Стволовые клетки укореняются

Апарна — независимый научный писатель, получающий докторскую степень в области биоинформатики и геномики в Гарвардском университете. Она использует свою междисциплинарную подготовку, чтобы найти как передовые научные достижения, так и человеческие...

Когда они употребляют сладкие закуски и едкие кислоты, зубы могут подвергнуться серьезному повреждению. В частности, когда коварные бактерии проникают сквозь защитный внешний слой зуба, они могут проникнуть в пульпу зуба, которая живет в его сердцевине. Эти нежелательные обитатели вызывают воспаление, более узнаваемое для нас по жгучей боли и отеку.

Однако зубы не беззащитны. Они могут бороться с незначительными инфекциями и восстанавливать некоторые повреждения. «Зубная пульпа обладает способностью к самовосстановлению и регенерации, но она очень ограничена», — сказал Шрирам Равиндран, биоинженер из Иллинойского университета в Чикаго. «Это не всемогущие клетки».

Эта способность к регенерации исходит от стволовых клеток, находящихся в пульпе зуба. Эти клетки могут превратиться во множество различных типов клеток, необходимых для здоровой пульпы зуба, но им не всегда достаточно сока для восстановления тканей, поврежденных инфекцией или другим повреждением. Когда инфекция прогрессирует слишком далеко, требуется стоматологическое вмешательство. Это может включать в себя такую ​​процедуру, как очистка корневого канала от бактерий и пломбирование зуба, или удаление зуба.

«[При помощи корневого канала] вы избавляетесь от мягких тканей пульпы зуба и заменяете их неорганическим материалом», – сказала Ана Ангелова Вольпони, стоматолог и регенеративный биолог из Королевского колледжа Лондона. «Но в этот момент зуб теряет всякую жизнеспособность».

Вместо того, чтобы удалять зубы или заполнять их полимерами, ученые ищут способы направить регенеративную силу зубов в биологическое решение проблемы потери зубов. С помощью коктейлей биологических молекул, тщательно спроектированных каркасов и биологически вдохновленных систем доставки они надеются расширить набор инструментов врача для лечения не только зубов, но и других деградирующих частей тела.

Стволовые клетки находятся не только в пульпе зуба; они также находятся в деснах, в альвеолярной кости, которая удерживает зубы, и даже в тонких волокнах, которые удерживают зуб в надежном положении в кости. Стволовые клетки из разных частей рта могут иметь несколько разные свойства: некоторые могут делиться быстрее, а другие с большей вероятностью регенерируют определенные ткани (1).

На первый взгляд зубные стволовые клетки удивительно похожи на стволовые клетки, извлеченные из костного мозга. Их в основном классифицируют как мезенхимальные стволовые клетки, и хотя они не могут регенерировать все типы клеток, у них все еще есть много возможных путей.

«Внеклеточная среда, в которой находятся стволовые клетки, определяет, что происходит с этими клетками», — сказал Равиндран. Внутри зуба они превращаются в различные клетки пульпы зуба. Но правильная комбинация молекул и генетических сигналов может изменить этот путь, превратив их во что угодно — от костей до жира.

Один из способов восстановления поврежденного зуба, по мнению ученых, — это доставка стволовых клеток в зуб и передача им правильных сигналов для регенерации поврежденных клеток. Сложность заключается в том, чтобы точно знать, какие факторы приведут к такому результату; в конце концов, выращивание жира в лунке зуба не поможет.

Ангелова Вольпони измерила уровни экспрессии различных генов, когда стволовые клетки нормально развиваются внутри зуба или когда они подвергаются воздействию сигнальных молекул в искусственных лабораторных условиях. Этот подход может идентифицировать ключевые молекулы, которые заставляют стволовую клетку превращаться, скажем, в клетку, производящую дентин, один из твердых внешних слоев зуба. Она также думает о том, как генетически сконструировать стволовые клетки, чтобы усилить их способности к заживлению ран.

С другой стороны, Равиндран применил подход «черного ящика». Он фокусируется на экзосомах, крошечных пакетах РНК и белковых молекул, высвобождаемых клетками и поглощаемых другими клетками. «Это то, что можно назвать почтовыми операторами для межсотовой связи», — сказал Равиндран. Экзосомы из определенных клеток — например, костных клеток — могут заставить стволовые клетки превращаться в клетки того же типа. Благодаря этой стратегии Равиндрану не нужно вручную определять каждый фактор, участвующий в дифференциации; клетки уже упаковали их в экзосомы.