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).
Ogromny potencjał dziąseł
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 własnego 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 z 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.
Inżynieria tkankowa
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. Jednak 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 płytach 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 PW także stworzyli sami.
- Sami je wymyśliliśmy 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.
Pionierskie badania
Badaczka wyjaśnia, że wykorzystywane przez jej zespół rusztowania (czyli 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 PW.
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 bardzo 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”, czyli 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, czy to w wyniku choroby, czy wypadku, czy próchnicy, a 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 naukowczyni.
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. Nasz 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 nie jedyna 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 chrzestnych 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.
PAP / Źródło: Nauka w Polsce
