Kde si můžete nechat růst zuby?

Budoucnost už v jistém smyslu nastala: lidé si v laboratořích pěstují miniorgány, na kterých pak testují léky a studují molekulární zákony existence. Už více než půl století si mezi sebou transplantujeme běžné orgány, už se používají umělé části: mezi úspěšné projekty patří srdce, ledviny, kůže, močový měchýř a sliznice, sítnice a řada dalších životně důležitých orgánů. Ale žádná náhradní součástka není tak banální jako zuby. Proč?

Zdálo by se, že by to mohlo být jednodušší než vyrobit nový zub. Jeho struktura je možná jednodušší než nějaké střevo nebo falanga prstu. I lékaři někdy vtipkují, že stomatologie není medicína. A přitom je nemožné vypěstovat byť jen jednu z dvaatřiceti cenných součástí lidské ústní dutiny. Přimět je ke správné aktualizaci také není snadné.

Hlodavcům, docela blízkým příbuzným primátů (potažmo člověka), přitom celý život rostou nové zubní plochy, a proto se nebojí kazů a poranění. Jejich řezáky se okamžitě stanou trvalými a těch pár, kterým se vyvine několik mléčných zubů, jako u morčat, nemusí čekat, až vypadnou: to se děje v děloze.

Jak jsme znechutili evoluci? Proč udělala naše zuby tak krátké, že je lze „ošetřit“ pouze injekcí cementu nebo jejich odstraněním? Existuje šance, že si jednoho dne budeme moci nechat narůst nové zuby místo instalace náhražkových protéz?

Obviňovat evoluci

Lidské zuby byly zničeny pokrokem. Vezmeme-li jako výchozí bod Ardipitheka, který žil před 5,8–4,4 miliony let a pravděpodobně dal vzniknout australopitekům (a z nich již pocházeli lidé), ukáže se, že naši předkové byli všežravci. Z žijících primátů byl Ardipithecus nejvíce podobný šimpanzům. S největší pravděpodobností k tomu používali i nástroje: pomocí tyčí vytahovali hmyz z termitišť a co je z dentálního hlediska důležitější, ořechy místo hlodání rozlouskávali kameny.

Díky všežravosti a nástrojům byly zuby lidských předchůdců méně odolné proti opotřebení než zuby čistě býložravých primátů, jako jsou orangutani (musíme však pochopit, že z orangutanů nikdo nepochází). Toto jsou náklady na všestrannost: nespecializovaný nástroj dokáže hodně, ale je nepravděpodobné, že by něco z toho zvládl mistrovsky. „Všežravý“ zub nebude mít super hustou sklovinu ani neuvěřitelně ostré řezné plochy, ale dokáže rozemlít téměř jakékoli jídlo.

Následné zlepšení kvality života – tepelné zpracování potravy (jinými slovy používání ohně), příbory a hojnost hotových jídel – dále oslabovalo lidské zuby a navíc ničilo sousto. Zní to lamarckovsky, ale zdá se, že je to pravda: „nedostatek pohybu“ zubů vedl k tomu, že se u lidí staly málo užitečnými.

Jídlo změklo a čelisti se zkrátily. Ale počet zubů se snižovat nechtěl a ani teď nechce. V dnešní době je vzácné, aby někdo měl všechny zuby rovnou na svých místech najednou: stále častěji je musí rovnat rovnátky a jinými podobnými nástroji a odstraňovat nejvzdálenější zuby „moudrosti“.

Zemědělství a válka proti hlodavcům hrály krutý vtip. Asi před deseti tisíci lety se lidé naučili pěstovat potřebné rostliny a začali domestikovat zvířata – to vše pro použití jako potrava. Poté, co Homo sapiens získal určitou kontrolu nad svou vlastní stravou, upřednostnil kalorický obsah obilných sacharidů a bílkovin domácích zvířat před nejistotou sběru divokého ovoce a volné, ale příliš libové zvěře. To bylo způsobeno bakteriemi – obyvateli povrchu zubů, viníkem kazu – Streptococcus mutans.

Za všechno by se dalo vinit chleba a sladkosti, ale ukázalo se, že škodlivý mikrob jen využil příležitosti a šikovně se přizpůsobil změněnému jídelníčku nového majitele. Streptococcus mutans – stejné stáří jako zemědělství a je velká pravděpodobnost, že jsme jeho předky získali od krys, ale ne od opic nebo křečků. Alespoň ta krysa Streptococcus ratti náš streptokok je nejbližší příbuzný. Jak bakterie přeskočila z krysích zubů na naše, je samostatná otázka.

Dentální renesance

Moderní klasik ruské literatury Viktor Pelevin před šestnácti lety čtenářům připomněl, že když se ocitnete v nepříjemné situaci, můžete zvolit jednu ze dvou strategií: zjistit důvody, proč se do této situace dostat, nebo podniknout kroky, které vám ji pomohou opustit. Druhá strategie je vhodnější, ale ne každý ji dokáže použít.

O evoluci člověka a o tom, co mu zničilo zuby, lze skutečně polemizovat a modelovat, ale nikdy nedojde ke konečnému rozhodnutí. Mnohem užitečnější by bylo naučit se ošetřovat zuby nejen plombami a místo odumřelých zubů pěstovat nové místo záplatování černých zubních kazů neživými zubními protézami. Také – ale to už je třešnička na dortu – by bylo dobré umět zastavit růst těch zubů, které se evidentně na čelist nevejdou.

Zuby jsou ale složitější, než se na první pohled zdá, a proto není tak snadné sestavit takový orgán ve zkumavce. Z každého zubu vzniká mnoho typů buněk, z nichž hlavní jsou ameloblasty, které tvoří zubní sklovinu, odontoblasty, z nichž vzniká vrstva pod sklovinou (dentin), a cementoblasty, které produkují cement – ​​jeden z prostředků k zajištění zub v čelisti. První pocházejí z vnější vrstvy embryonálních buněk – ektodermu, a druhý a třetí – ze speciální formace zvané neurální lišta. Někdy se jí říká čtvrtá zárodečná vrstva: takové listy jsou obvykle tři, ale neurální lišta se od nich velmi liší. Ukazuje se, že sousední struktury ve stejném zubu nemají společného více než vlasy a nervy.

A to není vše. Plně tvarované zuby obsahují buňky imunitního systému (makrofágy, lymfocyty, neutrofily a další), teplotní a tlakové receptory. Prekurzory všech těchto buněk, navzájem nepodobné, jsou různé, je třeba je smíchat v určitých poměrech a navíc najít látky, které jim umožní smířit se s neobvyklými sousedy a plnit své funkce, jako by se nic nestalo. Proto se zatím nikomu nepodařilo vytvořit lidský zub mimo tělo.

Není ale nutné produkovat části organismu mimo něj. Příroda si s tím poradí sama: teoreticky je možné donutit čelisti, aby si samy narostly nové zuby. Tento trik lze provést alespoň u myší, které mají oproti nám mnohem méně zubů: 16 versus 32 (chybí jim špičáky a falešné stoličky, tedy premoláry).

Ukázalo se, že pokud je hlodavec „vypnut“ gen Usag-1 , Spry2 nebo Spry4, vyroste mu více než 16 zubů. Biologové z Kjótské univerzity navrhují, že podobným způsobem bude možné léčit nedostatek zubů u lidí: zavést molekulární koktejl inhibitorů určitých genů do místa, kde by bylo dobré vytvořit nový zub, který by nahradil ztracený , a tím zahájit generování zubů třetí směny – nebo první a druhé, pokud se výzkumníci zabývají vrozeným nedostatkem zubů.

Obnovit po částech

No, chápeme, že zatím může člověku narůst nový zub jen teoreticky. Ale to není vždy nutné: zuby se nerozpadnou okamžitě, ale bolí po dlouhou dobu a začínají včas varovat před svými problémy. Další věc je, že ne vždy chceme slyšet tato varování ve formě bolesti a citlivosti.

A moderní stomatologie není baštou chovu zvířat. Pryč jsou doby, kdy byli lidé z různých důvodů připoutáni ke klice u bolavého zubu a pak ji náhle otevřeli. Nyní zubaři o zuby bojují a snaží se je vytrhnout, až když se všechny ostatní způsoby ovlivnění již vyčerpaly. Čistí a vyplňují kořenové kanálky, opravují poškození skloviny a nahrazují živou smyslovou dřeň umělým cementem zbaveným nervů.

To vše znamená, že teoreticky je možné aktualizovat jednotlivé součásti zubu: sklovinu, dentin, dřeň a také prostor mezi zubem a čelistní kostí – parodont. Každá z těchto složek vyžaduje k vytvoření různé kmenové buňky. Ale odkud je vzít?

Kupodivu nemusíte chodit daleko. Zuby jsou plně funkční orgány, což znamená, že stejně jako ostatní orgány obsahují kmenové buňky. Jsou obsaženy v dužině. Ve skutečnosti nemají kde jinde být: zralá sklovina a dentin buňky vůbec neobsahují. Pravda, ukazuje se, že abychom mohli extrahovat zubní kmenové buňky ze zubů, budeme muset některé z nich odstranit – a my o ně samozřejmě nechceme přijít. Existuje však možné východisko: použít mléčné zuby, které také obsahují potřebné kmenové buňky. Mohou být na nějakou dobu zmrazeny.

Při testech na myších a krysách zubní kmenové buňky fungují dobře, rostou tkáně podobné dentinu a dřeni. Hlodavci se ale od lidí liší tím, že jejich zuby zpočátku obsahují více kmenových buněk a neustále se dělí. Laboratorní myš ve skutečnosti každý měsíc a půl hlodá potravu, která jí byla poskytnuta, novými řezáky, protože ty nikdy nepřestanou růst.

Někdy se ale testy neprovádějí na hlodavcích, ale na zvířatech, u kterých je to s obnovou zubů horší – prasata a psi – a s nenulovými výsledky. Navíc klinické studie (tedy ty prováděné na lidech) regenerace zubů pomocí zubních kmenových buněk nebo jejich analogů probíhají minimálně posledních deset let. Lékaři se snaží dřeň regenerovat pomocí kmenových buněk z extrahovaných zubů pacienta a obnovovat parodont buď buňkami červené kostní dřeně, které jsou schopné dělit a specializovat i vlastní potomky, nebo buňkami z parodontálních vazů (ano, zuby v čelisti jsou drženy pohromadě vazy, stejně jako kosti v některém kolenním kloubu).

Výsledky nejsou pokaždé dokonalé a je jasné, že kmenové buňky napomáhají vývoji zubů více než plně tvarované zuby. Navíc, abyste mohli regenerovat nejvnitřnější a nejživější vrstvu zubu, dřeň, musíte se k ní ještě dostat – což znamená udělat speciální dírku nebo rozšířit stávající. A přesto se ukazuje, že terapie kmenovými buňkami v případě zubů není prázdná fráze: funguje lépe než placebo.

Celkový

Pěstování lidských zubů in vitro je bohužel ještě hodně daleko – minimálně desítky let. Existuje však naděje, že v příštích letech se najde způsob, jak donutit čelisti k vytvoření nových zubů: to bude vyžadovat zacílení na místa, kde chceme vidět nové zuby, pomocí sady aktivátorů a supresorů genů spojených s růstem zubů .

Některé z těchto genů jsou již známé a jiné budou objeveny například „dentálními atlasy“ – seznamy všech buněčných populací ve zralých a vyvíjejících se zubech s uvedením jejich molekulárních vlastností. Jeden takový seznam pro lidi a myši sestavila v roce 2020 skupina ruského rodáka Igora Adamejka.

Přestože se zatím nedaří vytvořit plnohodnotné živé náhrady komponent našeho chrupu, samotné hledání zubních kmenových buněk se ukázalo jako velmi užitečné. Klinické studie různých skupin takových buněk již probíhají a některé z nich poskytují povzbudivé výsledky.

Aby byl nový zub lépe vidět, vědci jej osvětlili zeleným fluorescenčním proteinem (GFP). V důsledku toho se stává viditelným v dutině ústní pod ultrafialovým světlem (foto: Takashi Tsuji/Tokyo University of Science).

A přestože byla technika testována pouze na laboratorních myších, vědci doufají, že v budoucnu zachrání lidi před transplantacemi orgánů nebo implantací zubních protéz.

Vědci z několika výzkumných center v Japonsku úspěšně vyřešili jeden z nejtěžších problémů, kterým medicína čelí, a z malého kousku speciálně upravené tkáně vypěstovali nový řezák. Z několika buněk se jim podařilo získat živý a funkční orgán. V budoucnu mohou pacienti místo kovokeramických implantátů dosáhnout růst vašich plných zubů.

Konečným cílem je růst zubu

Získávání nových orgánů z více buněk se na první pohled zdá být zcela přirozeným procesem: během vývoje organismu roste jakýkoli orgán. Například v určitém věku jsou mléčné zuby člověka nahrazeny stoličkami. Co vám brání tento proces zopakovat? Navíc existují druhy zvířat, u kterých se zuby neustále mění: například ztráta zubu pro žraloky není vůbec žádná tragédie.

Je však třeba mít na paměti, že růst nového zubu nebo jakéhokoli jiného orgánu probíhá obklopený jinými tkáněmi. Zub má navíc složitou stavbu a růst například skloviny by neměl předstihnout růst cév a nervů uvnitř kořenů zubů. Vývoj jakéhokoli orgánu proto vyžaduje koordinovanou migraci buněk: v určité fázi se jejich dělení musí zastavit nebo zpomalit a každá buňka musí získat svou vlastní specializaci.

Další problém čeká na rostoucí orgán z imunitního systému. Při transplantaci cizích buněk je tělo dokáže rozpoznat jako cizí a zničit je jako potenciálně nebezpečné. Pacienti, kteří dostali tkáňové transplantace od jiné osoby, jsou nuceni dlouhodobě užívat léky snižující imunitu a v některých případech jsou nežádoucí účinky imunosupresiv život ohrožující.

Bioinženýrství rostoucích zubů

Japonským vědcům vyrostl nový zub z malé skupiny buněk získaných jako výsledek složitých manipulací s myšími kmenovými buňkami. Spojením dvou různých typů kmenových buněk uvnitř kapky speciálního gelu a jejich podrobením dodatečnému zpracování získali vědci nejprve embryo budoucího zubu.

Dále byla směs dvou typů buněk umístěna do díry ponechané v myši v místě řezáku, který byl předtím odstraněn v anestezii. Pro sledování rostoucí tkáně byl k buňkám přidán gen zeleného fluorescenčního proteinu. Fluorescenční protein umožnil přesně vidět, kam migrovaly buňky umělého zubu, a zajistit, aby se spolu se zuby u hlodavců neobjevily žádné nové výrůstky.

Výsledek rostoucích zubů

V časopise Proceedings of the National Academy of Sciences zveřejnili vědci výsledky četných testů nového zubu. Na rentgenových snímcích a fotografiích se neliší od běžných a v síle není horší než vlastní zuby myši. Ukázalo se, že „nováček“ má stejně silnou sklovinu a byla stejně pevně zakořeněná v čelisti a udržovala si přirozenou úroveň citlivosti: uvnitř zubu vyrašily nervy a krevní cévy.

Jak říkají vědci, jejich práce poskytuje, když ne výrobu nových zubů na zubních klinikách, tak alespoň laboratorní model pro další hledání metod rostoucí nové zuby. Pokrok v oblasti regenerativní medicíny navíc dává naději, že v budoucnu to bude možné rostou víc než jen zuby.

Myši, které přišly o zuby v důsledku zranění, nemoci nebo nesprávného zacházení, mají nyní klid. Nebudou muset utrácet peníze implantáty a mosty. Japonští vědci nyní mohou pomoci hbitým zvířatům rostou nové plné stoličky. Ale co člověk?

Skupina Takashi Tsuji z Tokijské univerzity vědy dosáhla působivého pokroku. Dříve se japonští vědci učili rostou zárodky zubů (o průměru asi 500 mikrometrů) a dokonce je implantoval do dásní hlodavců.

Teprve nyní však dokázali proces vylepšit natolik, že z embrya vyrostl plnohodnotný molár (pro jistotu byl experiment několikrát opakován).

„To má každý vyrostlý zub všechno bylo na svém místě: sklovina, dentin, dřeň, cévy a nervová vlákna, hlava a kořeny,“ říká doktor Kazuhisa Nakao. Mimochodem, pokud bylo dříve možné získat různé hlavy zubů, pak byly kořeny poprvé pěstovány.

Pětidenní zubní embryo bylo umístěno do dásně (nahoře), prořezalo se po 36 dnech (uprostřed) a plně vyrostlo po 49 dnech (dole) (foto Takashi Tsuji/Tokyo University of Science).

Nové zuby se dobře vypořádaly s jakýmkoli myším krmivem, poznamenávají autoři ve své práci, publikované s otevřeným přístupem v PNAS.

K vytvoření embrya byly stejně jako dříve použity mezenchymální a epiteliální buňky získané z myších embryonálních kmenových buněk. Zatím je to jediný zdroj kompletního chrupu. V budoucnu však lze tolik potřebné buňky extrahovat z jiného zdroje (kmenové buňky se získávají z kožních buněk a zubů moudrosti).

Tento úspěch rozhodně posouvá vědu o krok kupředu a přibližuje možnost vyrůstání zubu lidem. Některé problémy však zbývá vyřešit, říká profesor Masaki Shimono z Tokyo Dental College. Je tedy nutné naučit se řídit růst určitých typů zubů a také polohu tuberkul na nich.

Tsuji dodává, že i přes užitečnost narostlých zubů zatím s kolegy neumí „regulovat“ šířku hlavy, celkovou velikost zubu (ukazují se o něco menší než skutečné), popř. rychlost růstu (u lidí, na rozdíl od myší, rostou zuby v dásních roky).

Technologii lze přenést na člověka až za 15 let, ale vědci už nyní sní o budoucím vývoji. Ostatně teoreticky lze metodou vytvořit embrya dalších orgánů k transplantaci (srdce, ledviny, játra a možná i plíce).

Nahoře je schéma tvorby a pěstování bioinženýrského zubu. Níže: rozdíl mezi přirozenými a vyrostlými zuby (ilustrace a fotografie PNAS).

„Konečným cílem veškerého výzkumu regenerativní medicíny je vytvořit plně vyvinuté, správně fungující bioinženýrské orgány, které nahradí ty poškozené zraněním, nemocí nebo stárnutím,“ vysvětluje Tsuji.

Praktické využití technologie bude podle odborníků možné nejdříve za pět let.

Podrobná zpráva o výsledcích výzkumu japonských vědců na rostoucí zuby publikováno v oficiálním vědeckém časopise americké Národní akademie věd.

Revoluční vynález v oblasti osobní hygieny vytvořil japonský vědec Kazue Yamagashi. Díky zubní pastě, kterou vynalezl, budete moci brzy zapomenout na děsivé zubní vrtačky.

Pomocí zubní pasty, kterou vytvořil doktor Yamagashi, můžete rychle a bezbolestně vyplnit díry a praskliny v zubech a také obnovit zubní sklovinu bez použití vrtačky, píše The Daily Telegraph.

Dnes je jediným způsobem, jak ošetřit otvory v zubech, instalace plomby. K tomu musí lékař vyvrtat postiženou oblast zubu a vyplnit výslednou dutinu speciálním roztokem. Hlavní nevýhodou této metody je, že se při ní zničí významná část zdravého zubu. Pacient také zažívá extrémně nepříjemné pocity.

Pasta Dr. Yamagashi tento problém řeší. Svým složením je podobný zubní sklovině a lze jej aplikovat přímo na trhlinu v zubu. Sklovina byla získána jako výsledek experimentů s hydroxylapatitem, hlavní složkou zubů. Nejprve kyselina obsažená v látce mírně rozpustí povrch popraskané skloviny.

Po třech minutách pasta zkrystalizuje a umělý materiál se pevně začlení do struktury přírodní skloviny. Pasta má také silný antibakteriální účinek.

Testy japonských zubařů ukazují, že zub zahojený pomocí kouzelné pasty se neliší od zdravého. Rozdíl není vidět ani pod mikroskopem.

• Moderní stomatologie
• Úspěchy Japonska
• Rostoucí zuby