CC BY
14
УДК 159.9.07 ББК 55.5
ГЕНЕРАЦИЯ ЗУБОПОДОБНЫХ СТРУКТУР ИЗ ИНТЕГРАЦИОННО-СВОБОДНЫХ ПЛЮРИПОТЕНТНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК, ИНДУЦИРОВАННЫХ ИЗ МОЧИ
МУХТАРОВ Н.Н., ЛЕБЕДЕВА В.А. ФГБОУВО ЮУГМУМинздрава России, Челябинск, Россия e-mail: [email protected]
Аннотация
В статье рассмотрен процесс генерации зубоподобных структур из интеграционно свободных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), индуцированных из мочи.
Ключевые слова: зубной эпителий, интеграция индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, моча человека, рекомбинация зубов, биоинженерный зуб.
Актуальность. На сегодняшний день известно, что важным недостатком наших зубов является то, что они формируются только из 2 групп зачатков, которые были образованы в период внутриутробного развития (молочные и постоянные зубы). Оптимальным решением этой проблемы является регенерация зубов собственными клетками. И это будет возможно уже в ближайшем будущем без сложных, дорогостоящих процедур, нужно будет всего лишь сдать мочу. И это обуславливает возможный отказ от различных методов реставрации зубов, а именно исчезновение коронок, имплантов, пломб, протезов и т.д.
Цель работы. Проанализировать и продемонстрировать возможность генерации зубоподобных структур из интеграционно свободных плюрипотентных стволовых клеток, индуцированных из мочи.
Материалы и методы. Изучение научной литературы, метод обработки информации.
Результаты исследования. Аутогенные ИПСК, индуцированные из мочи, могут быть использованы в качестве источника нового зубного эпителия для рекомбинации с эктомезенхимальными клетками, создавая биоинженерный зародыш зуба, который может быть культивирован in vitro и пересажен в челюстную кость реципиента для формирования полнофункционального зуба.
Современная стоматология обладает достаточно большим количеством
искусственных конструкций по замещению отсутствующих зубов. Это различные ортопедические конструкции, имплантаты, на которые фиксируются искусственные коронки, съемные и несъемные протезы. Но все эти
категории имеют один значительный недостаток: в них отсутствуют сосуды, нервные окончания и рецепторы, а это значит, что данные конструкции при всех своих положительных свойствах не могут в полной мере заменить утраченный естественный зуб и компенсировать его функции. Поэтому большим открытием регенеративной медицины явилась регенерация полностью функциональных тканей и органов с помощью стволовых клеток, способных заменить утраченные или поврежденные при заболеваниях, травмах и старении тканей или органов. Это делает их весьма удобной системой для изучения молекулярно генетических событий, обусловливающих специфическую дифференцировку клеток. Действительно, изолировав стволовые клетки в чистом виде, можно затем анализировать функции генов, ответственных за последовательные этапы дифференцировки. Оказалось, в частности, что время последовательного включения генов, контролирующих развитие, совпадает и в постимплантационных зародышах, и в культуре эмбриоидных тел [1].
Хорошо известно, что стволовые клетки взрослых зубов успешно применяются в тканевой инженерии. Доказано, что из изолированных клеток возможно образование дентиновых пульповых комплексов, даже целых зубов (рис. 2) [4]. Вероятно, наиболее важным ограничивающим фактором является отсутствие у взрослого человека устойчивых источников эпителиальных стволовых клеток с онтодогенным потенциалом. В качестве возможных заменителей эпителия
рассматриваются клетки периодонтальной связки и клетки слизистого эпителия полости
рта. Но последнее время сообщалось, что эпителиоциты десен взрослого человека в сочетании с мезенхимой зуба мыши дают начало амелобластоподобным клеткам в
биоинженерном зубе. Хотя эти подходы могут привести к образованию зубов, источники эндогенных эпителиальных стволовых клеток зубов, по-видимому, недостаточны. Таким образом, привлекательной альтернативой было бы получение заменителей эпителия из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которые были получены в частности из мочи [3]. Этот метод выгоден во многих случаях, так как изоляция мочевых клеток проста (достаточно 30 мл мочи), экономически эффективна и универсальна (может быть применена к любому возрасту, полу и расе). Более того, вся процедура достаточно быстрая и на выходе, как правило, дает высокое количество колоний [4]. Сначала происходит сбор и выделение мочевых клеток, затем образцы мочи переносят в пробирки объемом по 50 мл, центрифугируют, потом ресуспендируют и объединяют в одну пробирку объемом 50 мл, клетки тщательно промывают и переносят в одну лунку 12-луночного планшета в специальную среду. Колонии мочевых клеток обычно появляются внутри в первые 4 дня (рис. 1) [5].
нескольких генов, работа которых определяет роль клеток, были получены примерно через 2 недели плюрипотентные стволовые клетки, которые вывелись из организма с мочой и были помещены в особую среду. Плюрипотентность этих клеток свидетельствует о возможности ускорения регенерации тканей и органов, таких как зуб. Клетки, полученные на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (по-другому ее называют "Технология ¡РБС"), были впервые разработаны Лабораторией Синья Яманака в Киото, Япония. Они показали в 2006 году, что введение четырех специфических генов, кодирующих факторы транскрипции, может преобразовать взрослые клетки в плюрипотентные стволовые клетки [4]. Но такая технология была протестирована лишь на животных, никакие твердые органы или ткани, такие как зуб, не были сгенерированы на человеческих стволовых клетках. Зуб представляет собой одну из лучших экспериментальных моделей в органогенезе и легкодоступен для заместительной терапии человека, который формируется за счет взаимодействий эпителия с мезенхимальными клетками, полученными из черепного нервного гребня [3]. Нервный гребень (НГ) - это совокупность клеток, выделяющихся из дорзальных отделов нервного желобка во время его замыкания в нервную трубку. После эмиграции из нейроэпителия нервной трубки клетки НГ начинают активно мигрировать в организме развивающегося зародыша и дают начало разнообразным зрелым тканям [2]. Полученные свободные плюрипотентные стволовых клетки они смешивают с эмбриональными клетками мышей и подсаживают их в челюсть животным. Через 4-5 недель в десне вырастает орган, анатомически и структурно аналогичный зубу со всеми его тканями (рис. 3, 4) [3].
Рис. 1. Получение колонии мочевых клеток
В мочу эти стволовые клетки попали естественным образом из клеток почечного эпителия [3]. Большим достоинством стволовых клеток, полученных из мочи, является то, что при их имплантации не происходит отторжение полученных от " родных" клеток тканей иммунной системой организма. Что, в свою очередь, является гарантией большей безопасности данной терапии [3]. Методом генной инженерии - перепрограммирование почечного эпителия с помощью введения
Рис. 2. Наглядное биоинженерного зуба
сравнение нормального и
ткань представлена пульпой, твердая дентином и эмалью. Соответственно для воспроизведения полноценного зуба, нам нужно заставить стволовые клетки делиться сразу в нескольких направлениях. Причем целью данного процесса является образование органа определенного размера и формы. Во-вторых, мы должны имплантировать полученные структуры на место утраченных зубов. Для большей гарантии того, чтобы зуб прижился, нужно пересаживать не отдельно выращенный зуб, а его зачаток. В-третьих, нужно решить проблему дифференцировки зубов. Данная проблема заключается в том, что при помещении данного зачатка на место отсутствующего зуба, мы можем не получить именно тот зуб, который нам нужен. Но, безусловно, решив эти проблемы, возможно совершить большой прорыв в стоматологии и медицине в целом.
Выводы. Результаты показывают, что интеграция свободных плюрипотентых стволовых клеток человека индуцированных из мочи может быть использован для регенерации конкретных тканей зубов пациента или даже зуба для дальнейшего скрининга лекарств или регенеративной терапии.
Список литературы
1. Корочкин Л.И. Что такое стволовые клетки /Л.И. Корочкин //Природа. - 2005. - №6. - С. 3-4
2. Сосунов А.А. Биология /А.А. Сосунов // Соросовский образовательный журнал. - 1999. - С. 14
3. Cai J. Generation of tooth - like structures from integration-free human urine induced pluripotent stem cells / J. Cai [et al.] // Cell Regeneration. - 2013. - P. 2-5.
4. Zhou T. Generation of human induced pluripotent stem cells from urine samples / T. Zhou // Nature Protocols. - 2012. - Vol. 7 №12. - P. 2080
GENERATION OF TOOTH-LIKE STRUCTURES FROM INTEGRATION-FREE PLURIPOTENT STEM CELLS INDUCED FROM URINE
MUKHTAROVN.N., LEBEDEVA V.A. FSBEI HE SUSMUMOH Russia, Chelyabinsk, Russia e-mail: [email protected]
Abstract
The article describes the process of generating tooth-like structures from integratively free pluripotent stem cells induced from urine.
Keywords: dental epithelium, integration of induced pluripotent stem cells, human urine, tooth recombination, bioengineered tooth.
Рис. 3. Краткая схема трансплантации зачатка зубоподобной структуры
Рис. 4. Рост зубоподобной структуры
Тем не менее, есть ряд нерешенных проблем и вопросов, которые нужно решить, чтобы воссоздать полноценный зуб. Во-первых, нужно заставить стволовые клетки делиться в определенном нужном направлении. Зуб является производным эпителиальной ткани и состоит их твердой и мягкой тканей. Мягкая
