Потеря тканей из-за травм, болезней или врожденных аномалий является серьезной проблемой здравоохранения во всем мире. Когда это касается зубов и полости рта в целом, это вызывает серьезные физиологические и психологические последствия для пациентов, существенно ухудшая жизнь.

История и эволюция

Последнее время произошел явный сдвиг в регенеративной медицине от использования медицинских приборов и пересадок всей ткани к более четкому подходу, который использует конкретные биологически активные, биоразлагаемые синтетические или естественные материалы в сочетании с клетками и /или биологические молекулы, для создания функциональной ткани замены в больном или поврежденном участке.

Каждая эпоха в медицинских исследованиях за последние 50 лет, включая использование биоматериалов для замены функции тканей, была отчетлива и определена конкретными успехами в области развития. Например, в 1950-х годах преобладало использование металлических имплантатов и связанных с ними устройств, предлагаемыми к воздействию на местные ткани, не говоря уже о клетках. На протяжении 70-х и 80-х годов, было значительное увеличение использования полимеров и синтетических материалов, где исследователи рассмотрели, как биологические, так и материальные свойства. В последнее время предпринимаются явные и целенаправленные усилия в разработке и использовании как естественных, так и разлагаемых материалов.

Произошла эволюция от использования биоматериалов, чтобы просто заменить нефункционирующие ткани, чтобы использовать конкретные материалы, которые будут полностью функционирующие и структурно приемлемые к регенерирующих тканей. Таким образом, простые потребности для выполнения замены функционирующего сустава с использованием полностью металлических протезов в 60-х годов была заметно расширена, чтобы сосредоточиться на биологических аспектах, поврежденных или больных тканях, которые будут заменены, или еще лучше, полностью регенерированные. Было очень наивное убеждение, что материалы, как правило, "инертны", и было справедливо высказано предположение, что это вводящее в заблуждение толкование, поскольку стало ясно, что материалы действительно могут меняться физически и химически после имплантации. Конечно, с биологической точки зрения, ни один материал не должен рассматриваться (или действительно быть) инертным.

Инженерия челюстно-лицевых тканей

Челюстно-лицевые ткани совершенно уникальны в своем развитии и функции. Челюстно-лицевые кости, например, являются производными от нервного гребня и параксиальной мезодермы; скелетные кости, однако, получены из мезодермы. Кроме того, челюстно-лицевые кости выдерживают значительное давление и напряжение, вырабатываемое из различных лицевых и жевательных мышц. Кроме того, челюстно-лицевые ткани имеют ограниченную и переменную емкость для регенерации. В отличие от альвеолярных костей, цемент зуба имеет очень медленные регенеративные способности. В отличие от эмали, дентин может регенерировать.

Регенерация комплекса дентин-пульпа

Регенерация комплекса дентин-пульпа, полученного с помощью целлюлозных материалов (например, гидроксида кальция, минерал триоксид агрегатов, биодентина), коррелирует со стимуляцией дифференциации клеток-предшественников целлюлозы в одонтобластах или секреции TGF, который играет ключевую роль в ангиогенезе, и, наконец, минерализации поврежденной области.

Стоматологические ткани являются очень богатым источником стволовых клеток. Примеры этих тканей включают, например, целлюлозу, акциальный сосочек, человеческие молочные зубы слизистую оболочку полости рта и десна.

Инкапсулированные стволовые клетки также использовались для регенерации зубной пульпы; примеры материалов, используемых для инкапсуляции клеток включают ферменты, индивидуальные самособранные пептидные гидрогели или биоразлагаемый лактид и гликолид. Инкапсулированные клетки были также эффективны в регенерации комплекса дентин-пульпа. Например, инкапсулированные зубные стволовые клетки стимулировали образование дентин-пульпа комплекса в корневых каналах в молодых постоянных резцах у собак породы бигль.

Безклеточные материалы, например, Emdogain или сочетание Emdogain и тромбоцитов богатых плазмой, стимулировала регенерацию дентин-пульпа комплекса:

  • акторы роста (например, базовый фактор роста фибробластов (FGF);
  • трансформирующий фактор роста 1 (TGF-1);
  • эндотелиальный фактор роста (EGF).

Также были включены в материалы для модулирования функции стволовых клеток.

Биоинженерные зубы

Развитие зубов, одонтогенез, представляет собой сложный процесс, включающий в себя ряд взаимных эпителиально-мезенхимальных взаимодействий и координации между коронкой и корнем с сопутствующими тканями пародонта.

Соответственно, клетки, отделены от эпителия и мезенхимальных тканей пренатального или послеродового зародыша зубов были использованы для восстановления "биоинженерных зародышей зубов" в пробирке. Вначале была трансплантация биоинженерных зародышей зубов в пероральной среде или органной культуре, затем попытка произвести целый зуб.

Имплантация биоразлагаемых полигликолических/полилактидных материалов, имеющих форму зуба и семенами с клетками крысам в течение 20-30 недель успешно превращается в узнаваемые структуры зуба (дентин, четко определенную пульповую камеру, оболочку эпителия, цементобласты и зубной орган с полностью сформированной эмалью). Размер биоинженерных зубов был очень мал и не соответствовал форме и размеру материала.

Проблемы инженерии

Независимо от достижения тканевой инженерии в виде всего зуба, несколько проблем должны быть предъявлены. Например, оптимизация количества и качества разъединенных клеток зубного зародыша требует более подробного изучения. Однако, из-за ограниченной доступности аутологичных клеток зубного зародыша, исследуя возможность использования аутогенных соматических стволовых клеток стоматологического или незубного происхождения (например, стволовые клетки костного мозга или пероральные слизистые оболочки, полученные эпителиальными клетками) в качестве исходных источников для биоинженерии целых зубов также требуется.

Включение факторов роста и цитокинов или даже трансплантации регенерированного зуба, а не регенерированого зубного зародыша требует дальнейшего рассмотрения. Понимание событий, которые происходят в разработке конкретного типа зубов (резцы, клыки, премоляры или моляры) также имеет решающее значение. После получения необходимого типа зуба, контроль анатомии и цвета биоинженерных зубов является еще одной областью, которая требует исследования.

Достижение непрерывности инженерии зуба с челюстной кости полностью функциональным пародонтом и высоко васкуляризированная пульпа также имеет важное значение для успеха регенерации. Как правило, время, необходимое для регенерации целого зуба, также является важным фактором, который требует дальнейшего рассмотрения. Таким образом, «регенерация целого зуба включает очень много ученых, клиницистов и пациентов».

Заключение

Биоинженерия обеспечивает новую эру для терапевтической медицины; она развивается очень быстро и распространяется на практически все ткани в нашем теле. Три десятилетия назад тканевая инженерия была идеей и сегодня она стала потенциальной терапией при нескольких условиях.

Для более регенеративного прорыва, для разработки и реализации готовых биопродуктов, чтобы заменить различные потерянные ткани и органы, требуется тщательное понимание эмбрионального развития и биологии стволовых клеток. Восстановление тканей, в частности тканей полости рта, является очень сложной задачей и требует перепросмотра биологического развития нескольких тканей. Прогресс в этой области принимает несколько маршрутов: клеточная биология, развитие новых материалов /методов изготовления / методов характеристики. Терапия стволовыми клетками и инженерия необратимо поврежденных тканей становятся менее вымышленными и на самом деле продвигающимся к реальности процессом.

Поскольку большинство нынешних или возникающих парадигм в тканевой инженерии имеют ограниченные и переменные результаты, истинная биологическая регенерация тканей является еще не до конца достижимой. Исследования и клиническая практика по-прежнему приводят к тому, что в этой области большая часть науки и техники является движущей силой.

Публикация размещена при поддержке современной стоматологической клиники «Виодент» в Минске – https://www.viodent.by/services/implantation/, которая занимается имплантацией, протезированием и лечением зубов у взрослых и детей.