Naučnici su otkrili kako da razviju prave, žive zube u laboratoriji, nudeći buduću alternativu plombama i implantima. Gubitak zuba pogađa milione ljudi širom sveta, uzrokovan propadanjem, bolestima desni, povredama i nekim bolestima. Nedostatak zuba ne otežava samo žvakanje ili govor. Oni takođe utiču na izgled i samopouzdanje. Iako proteze i implanti pomažu milionima, ne mogu u potpunosti da zamene prirodni osećaj i funkciju pravih zuba. Naučnici već dugo traže način da regenerišu zube; ne sa veštačkim materijalima, već sa živim, rastućim ćelijama.
Danas je san o uzgoju pravih, živih zuba u laboratoriji bliži nego ikada. Istraživači sa King’s i Imperial koledža u Londonu napravili su ključna otkrića o materijalima i uslovima potrebnim za stvaranje zuba od nule. Njihova otkrića oslanjaju se na godine napretka u regenerativnoj stomatologiji, oblasti koja ima za cilj kreiranje čitavih organa, oponašajući prirodni razvoj.
Izgradnja zuba iz ćelija: Novi pristup
Da bi zubi prirodno rasli, dve vrste ćelija moraju da komuniciraju: epitelne ćelije i mezenhimalne ćelije. Još 1987. godine, istraživači Mina i Kollar pokazali su da epitelne ćelije iz prve škržne lukovice mogu da podstaknu mezenhimalne ćelije koje ne formiraju zube da stvore dentalna tkiva.
Kasniji eksperimenti su dokazali da čak i kada su odvojene, dentalne epitelne i mezenhimalne ćelije mogu biti ponovo spojene u laboratoriji, kako bi stvorile male strukture nalik zubu, poznate kao organoidi.
Organoidi su trodimenzionalni klasteri ćelija koji imitiraju strukturu i ponašanje pravih organa. U slučaju zuba, organoidi imitiraju faze pravog razvoja zuba, od pupoljka do kape do faze zvona, što na kraju vodi do formiranja gleđi, dentina i potpornih struktura.
Naučnici su čak dokazali da odrasle matične ćelije mogu da se pridruže procesu. Na primer, Ohazama i njegov tim koristili su mezenhimalne ćelije koštane srži sa ranim dentalnim epitelom kako bi formirali zube in vitro. Slično tome, prethodna istraživanja su pokazala da ćelije ljudskih desni mogu reagovati na signale iz mišjeg zubnog mezenhima da bi počele da formiraju zube.
Međutim, uspeh u velikoj meri zavisi od okoline koja okružuje ćelije. One moraju živeti unutar materijala koji im omogućavaju pravilnu interakciju, i tu dolaze hidrogeli.
Hidrogeli: Stvaranje savršene okoline za rast zuba
Biomaterijali korišćeni u inženjeringu tkiva ne treba samo da drže ćelije, već i da im pomognu da komuniciraju. Materijali poput poliglikolne kiseline (PGA), polimlečne kiseline (PLA), poli(mlečno-ko-glikolne kiseline) (PLGA), kolagen sunđera i Matrigel-a testirani su u ovu svrhu. Međutim, mnogi od ovih materijala nemaju sposobnost za precizno podešavanje fizičkih i mehaničkih svojstava, ograničavajući koliko naučnici mogu da kontrolišu proces proizvodnje zuba.
U revolucionarnoj studiji, istraživači su napravili hidrogelove umrežene bioortogonalnom hemijom — posebnom metodom koja omogućava da se dve hemikalije vežu u prirodnim uslovima bez ometanja ćelijskih procesa. Koristili su želatin, bezbedniji i lakši za rad oblik kolagena, modifikovan sa dve hemijske grupe: tetrazinom (Tz) i norbornenom (Nb).
Podešavanjem koncentracije želatina i odnosa ovih hemijskih grupa, mogli su precizno kontrolisati krutost i druga svojstva hidrogela. Ova prilagodljivost je kritična jer je ponašanje ćelija, posebno u trodimenzionalnim kulturama, veoma osetljivo na mehaničku sredinu.
Oponašanje vremenskog planiranja prirode: Kontrolisano oslobađanje signala
Razvoj zuba je strogo regulisan proces. Ćelije ne samo da moraju da interaguju, već to moraju činiti pravim tempom. U ranijim pokušajima inženjeringa zuba, ćelije su primale sve razvojne signale odjednom, što je preplavljivalo prirodni proces.
Dok su naučnici stvorili zubne organoide u laboratoriji, sledeći izazov je kako ih staviti u usta pacijenata. Razmatraju se dve glavne strategije: transplantacija mladih zubnih ćelija u vilicu gde nedostaje zub ili prvo uzgajanje čitavog zuba u laboratoriji i zatim njegova implantacija.
Bilo koja metoda zahteva početne faze razvoja zuba u laboratoriji pod precizno kontrolisanim uslovima. Ovaj proces će zahtevati vreme da se usavrši, ali prvi rezultati su obećavajući.
Kako ova oblast napreduje, integracija takvih inovativnih tehnika ima potencijal da izvrši revoluciju u dentalnoj nezi, nudeći održiva i efikasna rešenja za popravku i regeneraciju zuba. Ako bude uspešna, ovaj pristup bi značio kraj proteza, plombi ili implantata. Umesto toga, vaše sopstvene ćelije bi mogle da uzgoje pravi, živi zub, kao trajnu i prirodnu zamenu.
Budućnost bez plombi?
Za razliku od plombi i implanta, laboratorijski uzgojeni zubi bi se prirodno integrisali sa vašom vilicom. Mogli bi da rastu, prilagođavaju se, pa čak i da se sami leče, baš kao prirodni zubi. Ne biste se više brinuli o pucanju plombi, implantima ili ponovnim operacijama.
Čitave zubne klice i rekombinacija dentalnih mezenhimalnih i epitelnih ćelija u bio-ortogonalno umreženim hidrogelovima pripremljenim variranjem koncentracija polimera i stehiometrijskih odnosa.
Životinje poput ajkula i slonova prirodno regenerišu zube. Putem pažljivih naučnih istraživanja i inženjeringa, ljudi bi jednog dana mogli da im se pridruže. Zahvaljujući napretku u inženjeringu hidrogela, kontrolisanom signaliziranju i biologiji matičnih ćelija, regenerativna stomatologija je prešla sa naučne fantastike na korak bliže stvarnosti.
Naučnici sa Kraljevskog koledža u Londonu i njihovi saradnici su pokazali da je moguće, imitirajući prirodno okruženje razvoja zuba, usmeriti ćelije da stvore čitave zube u laboratoriji. Ovo je veliki iskorak za oblast koja bi jednog dana mogla omogućiti milionima ljudi da prirodno poprave ili ponovo izrastu svoje zube.