.
Жизненный цикл зубов
Почти все органы нашего тела формируются еще в утробе. Зубы – не исключение. Уже в возрасте 6 недель у плода появляются зачатки первых зубов: по 10 шт. на верхней и нижней челюсти. Итого – 20 маленьких «почек». Это и есть будущий молочный прикус.
Смотрите интересную инфографику о том, какую жизнь проживают наши зубы, а сразу следом – более подробно о каждом этапе и полезные советы, как сохранить зубы до старости.
| Рождение | Ребенок рождается с полностью сформированными зачатками зубов – находятся они прямо под поверхностью десны. Интересно также то, что некоторые малыши уже рождаются с одним или несколькими зубами |
|---|---|
| 2-3 месяца | У малыша начинают резаться первые зубы. Это довольно неприятный процесс, который сопровождается обильным слюноотделением, болезненностью, ухудшением настроения ребенка, отказом от еды. Кроме того, во время прорезывания значительно снижается местный иммунитет, что увеличивает риск развития вирусной инфекции. Именно этим объясняется частое повышение температуры в данный период |
| 6-14 месяцев | Начинают появляться зубы. Первыми вырастают нижние резцы, затем – верхние. Всего у ребенка должно вырасти 20 шт., в том числе по 2 многокорневых жевательных с каждой стороны – это и будет молочный прикус |
| 6-7 лет | В это время «детские» зубы начинают выпадать. Происходит смена молочного прикуса на постоянный |
| 12-13 лет | Период полного завершения формирования постоянного прикуса. К этому возрасту молочные должны выпасть полностью, а на их месте вырасти постоянные. Помогать зубам выпасть в большинстве ситуаций не требуется – это естественный и физиологический процесс, который не требует стороннего вмешательства. Но вот показываться врачу все же стоит: важно следить и за ранкой, и за процессом в целом |
| 17-21 год | В этот период могут вырасти «зубы мудрости» – самые дальние в ряду. Всего их 4 шт. На их месте не было молочных предшественников, поэтому путь им приходится прокладывать самостоятельно. Кроме того, они растут в период, когда костная ткань полностью сформировалась и является очень твердой. Именно поэтому их рост сопряжен с такими проблемами, как болезненность, острое воспаление слизистой, неправильное положение в ряду и даже ретенция (зуб не прорезывается, формируется и полностью остается в костной ткани) |
| 20 лет и старше | Начиная с этого возраста (а при наличии проблем с организмом или при занятиях опасными видами спорта даже раньше) мы начинаем терять зубы. При отсутствии или плохой гигиене, при неправильном питании, появлении заболеваний многих органов и систем организма эмаль становится более слабой и подвергается атаке бактерий. С возрастом уменьшается количество слюны – а именно она является естественным средством очищения от налета. Во многом поэтому зубы и десны становятся более восприимчивыми к разрушению. Стоит также помнить, что к потере приводят не только стоматологические заболевания, но также проблемы с деснами |
Интересные факты
Цвет эмали
Естественный цвет эмали может быть совершенно любым и крайне редко он является белоснежным. Как правило, эмаль немного желтоватая или сероватая. У детей зубы могут иметь даже синеватый оттенок, который говорит о наличии большой пульпы и ее близком расположении к эмали
О первых зубах у ребенка
Некоторые дети могут рождаться с одним или даже несколькими зубами, которые формируются еще в утробе матери. Не важен также возраст, когда у малыша появляются первые зубы – в три или десять месяцев. Главное, чтобы в целом молочный прикус был сформирован полностью и правильно
О важной роли молочных зубов
Молочные зубы служат в первую очередь основой для постоянных – они буквально прокладывают им путь. Если первые зубы выросли прямо, совершенно не обязательно, что последующие вырастут также. Впрочем, возможна и обратная ситуация, поэтому контролировать формирование и рост всех зубов нужно под контролем лечащего врача
О зубах мудрости
Зубы мудрости могут и не прорезаться – это совершенно нормальное и довольно распространенное явление. Удалять или оставлять выросшие зависит от их состояния: если они приносят только дискомфорт, при наличии кариеса или пульпита вылечить их крайне затруднительно, вполне можно пожертвовать такими зубами, поскольку никакой функциональной нагрузки они не несут
О проведении гигиены полости рта
Согласно статистике, чистку 2 раза в день проводят только 57% женщин и 46% мужчин. Остальные периодически пропускают столь важную процедуру, которая позволяет эффективно справится с налетом и тем самым защитить эмаль и десны от атаки вредных бактерий
Об использовании зубной нити
Согласно исследованиям, сегодня только 50% жителей населения используют зубную нить ежедневно. Между тем, это отличный способ профилактики многих стоматологических заболеваний: именно нить эффективно очищает межзубные промежутки от остатков пищи и налета. Альтернативой нити сегодня может стать только ирригатор – щетка с такими узкими пространствами не справится
Полезные советы, как сохранить зубы с детства
Самые главные требования – это регулярная гигиена и прохождение профилактических осмотров у стоматолога. Родителям очень важно выработать у ребенка правильную привычку с самого детства, чтобы сохранить ее до конца жизни и защитить зубки от множества стоматологических проблем.
Руководство по «выращиванию» зубов, или биоинжениринг в стоматологии
Доктор зло, или стоматолог за работой.
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Все еще боитесь стоматологов? Тогда эта статья для вас! Давайте на секунду представим, что бормашина затихла, и ее звук больше не побеспокоит вас никогда, а инструменты для удаления зубов так и остались в невскрытом крафт-пакете. «Такое возможно?» — спросите вы. «Да! — отвечу вам я. — Ведь в тот самый момент на первых полосах будет мелькать интригующая новость — впервые выращен и имплантирован человеку зуб. Успешно. »
Конкурс «био/мол/текст»-2017
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2017.
Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».
. Говорят, зло не имеет лица. Действительно, на его лице не отражалось никаких чувств. Ни проблеска сочувствия не было на нём, а ведь боль просто невыносима. Разве он не видит ужас в моих глазах и панику на моем лице? Он спокойно, можно сказать, профессионально выполнял свою грязную работу, а в конце учтиво сказал: “Прополощите рот, пожалуйста. ”
Так описывает посещение стоматолога Дэн Эндрюс в своем рассказе «Несчастная». И действительно, с детства мы с невероятным «трепетом» относимся к таким специалистам, как стоматологи. Что только ни предпринимают родители, чтобы заставить своих детей хотя бы зайти в кабинет к врачу, стараясь не думать о том, что ждет их дальше. Да и порой у взрослого человека душа уходит в пятки при виде многочисленных инструментов. Иногда для этого достаточно только вида стоматологической клиники.
В итоге состояние полости рта и твердых тканей зубов во всем мире не вселяет надежду на будущее без кариеса. Несмотря на успехи, достигнутые в стоматологическом лечении, потеря зубов остается одной из самых существенных проблем. Так, по данным ВОЗ, основными причинами потери зубов являются кариес и пародонтит. Полная потеря зубов в особенности широко распространена среди пожилых людей. В глобальных масштабах примерно у 30% людей в возрасте 65–74 лет отсутствуют зубы по причине воспалительных заболеваний пародонта и патологии твердых тканей зубов [1].
Поэтому неудивительно, что состояние полости рта у населения не только в России, но и в мире представляет собой серьезную проблему, предлагая возможности как для изучения, так и, что более важно, — для поиска новых способов лечения. Одним из них стала тканевая инженерия — междисциплинарная отрасль, целью которой является создание биологических заместителей, восстанавливающих и поддерживающих функции ткани или органа. Достаточно высокая эффективность методов тканевой инженерии и их потенциал заставили обратить на себя внимание многих деятелей науки. Это же способствует их неувядающей популярности в различных сферах медицины и по сей день.
Зуб за зуб
Первые попытки стоматологического лечения люди предприняли очень давно. При раскопках в Египте археологи обнаружили вырезанный из раковины моллюска искусственный зуб в челюсти человека, жившего пять с половиной тысяч лет тому назад (рис. 1) [2].
Рисунок 1. Вид вестибулярной поверхности зуба, вырезанного из раковины. Интервал отметок по краям — 1 мм.
Помимо «зуба из морепродуктов» нашли реимплантированные зубы в челюсти молодой женщины, причем все они были не на своих «местах»: вместо верхнего центрального резца альвеола содержала клык. Эти зубы имели все признаки интеграции, то есть сращения с живой тканью [3]. Таким образом, оказывается, уже в это время были сделаны первые шаги в стоматологии, но, что более удивительно, также и в области тканевой инженерии.
Но, спросите вы, как могут быть связаны стоматология и тканевая инженерия, не считая того, что несколько тысячелетий назад один египтянин ценил свою улыбку так, что заменил потерянный зуб чужим? Очень даже могут, ведь на данный момент не существует панацеи для лечения пациента, которому поставлен диагноз частичной или полной адентии, то есть отсутствия зубов. К тому же потеря даже одного зуба приводит к изменению не только эстетических параметров, но, что более важно, к нарушению первичной обработки пищи и ухудшению речи. Не стоит также забывать, что при потере зубов — будь то в результате травмы или кариозного процесса и его осложнений — изменяется состояние зубочелюстной системы в целом, что ухудшает прогноз и осложняет дальнейшее лечение.
Для того чтобы компенсировать функции утраченного зуба, сейчас используют ортопедические конструкции и имплантаты (рис.2). Все же это «искусственные» заменители: у них отсутствуют сосуды, нервные окончания, рецепторы. Также одним из наиболее важных аспектов является отсутствие периодонтальной связки у имплантата, до недавнего времени считавшегося золотым стандартом лечения при отсутствии зубов.
Рисунок 2. Строение зуба и имплантата. Natural tooth — зуб. Artificial crown — искусственная коронка. Gingiva — десна. Implant — имплантат. Osteointegration — остеоинтеграция. Periodontal ligament — периодонтальная связка.
Периодонт — это высокоспециализированная фиброзная соединительная ткань, состоящая из клеток и внеклеточного матрикса. Она располагается между цементом, покрывающим корень зуба, и костной тканью, формирующей стенку лунки. У человека периодонтальная связка способствует укреплению зуба в альвеоле, обеспечивает механическую устойчивость к воздействию жевательных сил на зуб, распределяя приложенное давление: сила всех жевательных мышц составляет ни много ни мало 390 кг [4].
Что же не так с имплантатом?
Во-первых, как уже было описано выше, — это отсутствие периодонтальной связки. Имплантат удерживается за счет остеоинтеграции, то есть посредством анатомической связи с костной тканью. В отличие от зуба, у которого имеется небольшая физиологическая подвижность, имплантат неподвижен. Если же вокруг имплантата появляется подобие соединительной ткани, то это означает только одно — периимплантит, то есть воспалительный процесс в костной ткани, окружающей имплантат. В большинстве случаев развития данного сценария имплантат подлежит удалению [5].
Во-вторых, имплантат не может быть соединен в общую конструкцию с оставшимися зубами пациента из-за отсутствия связочного аппарата и неспособности адекватного распределения давления. Здесь работает принцип: кто сильнее, тот в зубном ряду. Либо имплантат не позволит зубу двигаться, что приведет к атрофии тканей пародонта и потере зуба, либо будет потерян имплантат.
В-третьих, у каждого пациента свои анатомические особенности, и объем костной ткани для постановки имплантата не всегда бывает достаточным.
И, в-четвертых, важно помнить, что для долговечности имплантата необходимо поддерживать идеальную гигиену полости рта, что, мягко говоря, получается далеко не у всех. Здесь мы возвращаемся к ранее упомянутой проблеме периимплантита [5]. Получается своего рода замкнутый круг.
Все эти недостатки приводят к поиску альтернативных способов лечения.
Одним из них может стать тканевая инженерия. В этой статье я постараюсь суммировать недавний прогресс, перспективы и основные направления развития биоинженерии зуба, то есть кратко рассказать о том, что нужно для создания зуба.
Откуда берутся зубы, или одонтогенез in vivo
Естественно, перед тем как разбираться в биоинжениринге, нужно понимать, как зуб развивается изначально в организме человека.
Формирование зубов — достаточно сложный процесс, который сопровождается тканевым взаимодействием и контролируется огромным количеством сигнальных молекул (рис.3) [6].
Рисунок 3. Стадии развития зуба. В процессе развития зуб проходит через следующие стадии: плакоды, почки, колпачка, колокола, стадии развития корня и прорезывания. Формирование зуба начинается в области дентальной пластинки, которая состоит из мезенхимальных клеток и инвагинированного эпителия. На первом этапе из дентальной пластинки образуется зачаток зуба (стадия плакоды). Во время стадии колпачка формируется первичный эмалевый узел, а на стадии колокола — вторичные эмалевые узлы, которые формируют бугорки будущих коронок зубов. Здесь же эпителиальные и мезенхимальные клетки зародыша зуба дифференцируются в амелобласты, одонтобласты и клетки дентального фолликула. Амелобласты и одонтобласты продуцируют эмаль и дентин соответственно. Клетки дентального фолликула дифференцируются в клетки тканей периодонта: в периодонтальную связку, цемент и альвеолярную кость.
Зуб развивается из тканей, образованных зародышевым листком эктодермой. Делясь и дифференцируясь, клетки эктодермы формируют структуры, необходимые для развития зуба: дентальный эпителий и нервный гребень, который позже преобразуется в мезенхиму. Формирование зуба инициируется и регулируется эпителиально-мезенхимальными взаимодействиями. Самый ранний признак развития зуба — образование дентальной пластинки, подковообразного утолщения эпителия вдоль верхней и нижней челюстей. Дальнейшие этапы включают стадии плакоды, почки, колпачка, колокола и развитие корня [6], [7].
В развитии зуба основную роль играет взаимодействие между клетками эпителия и мезенхимы. Почему же в процессе развития зародыша формируется именно зуб, а не другой орган, например, кишечник? Все дело в том, что клетки, участвующие в развитии зуба, обладают одонтогенной компетентностью. Генетическая подоплека одонтогенности, то есть способности стволовых клеток дифференцироваться непосредственно в дентальные клетки, до конца не выяснена, хотя выделено более 200 генов, «причастных» к развитию зуба. Во многих работах, направленных на изучение данного феномена, также уделяется много внимания неким эпителиальным сигнальным центрам. Всего на данный момент мы знаем о 4 таких центрах: дентальная пластинка, плакода, первичные и вторичные эмалевые узлы, основная роль которых заключается в экспрессии сигнальных молекул, регулирующих формирование зуба [8], [9].
Негонконгская «Триада»
Теперь, когда мы так много знаем о происхождении и развитии зуба, можно перейти непосредственно к интересующей нас теме — тканевой инженерии.
Тканевая инженерия представляет собой совокупность методов и процедур, направленных на регенерацию биологических тканей. Она включает в себя триаду основных элементов (рис.4): стволовые клетки, внеклеточный матрикс или скаффолд (от англ. scaffold — помост), факторы роста и сигнальные пути (signaling) [10].
Рисунок 4. Триада тканевой инженерии. Основу триады тканевой инженерии составляют стволовые клетки, факторы роста и внеклеточный матрикс.
Цель тканевой инженерии — заместить утраченные клетки, ткани и органы, либо способствовать их регенерации, либо просто восстановить нарушенную функцию.
Сегодня мы много слышим и читаем о стволовых клетках. Это та отрасль науки, где ведут горячие споры. Информация, которая выходит к потребителям, как правило, не всегда объективна. Что же на самом деле представляют собой стволовые клетки, и как и какие из них можно использовать в тканевой инженерии зуба?
Давайте знакомиться: стволовые клетки — это недифференцированные эмбриональные или взрослые (постнатальные) клетки, способные проходить через огромное количество клеточных делений, находясь в недифференцированном состоянии, а также образовывать промежуточные клеточные типы — предшественники, которые могут дифференцироваться в различные клетки и создавать полноценные ткани и органы (рис.5) [10], [11].
Рисунок 5. Классификация стволовых клеток по способности к дифференцировке. Стволовые клетки по масштабу дифференцировки делят на тотипотентные, плюрипотентные, мультипотентные и унипотентные. Тотипотентные клетки способны дифференцироваться в любой тип клеток взрослого организма. Плюрипотентные клетки могут продуцировать специализированные клетки трех зародышевых листков (эктодермы, эндодермы и мезодермы), но не целый организм. Мультипотентные клетки продуцируют ограниченный набор типов клеток. Унипотентные клетки способны к дифференцировке только в один вид клеток [13].
Первую клеточную линию эмбриональных стволовых клеток выделили в далеком 1998 году [12]. На самом деле, не так уж и давно, а с точки зрения хода истории можно сказать совсем недавно, но прогресс колоссален [10].
Эмбриональные стволовые клетки выделяют из бластоцисты в течение развития эмбриона. Они дают рост трем зародышевым слоям: экто-, эндо- и мезодерме. Эти клетки тотипотентны, то есть они могут развиться в каждый из более 200 типов клеток взрослого организма [10].
Сейчас известно 3 источника эмбриональных стволовых клеток млекопитающих: клетки, выделенные из внутренней клеточной массы бластоцисты; клетки тератом и первичные половые клетки зародыша [10].
Как было раньше упомянуто, стволовые клетки бывают не только эмбриональные, но и постнатальные. Что касается «взрослых» стволовых клеток, то они существуют в организме в различных тканях, включая костный мозг, кровеносные сосуды, печень, кожу, жировую ткань и дентальные ткани. Они локализованы в специальных нишах, где идет регуляция их пролиферации, миграции и сроков жизни. Постнатальные стволовые клетки мультипотентны, то есть дают рост только одному типу клеток.
Дентальные стволовые клетки представляют собой популяцию постнатальных мезенхимальных стволовых клеток (МСК), обладающих способностью к самообновлению и дифференцировке [4], [14]. В зависимости от локализации депо МСК (рис. 6) [15], они подразделяются на:
Рисунок 6. Стволовые клетки зуба. Схематическое изображение источников дентальных стволовых клеток. Расшифровку аббревиатур смотрите во врезке ниже.
Аббревиатуры
Остановимся на некоторых из них.
Стволовые клетки пульпы можно достаточно легко выделить из пульпы удаленных зубов. Они представляют собой очень привлекательный и перспективный источник аутологичных стволовых клеток и могут применяться как для регенерации дентина, пульпы и цемента, так и для восстановления костной ткани [15]. Помимо этого они проявляют сильную нейрорегенеративную активность, что представляет особую ценность при лечении повреждений спинного мозга: МСК пульпы кроме подавления раннего воспалительного ответа ингибируют апоптоз нейронов, астроцитов и олигодендроцитов после травмы, что приводит к сохранению нервного волокна и миелиновой оболочки. Также установили, что они способствуют регенерации перерезанных аксонов. Таким образом, ученые предполагают, что МСК пульпы смогут обеспечить значительные терапевтические преимущества в лечении травм спинного мозга [16].
Стволовые клетки удаленных молочных зубов — это постнатальная популяция стволовых клеток с высокой пролиферативной способностью, высокой жизнеспособностью и потенциалом многолинейной дифференциации (например, в остеобласты, нейронные клетки и одонтобласты) [15].
Мезенхимальные стволовые клетки десны идеально подходят для восстановления поврежденных тканей пародонта, мышц и даже сухожилий. Но пока не совсем ясно, способны ли они формировать клетки дентина и пульпы [15].
Прогениторные клетки зубного зачатка — относительно новая популяция стволовых клеток, которую обнаружили в мезенхиме зачатка третьего моляра на стадии колокола. Они показывают такую же многоуровневую дифференциацию, как и другие МСК зуба, включая способность к дифференцировке в адипоциты, остеобласты, одонтобласты, хондроциты и нейроны, а также могут дифференцироваться в клетки с морфологическими, фенотипическими и функциональными характеристиками гепатоцитов. Отсюда предполагают, что данный тип стволовых клеток в будущем смогут использовать для лечения заболеваний печени [15].
Таким образом, каждый тип дентальных стволовых клеток имеет свои особенности и сферы применения не только в стоматологии, но и в других областях медицины.
Помимо описанных выше МСК, в тканевой инженерии используют и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные из соматических клеток. Впервые о них заговорили в 2006 году, когда японские ученые Кадзутоси Такахаси и Синъя Яманака показали, что соматические клетки можно перепрограммировать в ИПСК с помощью усиления экспрессии определенных факторов транскрипции (Oct3/4, Sox2 и Klf4) [17], [18]. Сами по себе эти клетки иммунологически нейтральны и, что не менее важно, не вызывают таких этических препирательств, как стволовые эмбриональные клетки. Однако для их перепрограммирования использовали вирусных агентов, что могло повлечь за собой формирование новообразований [19]. Были попытки использования вместо вирусов химических молекул [20], но, к сожалению, процент успешного репрограммирования оказался невелик. Сейчас развивают новые способы получения ИПСК, поскольку их применение выглядит достаточно привлекательным и весьма многообещающим.
Что нам стоит зуб построить?
Для использования стволовых клеток в тканевой инженерии необходимо наличие скаффолда и ростовых факторов (рис. 7). Идеальный скаффолд должен поддерживать прикрепление, миграцию, пролиферацию и пространственную организацию клеток.
Рисунок 7. Что нам стоит зуб построить?
В основном, скаффолд как подходящий матрикс для реконструкции тканей должен соответствовать следующим требованиям [21]:
Материалы, используемые для формирования скаффолдов, разделяют на натуральные и синтетические (рис. 8) [22]. Биоактивное стекло, полимолочная кислота, различные композиты (многокомпонентные материалы, в основе которых — матрица на основе металла, полимера или керамики) — все это синтетические материалы. Несмотря на то, что эти материалы позволяют изготовлять скаффолды необходимой формы, их применение весьма ограничено ввиду неудовлетворительной биосовместимости и токсичности. Из биоматериалов (натуральных материалов), используемых для создания скаффолдов, можно выделить коллаген, хитозан, гиалуроновую кислоту. Они состоят из макромолекул, которые также входят в состав экстраклеточного матрикса, поэтому биосовместимы и хорошо биодеградируемы. Однако они менее прочные и способны вызывать реакции отторжения [21].
Рисунок 8. Трехмерный скаффолд зубов мыши и человека. а — Нижний центральный резец мыши. б — Нижний первый моляр человека. Использованы 3D-реконструкция и биопечать. Материал — гидроксиапатит и поликапролактон. Визуализируются микроканалы (d = 200 нм), в которые вводят МСК и факторы роста (в и г).
Самым подходящим и отвечающим на большинство требований скаффолдом является либо скаффолд, полученный из экстраклеточного матрикса (ЭКМ-скаффолд), либо его аналог. За счет своей идентичности с внеклеточным матриксом такие скаффолды способны обеспечить наилучшую взаимосвязь с клетками и ростовыми факторами. Дентальные МСК, такие как стволовые клетки пульпы и периодонта, при культивировании в ЭКМ-скаффолдах проходили дифференцировку в одонтогенном направлении. После имплантации же данного скаффолда формировалась пульпа [10], [23].
Помимо скаффолда и стволовых клеток, необходимо связывающее их звено, которое бы регулировало рост ткани. Таковым могут быть факторы роста, определенные гены и интерферирующие РНК [7].
Факторы роста — пептидные молекулы, передающие сигналы для управления клеточным поведением и взаимодействующие со специфическими рецепторами на поверхности клеток [24]. Они обеспечивают взаимосвязь и взаимодействие между клетками и экстраклеточным матриксом. Вслед за повреждением клетки начинается секреция ростовых факторов, запускающих в дальнейшем процессы регенерации и ангиогенеза. Примером «работы» факторов роста в зубе можно назвать образование вторичного и третичного дентина, которое происходит при близком расположении кариозной полости к пульпе зуба либо при повышенной стираемости зубов. Среди ключевых факторов роста во время развития зуба можно выделить костный морфогенетический белок (BMP), тромбоцитарный фактор роста (PDGF) и фактор роста фибробластов (FGF). Именно их в первую очередь используют в тканевой инженерии зуба [25–27]. Для доставки факторов роста могут использовать как клетки и наночастицы, так и сам скаффолд.
Рецепт готов
Вот и всё, если кратко, что необходимо для создания зубов. Таким образом, рецепт по созданию зуба выглядит примерно так:
Технологии регенеративной медицины прогрессируют невероятно быстро. И уже сейчас разработаны, наверное, самые основные положения для тканевой инженерии зуба. Все они происходят из наших знаний о клеточных и молекулярных основах развития зуба. Мы понимаем, что наилучшего результата в биоинжениринге зуба можно достичь только в присутствии двух типов клеток, а не одного: это и клетки эпителия, и мезенхимальные клетки (куда же без них?) [28]. Однако на одних клетках зуб не построишь. Таким образом, здесь нельзя исключать роль факторов роста и внеклеточного матрикса. К счастью, наука не стоит на месте, и новые положения активно разрабатывают. Возможно, в ближайшее время копилка знаний под названием «тканевая инженерия зуба» пополнится очередной не менее ценной «монетой».
Но, несмотря на весь многообещающий потенциал тканевой инженерии в стоматологии, предстоит решить еще задачи, связанные с проведением клинических испытаний, с иннервацией и кровоснабжением биоинженерного зуба, его связочным аппаратом, сроками его прорезывания, а также с выбором пула стволовых клеток и технологии работы с ними, и еще ряд других не менее насущных задач [10], [29].
Что касается самого основного, а именно стволовых клеток: в проведенных экспериментах (стоит отметить, что практически все они проведены на мышах), в основном, использовали эмбриональные стволовые клетки. Но в клинике их применение резко лимитировано, в том числе законодательно. Поэтому остаются только постнатальные стволовые клетки (не считая ИПСК, где тоже не все спокойно), и здесь перед нами возникает следующая загвоздка: в отличие от мышей, у человека отсутствует ниша дентальных стволовых клеток, именно поэтому наши зубы не имеют способности к постоянному росту. Те МСК, которые пригодны для использования, нельзя получить без повреждения зуба или уж тем более в том случае, если зуб ранее лечили эндодонтически, то есть с удалением пульпы. Те же, к которым доступ открыт, не обладают одонтогенной компетентностью, например, МСК десны. Это только одна из дилемм, которые еще предстоит решить (рис.9).
Рисунок 9. Борьба за здоровые зубы человечества.
Вперед в будущее!
Конечно же, не вызывает сомнения тот факт, что в скором времени биоинжениринг зубов станет неотъемлемой частью стандартных протоколов лечения поражений зубов. Возможно, что методики регенеративной стоматологии позволят нам создать полноценный зубодесневой комплекс. Важно помнить, что методы, разработанные в соответствии с требованиями и задачами биоинженерии зуба, смогут подстегнуть развитие новых подходов в регенерации других тканей и органов и таким образом поспособствовать прогрессу не только в стоматологии, но и в области регенеративной медицины в целом. Ну что ж, вперед в будущее!