Trzeci komplet zębów zamiast tradycyjnych implantów

Naukowcy z Poznania, Warszawy i Torunia próbują wyhodować trzecie zęby, opierając się na możliwościach, jakie dają obecne w dziąsłach komórki macierzyste.

Docelowo takie prace mogą pomóc wyeliminować potrzebę stosowania implantów – albo stworzyć tkankę nerwową, kostną czy chrzęstną – do przeszczepów.

Działania te prowadzą naukowcy z Politechniki Warszawskiej, Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu oraz Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu w ramach projektu badawczego SteamScaf, finansowanego w ramach Inicjatywy Doskonałości Uczelni Badawczej PW (BioTechMed-3 Advanced).

Ich zdaniem potencjał dziąsła do przekształcania się w inne struktury jest ogromny i otwiera wiele możliwości, jeśli chodzi o zastosowania w medycynie. – Jeśli nam się uda, z pobranych z dziąsła komórek będzie można wytwarzać zawiązki zębów, odbudować strukturę nerwów obwodowych dla tych, którzy potrzebują ich przeszczepu, czy chrząstkę, np. dla sportowców, którzy doznali poważnych kontuzji w obrębie stawów – wymienia kierująca projektem SteamScaf dr hab. inż. Agnieszka Gadomska-Gajadhur z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej.

Od kilku lat wiadomo, że dziąsło ma znaczny potencjał regeneracyjny. Stosunkowo niedawno potwierdzono w nim obecność mezenchymalnych komórek macierzystych. – W obszarach po ekstrakcji zęba nawet znacznych rozmiarów ubytki kostne oraz braki tkanek miękkich podlegają odbudowie, oczywiście za wyjątkiem zęba. Ponadto gojenie w jamie ustnej zachodzi często bez tworzenia blizny – tłumaczy dr Gadomska-Gajadhur.

– Dlatego wyszliśmy z założenia, że dziąsło, a szczególnie jedna populacja jego komórek, może stać się bazą do tworzenia innych tkanek, np. nerwowej, kostnej czy chrzęstnej – dodaje.

Badania tego typu zaliczają się do dziedziny nauki zwanej inżynierią tkankową. Łączy ona w sobie wiedzę medyczną, chemiczną oraz metody inżynierii materiałowej i służy do wytwarzania funkcjonalnych zamienników tkanek lub nawet całych narządów. Wszystko po to, by wspomóc regenerację uszkodzonych, trudnych do wyleczenia tkanek.

Ważnym aspektem inżynierii tkankowej są hodowle komórkowe. Najpowszechniejszą i do niedawna jedyną metodą ich prowadzenia były płaskie szklane naczynka zwane płytkami Petriego. W ostatnich latach coraz częściej naukowcy zwracają się w kierunku hodowli trójwymiarowych, które lepiej odzwierciedlają panujące w organizmie warunki. Aby uzyskać trójwymiarowe hodowle, potrzebne są jednak specjalne rusztowania, na których komórki będą mogły wzrastać i się namnażać.

– Komórki hodowane na płytkach Petriego rosną w pojedynczej warstwie, niczym naklejone na materiał cekiny; jedna obok drugiej – tłumaczy kierowniczka omawianego projektu. – W naszych hodowlach na specjalnych rusztowaniach lub w tzw. sferoidach komórki rosną przestrzennie, we wszystkich trzech wymiarach. Taki sposób dużo bardziej przypomina to, co się dzieje naturalnie w organizmie.
Materiały, z których zbudowane są wspomniane rusztowania, naukowcy z Politechniki Warszawskiej także stworzyli sami. – Wymyśliliśmy je i opracowaliśmy. Zostały już zgłoszone do opatentowania. Postawiliśmy na kompleksowe podejście: od syntezy materiału, poprzez wytworzenie rusztowań, aż do hodowli komórkowej – mówi dr Gadomska-Gajadhur.

Badaczka wyjaśnia, że wykorzystywane przez jej zespół rusztowania (przyszłe implanty) różnią się w zależności od tego, jaka tkanka ma na nich powstać. Do każdej tkanki materiał bazowy jest trochę inny, ale wszystkie mają dwie wspólne cechy: są bioresorbowalne i naturalne dla naszego ciała. Składają się z cząsteczek, które organizm dobrze zna i potrafi metabolizować. Po pewnym czasie, kiedy implant wypełni już swoje zadanie, ulega rozkładowi, a jego resztki zostają usunięte z organizmu. Dzięki temu naukowcy eliminują problem powikłań i odrzuceń, do jakich często dochodzi przy różnego rodzaju przeszczepach tkanek.

Podstawą całego projektu SteamScaf jest różnicowanie komórek pobranych z dziąsła w kierunku innych komórek, które następnie stworzą całe tkanki.

– Na początku pobieramy fragmenty dziąseł. W tym momencie są to dziąsła świń, bo nie udało nam się uzyskać dostępu do odpowiedniej ilości materiału ludzkiego, ale w przyszłości będzie to dziąsło tej samej osoby, dla której ma być stworzony implant. Nie stanowi to jednak problemu, bo świnia jest bardzo podobna genetycznie do człowieka – opowiada badaczka z Politechniki Warszawskiej.

Następnie, jak wyjaśnia, z pobranej tkanki izoluje się pożądane komórki, ponieważ na początku znajduje się tam mieszanina wielu różnych typów komórek. – Nam zależy tylko na niektórych z nich, więc za pomocą metod chemicznych rozdzielamy je od siebie. Jeśli uda nam się pozyskać wyselekcjonowane komórki macierzyste, możemy zróżnicować je w odpowiednim kierunku. Jeśli nie, to najpierw inne komórki dziąseł „cofamy” do etapu komórek macierzystych, a dopiero wtedy rozpoczynamy hodowlę i – dzięki dodawaniu odpowiednich czynników wzrostu – różnicowanie w kierunku różnych tkanek: kostnej, chrzęstnej oraz nerwowej.

– To są pionierskie badania. Nikt jeszcze nie próbował robić tego co my. Dlatego sprawdzamy obie te metody równolegle, aby stwierdzić, która finalnie okaże się lepsza – mówi dr Gadomska-Gajadhur.

Cały ten proces odbywa się poza organizmem, czyli in vitro. Pacjentowi wszczepiałoby się dopiero gotowy „produkt”, fragment wyhodowanej wcześniej tkanki.

Największe nadzieje naukowcy z PW wiążą z wykorzystaniem omawianego rozwiązania w stomatologii. – Byłby to ratunek dla wielu osób, które straciły zęby – w wyniku choroby, wypadku czy próchnicy – lecz nie mogą mieć założonych klasycznych implantów – mówi dr Gadomska-Gajadhur.

Jak dodaje, większość ludzi myśli, że w przypadku braków uzębienia to właśnie tradycyjne implanty są najlepszym rozwiązaniem. Niestety, często u pacjenta występuje dodatkowo brak odpowiedniego podparcia kostnego czy też estetyki dziąsłowej. – Opracowywane przez nas złożone materiały mogłyby zastąpić brakujące tkanki lub wspierać ich odbudowę – podkreśla ekspertka.

Jako ciekawostkę dr Gadomska-Gajadhur przytacza coraz częstsze przypadki zapaleń wokół implantów. Obecnie nie ma skutecznych sposobów ich leczenia, a odsetek tych powikłań wzrasta i powoduje utratę implantów. Pionierski materiał mógłby potencjalnie stymulować odbudowę tkanek, służąc nie tylko jako rusztowanie dla komórek, ale również jako gotowe rozwiązanie w postaci aktywnego biologicznie materiału.
Jednak stomatologia to niejedyna dziedzina, w której innowacyjne implanty mogłyby znaleźć zastosowanie.

– Potencjał regeneracyjny dziąsła jest na tyle duży, że mamy nadzieję na wyhodowanie z niego także zupełnie innych zawiązków tkanek. Nasze największe plany dotyczą tkanki nerwowej. Taką wyhodowaną w warunkach laboratoryjnych tkankę moglibyśmy wykorzystywać do przeszczepów np. nerwów obwodowych czy w przeszczepów w obrębie rdzenia kręgowego u osób sparaliżowanych – opowiada dr Gadomska-Gajadhur.

Także tkankę chrzęstną można z powodzeniem hodować w warunkach laboratoryjnych. – To rozwiązanie idealne do przeszczepów chrzęstnych w obrębie stawów, np. u sportowców, którzy często mają duże ubytki chrząstki. Pobieralibyśmy fragment dziąsła od takiego pacjenta, przez kilka tygodni hodowali w laboratorium zgodnie z opisanymi wcześniej procedurami, a następnie wszczepiali gotowy implant o 100-procentowej zgodności tkankowej – mówi badaczka.

Projekt SteamScaf ma potrwać do końca przyszłego roku. – Jeśli wszystko pójdzie po naszej myśli, zakończą go badania przedkliniczne, a następnie kliniczne. Nie mamy jeszcze środków, bo to niezwykle kosztowne procedury, za to mamy już całą listę chętnych do badań klinicznych – podsumowuje autorka projektu.