Zęby z probówki – komórki macierzyste w stomatologii – część 1. [+QUIZ]

Wielki potencjał, różne źródła

Komórki macierzyste, nazywane także komórkami pnia, to fenomen biologiczny. Mają one zdolność do samoodnawiania i różnicowania się w inne typy komórek na każdym etapie swojego życia oraz – niczym komórki nowotworowe – zdolność do nieograniczonego dzielenia się. Jednak od komórek nowotworowych różni je bardzo istotny element: są posłuszne sygnałom wysyłanym przez organizm i na znak STOP, przestają się dzielić. Komórki macierzyste znajdują zastosowanie w stomatologii – do regeneracji zębów i innych tkanek jamy ustnej czy twarzoczaszki, ale także i do innych celów, bo same zęby też są źródłem komórek macierzystych, które mogą być wykorzystane w wielu dziedzinach medycyny: do regeneracji tkanek, narządów, w onkologii, kardiologii, neurologii, ortopedii, chirurgii.

Różny potencjał biologiczny komórek macierzystych

Możliwość wykorzystania komórek macierzystych w stomatologii i medycynie zależy od spektrum ich potencjału biologicznego. Jest ono uzależnione od pochodzenia komórek macierzystych. A może ono być:

• embrionalne (zarodkowe) – tzw. komórki ESC (ang. embryonic stem cells);
• somatyczne – to dojrzałe komórki macierzyste organizmu, tzw. komórki ASC (ang. adult stem cells). Wywodzą się one z niezróżnicowanych komórek, które zlokalizowane są pomiędzy zróżnicowanymi już komórkami w tkance albo w organie.

Zarodkowe komórki macierzyste mają dużo większy potencjał biologiczny niż somatyczne. Komórki macierzyste embrionalne mogą bowiem być totipotencjalne (mogą różnicować się do każdego typu komórek organizmu) bądź pluripotencjalne (mogą powstawać z nich komórki każdego typu, jaki znajduje się w organizmie, poza komórkami łożyska).

Somatyczne komórki macierzyste mają mniejszą zdolność do różnicowania się niż zarodkowe, gdyż mogą być albo multipotencjalne (mogą przekształcać się w kilka różnych typów komórek, najczęściej takich, które mają podobne właściwości) lub unipotencjalne (różnicują się tylko w jeden określony typ komórek).

Źródła komórek macierzystych do zastosowania w stomatologii

Komórki macierzyste do zastosowania w stomatologii mogą pochodzić z każdego ich źródła, np. tkanki tłuszczowej, szpiku kostnego, krwi pępowinowej, a także z tkanek tworzących narząd żucia i układ stomatognatyczny: kości twarzoczaszki, miazga zębowa, więzadło ozębnowe, mieszek zębowy, zarodek zęba, brodawka wierzchołkowa, błona śluzowa jamy ustnej, dziąsła i okostna. Mogą pochodzić od osoby, która jednocześnie będzie ich biorcą (przeszczep autogeniczny) lub od innego człowieka (przeszczep allogeniczny).

Komórki macierzyste pozyskiwane z zębów znajdują się zarówno w zębach mlecznych, jak i stałych. Najwięcej jest ich w mleczakach. Ponieważ ich liczba z wiekiem maleje, dlatego opracowano technologie, dzięki którym możliwe jest pobranie komórek macierzystych z zębów mlecznych lub z młodych zębów stałych i przechowanie ich w ciekłym azocie w dedykowanym do tego celu banku komórek macierzystych. Tak zabezpieczony materiał biologiczny może być w przyszłości (nawet po kilkudziesięciu latach) rozmrożony, namnożony i wykorzystany, np. do zregenerowania zębów bądź wybranej tkanki w ciele.

Ponieważ komórki macierzyste z zębów pozyskuje się w sposób zdecydowanie mniej inwazyjny niż ze szpiku kostnego, zaleca się nawet, aby wykorzystać ten fakt i zabezpieczyć sobie lub swojemu dziecku możliwość zregenerowania, np. utraconych zębów, przez przechowanie komórek macierzystych w biologicznym banku.

Komórki macierzyste pozyskiwane z zębów

Komórki macierzyste, które pozyskuje się z zębów, oznaczane są skrótem DSCs (z ang. dental stem cells). Wykazują one własności tzw. mezenchymalnych komórek macierzystych MSCs (ang. mesenchymal stem cells), ponieważ mają możliwość samoodnawiania się i cechuje je duży potencjał różnicowania się co najmniej w kierunku tkanki kostnej, chrzęstnej i tłuszczowej[1]. Wprawdzie głównym kierunkiem ich aktywności jest wytwarzanie komórek, z których powstanie ząb, ale udowodniono, że są to komórki, które dają początek tkankom wywodzącym się ze wszystkich trzech listków zarodkowych: ekto-, endo- i mezodermy[2].

Z komórek macierzystych zębów mogą powstać

• cementoblasty – komórki, z których powstanie cement, tkanka pokrywająca korzenie zębowe;
• adipocyty – komórki tłuszczowe;
• odontoblasty – komórki, z których powstanie ząb i miazga zęba;
• komórki nerwowe;
• mioblasty – komórki, z których powstanie tkanka mięśniowa;
• chondrocyty – komórki tkanki chrzęstnej;
• hepatocyty – komórki wątroby;
• komórki śródbłonka;
• osteoblasty – komórki, z których powstanie tkanka kostna;
• melanocyty – komórki barwnikowe.

Z zębów (i ich bezpośredniej okolicy) można pozyskać kilka rodzajów komórek macierzystych:

• Komórki macierzyste miazgi zęba (ang. dental pulp stem cells – DPSCs) – to komórki dojrzałe, multipotencjalne. Udowodniono zarówno laboratoryjnie (in vitro), jak i pracując na organizmach żywych (in vivo), że mogą powstawać z nich rozmaite typy komórek[4]: odontoblasty i osteoblasty, adipocyty, kardimiocyty (komórki tkanki mięśniowej serca), miocyty, chondrocyty, komórki śródbłonka nerwowego lub naczyniowego. Ponieważ mogą powstawać z nich również komórki nerwowe, komórkom DPSCs przypisuje się właściwości neuralnych komórek macierzystych, czyli takich, które uczestniczą w tworzeniu struktur układu nerwowego. Komórki macierzyste miazgi zęba zostały odkryte jako pierwszy typ komórek macierzystych, które można pozyskać z zębów, a po raz pierwszy wyizolowano przy końcu XX wieku. Są one bardzo istotne dla stomatologii i medycyny nie tylko z uwagi na swój duży potencjał do różnicowania się w rozmaite typy komórek, ale również i dlatego, że można je pozyskać zdecydowanie prościej i mniej inwazyjnymi metodami, niż komórki macierzyste ze szpiku kostnego.
• Komórki macierzyste miazgi ludzkiego zęba mlecznego (ang. stem cells from human exfoliated deciduous teeth – SHEDs) – mają szersze możliwości różnicowania się od komórek macierzystych szpiku kostnego i miazgi zęba. Mogą dać początek komórkom nerwowym, osteoblastom, chondrocytom, adipocytom i miocytom. Również możliwe jest różnicowanie się ich w komórki tkanki kostnej, ale w badaniach na myszach wykazano, że nie ma w niej jednego bardzo ważnego elementu, a mianowicie: komórek krwiotwórczych szpiku kostnego.
• Komórki macierzyste więzadła ozębnowego (ang. periodontal ligament stem cells – PDLSCs) – różnicują się w komórki tworzące tkankę kostną, chrzęstną i tłuszczową. Mogą być stosowane do regeneracji cementu i kości wyrostka zębodołowego.
• Komórki macierzyste brodawki wierzchołkowej (ang. stem cells from apical papilla – SCAP) – odkryte w niedojrzałych ludzkich zębach stałych. Ponieważ brodawka wierzchołkowa daje początek miazdze w korzeniu zęba, ten typ komórek macierzystych podejrzewa się o większy potencjał do różnicowania się i zakłada, że komórki te mogą należeć do linii komórek progenitorowych (prekursorowych), czyli takich, które znajdą się w narządach dojrzałych osobników i mają za zadanie uczestniczyć w procesach regeneracji.
• Komórki progenitorowe pęcherzyka zębowego (ang. dental follicle progenitor cells – DFPCs)[5] – są wielopotencjalne i mogą różnicować się w komórki tkanki tłuszczowej, nerwowej i kości. Są zdolne do regeneracji cementu.
• Komórki macierzyste z kości wyrostka zębodołowego (ang. alveolar bone-derived mesenchymal stem cells – ABMSCs) – mogą różnicować się w osteoblasty, adipiocyty i chondrocyty.
• Komórki progenitorowe zarodka zęba (ang: tooth germ progenitor cells – TGPCs) – to nowe źródło komórek macierzystych. Na pewno komórki tego typu są wielopotencjalne, a podejrzewa się je też o pluripotencjalny charakter. Mogą różnicować się w komórki tworzące adipocyty, osteoblasty/odontoblasty, chondrocyty i neurony, a także w hepatocyty, czyli w komórki wątroby.
• Komórki macierzyste dziąseł (ang.gingival mesenchymal stem cells – GMSCs) – poza typową dla nich aktywnością osteogenną (kościotwórczą), wykazują też zdolność do modulowania działań układu odpornościowego i tworzenia struktur podobnych do tkanki łącznej.

Ciąg dalszy tematu w części II.

Przypisy:

[1]http://www.postepybiochemii.pl/pdf/2_2013/187_197.pdf

[2]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0300571214001158

[3]https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/2041731417702531

[4]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1365-2591.2011.01877.x

[5]http://www.czytelniamedyczna.pl/5053,komlrki-macierzyste-z-miazgi-zba-ludzkiego-dpscs-charakterystyka-i-mozliwoci-zas.html

Sprawdź się!

Rozwiąż nasz quiz o komórkach macierzystych: