Новое исследование, проведенное учеными из Южной Кореи, было направлено на понимание того, как работает позиционное кодирование в клетках вдоль лингвально–буккальной оси развивающихся коренных зубов.
В классической эмбриологии зародыш зуба проходит путь от бутона до шляпки и раструба, прежде чем он пускает корни. На этих стадиях поверхностный слой эпителия взаимодействует с более глубокими мезенхимальными тканями, что в конечном итоге приводит к образованию дентина, пульпы и большей части поддерживающего аппарата (пародонта). Клетки интерпретируют так называемую позиционную информацию - градиенты сигнальных молекул, которые сообщают им, где они находятся и кем они должны стать. Новое исследование, проведенное учеными из Стоматологического колледжа Университета Йонсей, было направлено на то, чтобы понять, как это позиционное кодирование работает конкретно вдоль лингвально–буккальной оси развивающихся коренных зубов, путем сравнения этих двух сторон зубных зачатков.
Команда исследовала первые зачатки коренных зубов нижней челюсти на стадии формирования шляпки, взятые у мышей. Они расщепили каждый зачаток в мезио-дистальном направлении и изолировали зубную мезенхиму с лингвальной и буккальной сторон. Затем они провели объемное секвенирование РНК каждой половины — по сути, определили, какие гены были активны в каждой популяции, — и повторили соответствующие анализы на стадии колокольчика. Анализ генной онтологии показал, что лингвальные мезенхимальные клетки были обогащены для программ, связанных с одонтогенезом, формированием тканевого рисунка и твердых тканей, в то время как буккальная мезенхима проявляла большую активность в путях, связанных с развитием мезенхимы и нервного гребня, стволовостью, регенерацией и ростом.
Лингвальная мезенхима формирует правильный зуб
Чтобы проверить, приводят ли эти молекулярные различия к различным результатам, исследователи рекомбинировали лингвальную или буккальную мезенхиму с зубным эпителием и пересадили полученные конструкции под почечную капсулу мышей, создав in vivo нишу для культивирования зародышей зубов.
Только рекомбинанты, содержащие лингвальную мезенхиму, формировали организованные структуры зубов с одонтобластами, амелобластами и кальцифицированной зубной тканью. Конструкции, основанные исключительно на буккальной мезенхиме, не смогли создать полноценный зуб и вместо этого создали в основном окружающие ткани костного типа и пародонта. В экспериментах по реагрегации диссоциированные лингвальные и буккальные мезенхимальные клетки языка смешивали, давали им возможность вновь собраться в агрегаты и затем объединяли с эпителием. Примечательно, что смешанные клетки распределились по разным территориям и снова внесли свой вклад по-разному: клетки лингвального происхождения заселили дентин и пульпу, в то время как клетки буккального происхождения внесли свой вклад в основном в альвеолярную кость и периодонтальную связку.
Доктор Ын-Чжун Ким, первый автор исследования, прокомментировала: «Нам было любопытно узнать, когда флуоресцентно помеченные лингвальные и буккальные мезенхимальные клетки будут перемешаны случайным образом, смогут ли они найти свое первоначальное место и перестроиться. Что они и сделали. А лингвальные клетки еще и превратились в дентин, сформировав зуб. Это явление называется клеточной самоорганизацией».
Такое поведение, по мнению авторов, отражает то, что зубная мезенхима задана заранее: клетки сохраняют память о своем первоначальном положении и действуют в соответствии с ним, даже если они смещены.
R-ответвления и баланс сигнальных путей WNT/BMP
Как эти различия в местоположении контролируются на уровне сигнализации? Они сосредоточились на основных путях развития, в частности на WNT/BMP, которые действуют как ключевые регуляторы пролиферации, дифференцировки и формирования структуры тканей.
Сравнительный анализ путей выявил, что члены семейства R-спондинов (RSPO), в частности RSPO1, RSPO2 и RSPO4, подвергаются повышенной регуляции в лингвальной мезенхиме после кратковременного культивирования, наряду с одонтогенными генами, связанными с WNT. Напротив, буккальная мезенхима продемонстрировала более сильную активность, связанную с BMP, и повышенную регуляцию ингибиторов BMP, что соответствует сдвигу в сторону формирования костей и окружающих тканей.
Функциональные анализы подтвердили эту картину: в условиях хемотаксиса мезенхимальные лингвальные клетки мигрировали в среду, обработанную RSPO1, в то время как буккальные клетки преимущественно перемещались в сторону Ноггина, антагониста пути BMP. В целом, авторы предполагают, что среда, обогащенная WNT и RSPO, способствует формированию зубов в лингвальной мезенхиме, в то время как среда, обогащенная BMP на буккальной стороне, способствует формированию костных структур и пародонта.
Подводя итог своей работе, авторы приходят к выводу, что их данные дают «новое представление о молекулярной основе информации о положении зубов в процессе развития и формирования рисунка».
Значение для стоматологической инженерии
В совокупности полученные данные свидетельствуют о том, что наличия стволовых клеток зубов недостаточно; важно то, на какую мезенхимальную популяцию похожи эти клетки и какие позиционные сигналы они получают. Для будущей инженерии зубов в исследовании предлагается несколько принципов проектирования:
- Выберите правильный мезенхимальный компартмент. Мезенхимальный профиль, подобный лингвальному, по-видимому, необходим для формирования зубного зачатка, способного образовывать дентин и пульпу, в то время как клетки буккального типа лучше подходят для создания поддерживающих тканей.
- Воссоздать позиционные сигналы. Для областей, формирующих зубы, может потребоваться активность типа R-spondin/WNT, в то время как для пародонтальных или костных мишеней может потребоваться другое сочетание сигналов, взвешенных по BMP.
- Соблюдайте пространственную планировку. Даже на стадии шапочки лингвальные и буккальные клетки не взаимозаменяемы; смешивание их без учета их позиционной идентичности может привести к потере потенциала для формирования зубов.
Для клиницистов эта работа не меняет никаких действующих протоколов, однако она укрепляет тенденцию. По мере того как биология развития дополняет картину того, как формируется зуб, долгосрочная перспектива восстановления или замены зубов на биологической основе становится все менее научной фантастикой и все больше сводится к изучению того, как воссоздать нужные клетки в нужном месте в нужное время.
Новое исследование, проведенное учеными из Южной Кореи, было направлено на понимание того, как работает позиционное кодирование в клетках вдоль лингвально–буккальной оси развивающихся коренных зубов.
В классической эмбриологии зародыш зуба проходит путь от бутона до шляпки и раструба, прежде чем он пускает корни. На этих стадиях поверхностный слой эпителия взаимодействует с более глубокими мезенхимальными тканями, что в конечном итоге приводит к образованию дентина, пульпы и большей части поддерживающего аппарата (пародонта). Клетки интерпретируют так называемую позиционную информацию - градиенты сигнальных молекул, которые сообщают им, где они находятся и кем они должны стать. Новое исследование, проведенное учеными из Стоматологического колледжа Университета Йонсей, было направлено на то, чтобы понять, как это позиционное кодирование работает конкретно вдоль лингвально–буккальной оси развивающихся коренных зубов, путем сравнения этих двух сторон зубных зачатков.
Команда исследовала первые зачатки коренных зубов нижней челюсти на стадии формирования шляпки, взятые у мышей. Они расщепили каждый зачаток в мезио-дистальном направлении и изолировали зубную мезенхиму с лингвальной и буккальной сторон. Затем они провели объемное секвенирование РНК каждой половины — по сути, определили, какие гены были активны в каждой популяции, — и повторили соответствующие анализы на стадии колокольчика. Анализ генной онтологии показал, что лингвальные мезенхимальные клетки были обогащены для программ, связанных с одонтогенезом, формированием тканевого рисунка и твердых тканей, в то время как буккальная мезенхима проявляла большую активность в путях, связанных с развитием мезенхимы и нервного гребня, стволовостью, регенерацией и ростом.
Лингвальная мезенхима формирует правильный зуб
Чтобы проверить, приводят ли эти молекулярные различия к различным результатам, исследователи рекомбинировали лингвальную или буккальную мезенхиму с зубным эпителием и пересадили полученные конструкции под почечную капсулу мышей, создав in vivo нишу для культивирования зародышей зубов.
Только рекомбинанты, содержащие лингвальную мезенхиму, формировали организованные структуры зубов с одонтобластами, амелобластами и кальцифицированной зубной тканью. Конструкции, основанные исключительно на буккальной мезенхиме, не смогли создать полноценный зуб и вместо этого создали в основном окружающие ткани костного типа и пародонта. В экспериментах по реагрегации диссоциированные лингвальные и буккальные мезенхимальные клетки языка смешивали, давали им возможность вновь собраться в агрегаты и затем объединяли с эпителием. Примечательно, что смешанные клетки распределились по разным территориям и снова внесли свой вклад по-разному: клетки лингвального происхождения заселили дентин и пульпу, в то время как клетки буккального происхождения внесли свой вклад в основном в альвеолярную кость и периодонтальную связку.
Доктор Ын-Чжун Ким, первый автор исследования, прокомментировала: «Нам было любопытно узнать, когда флуоресцентно помеченные лингвальные и буккальные мезенхимальные клетки будут перемешаны случайным образом, смогут ли они найти свое первоначальное место и перестроиться. Что они и сделали. А лингвальные клетки еще и превратились в дентин, сформировав зуб. Это явление называется клеточной самоорганизацией».
Такое поведение, по мнению авторов, отражает то, что зубная мезенхима задана заранее: клетки сохраняют память о своем первоначальном положении и действуют в соответствии с ним, даже если они смещены.
R-ответвления и баланс сигнальных путей WNT/BMP
Как эти различия в местоположении контролируются на уровне сигнализации? Они сосредоточились на основных путях развития, в частности на WNT/BMP, которые действуют как ключевые регуляторы пролиферации, дифференцировки и формирования структуры тканей.
Сравнительный анализ путей выявил, что члены семейства R-спондинов (RSPO), в частности RSPO1, RSPO2 и RSPO4, подвергаются повышенной регуляции в лингвальной мезенхиме после кратковременного культивирования, наряду с одонтогенными генами, связанными с WNT. Напротив, буккальная мезенхима продемонстрировала более сильную активность, связанную с BMP, и повышенную регуляцию ингибиторов BMP, что соответствует сдвигу в сторону формирования костей и окружающих тканей.
Функциональные анализы подтвердили эту картину: в условиях хемотаксиса мезенхимальные лингвальные клетки мигрировали в среду, обработанную RSPO1, в то время как буккальные клетки преимущественно перемещались в сторону Ноггина, антагониста пути BMP. В целом, авторы предполагают, что среда, обогащенная WNT и RSPO, способствует формированию зубов в лингвальной мезенхиме, в то время как среда, обогащенная BMP на буккальной стороне, способствует формированию костных структур и пародонта.
Подводя итог своей работе, авторы приходят к выводу, что их данные дают «новое представление о молекулярной основе информации о положении зубов в процессе развития и формирования рисунка».
Значение для стоматологической инженерии
В совокупности полученные данные свидетельствуют о том, что наличия стволовых клеток зубов недостаточно; важно то, на какую мезенхимальную популяцию похожи эти клетки и какие позиционные сигналы они получают. Для будущей инженерии зубов в исследовании предлагается несколько принципов проектирования:
- Выберите правильный мезенхимальный компартмент. Мезенхимальный профиль, подобный лингвальному, по-видимому, необходим для формирования зубного зачатка, способного образовывать дентин и пульпу, в то время как клетки буккального типа лучше подходят для создания поддерживающих тканей.
- Воссоздать позиционные сигналы. Для областей, формирующих зубы, может потребоваться активность типа R-spondin/WNT, в то время как для пародонтальных или костных мишеней может потребоваться другое сочетание сигналов, взвешенных по BMP.
- Соблюдайте пространственную планировку. Даже на стадии шапочки лингвальные и буккальные клетки не взаимозаменяемы; смешивание их без учета их позиционной идентичности может привести к потере потенциала для формирования зубов.
Для клиницистов эта работа не меняет никаких действующих протоколов, однако она укрепляет тенденцию. По мере того как биология развития дополняет картину того, как формируется зуб, долгосрочная перспектива восстановления или замены зубов на биологической основе становится все менее научной фантастикой и все больше сводится к изучению того, как воссоздать нужные клетки в нужном месте в нужное время.
Читайте также:
Статьи от брендов
0 комментариев