Naukowcy z Poznania, Warszawy i Torunia próbują wyhodować „trzeci” ząb, wykorzystując możliwości, jakie dają komórki macierzyste dziąseł. Docelowo ich praca może pomóc wyeliminować potrzebę stosowania implantów dentystycznych lub stworzyć tkankę nerwową, kostną lub chrzęstną na potrzeby przeszczepów.
Badaniami kierują naukowcy z Politechniki Warszawskiej, Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu oraz Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu w ramach projektu badawczego SteamScaf, finansowanego przez Inicjatywę Doskonałości Badań Politechniki Warszawskiej (Biotechmed-3 Advanced ).
Ich zdaniem potencjał przekształcania się dziąseł w inne struktury jest ogromny i otwiera wiele możliwości zastosowań medycznych. „Jeśli nam się uda, komórki pobrane z dziąseł pacjenta będą mogły zostać wykorzystane do wytworzenia zawiązków zębów, odbudowy struktury nerwów obwodowych u osób potrzebujących przeszczepów czy wytworzenia chrząstki u sportowców, którzy doznali poważnej kontuzji stawów” – mówi lider z projektu SteamScaf, dr Agnieszka Gadomska-Gajadhur z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej.
Od kilku lat wiadomo, że dziąsło ma bardzo duży potencjał regeneracyjny. Stosunkowo niedawno potwierdzono obecność mezenchymalnych komórek macierzystych. „W obszarach po ekstrakcji zęba regeneruje się nawet znaczne ubytki kostne i ubytki tkanek miękkich, oczywiście z wyjątkiem zęba. Co więcej, gojenie w jamie ustnej zwykle następuje bez powstawania blizn” – wyjaśnia dr Gadomska-Gajadhur.
„Stąd nasze założenie, że dziąsło, a zwłaszcza populacja jego komórek, może stać się podstawą do tworzenia innych tkanek, w tym nerwów, kości czy chrząstek” – dodaje.
Badania tego typu należą do dziedziny nauki zwanej inżynierią tkankową. Łączy wiedzę medyczną i chemiczną oraz inżynierię materiałową w celu wytworzenia funkcjonalnych substytutów tkanek, a nawet całych narządów. Wszystko po to, aby pomóc zregenerować uszkodzone i trudno gojące się tkanki.
Hodowle komórkowe są ważną częścią inżynierii tkankowej. Najpowszechniejszą i do niedawna jedyną metodą hodowli komórek było użycie płaskich szklanych szalek Petriego. W ostatnich latach naukowcy zaczęli wykorzystywać hodowle 3D, które lepiej odzwierciedlają stan organizmu. Do uzyskania trójwymiarowych hodowli potrzebne są specjalne rusztowania, na których komórki mogą rosnąć i namnażać się.
„Komórki hodowane na szalce Petriego rosną w jednej warstwie, jak cekiny przyklejone do tkaniny, jedna obok drugiej” – wyjaśnia kierownik projektu. „W naszych kulturach komórki rosną przestrzennie, w trzech wymiarach, na specjalnych rusztowaniach zwanych sferoidami. To znacznie bardziej przypomina to, co dzieje się naturalnie w organizmie.
Naukowcy z Politechniki Warszawskiej stworzyli własne materiały na rusztowania. „Stworzyliśmy je i rozwinęliśmy. Zgłoszono już wniosek patentowy. Podchodzimy kompleksowo: od syntezy materiału, przez stworzenie rusztowania, aż po hodowlę komórkową” – mówi dr Gadomska-Gajadhur.
Badaczka wyjaśnia, że stosowane przez jej zespół rusztowania (czyli przyszłe implanty) różnią się w zależności od tkanki, która na nich wyrośnie. W przypadku każdej tkaniny materiał bazowy jest nieco inny, ale wszystkie materiały mają dwie wspólne cechy: są bioresorbowalne i naturalne dla naszego organizmu. Składają się z cząsteczek, które organizm dobrze zna i potrafi metabolizować. Po pewnym czasie, gdy implant spełni swoje zadanie, ulega rozkładowi, a jego pozostałości są usuwane z organizmu. Dzięki temu naukowcy eliminują problem powikłań i odrzuceń, który często występuje przy różnego rodzaju przeszczepach tkanek.
Podstawą całego projektu SteamScaf jest różnicowanie komórek pobranych z dziąseł na inne komórki, z których następnie utworzą się tkanki.
„Zaczęliśmy od zbierania fragmentów dziąseł. Na razie są to dziąsła świńskie, bo nie mamy dostępu do wystarczającej ilości materiału ludzkiego, ale w przyszłości będą to dziąsła osoby, dla której tworzony jest implant. To nie jest problem, bo świnia jest genetycznie bardzo podobna do człowieka – mówi badaczka.
Następnie – wyjaśniła – z pobranej tkanki izoluje się pożądane komórki, ponieważ początkowo zawiera ona mieszaninę wielu różnych typów komórek. „Chcemy mieć ich tylko kilka, dlatego oddzielamy je od siebie metodami chemicznymi. Jeśli uda nam się pozyskać wybrane komórki macierzyste, będziemy mogli różnicować je we właściwym kierunku. Jeśli nie, najpierw przywracamy inne komórki dziąseł do fazy komórek macierzystych, a następnie inicjujemy hodowlę i – poprzez dodanie odpowiednich czynników wzrostu – różnicowanie w tkankę kostną, chrzęstną i nerwową.
„To pionierskie badania. Nikt wcześniej nie próbował robić tego, co my robimy. Dlatego równolegle testujemy obie metody, aby określić, która ostatecznie okaże się lepsza” – mówi dr Gadomska-Gajadhur.
Cały proces odbywa się na zewnątrz organizmu, in vitro. Pacjent otrzymywałby gotowy implant, czyli wyhodowany wcześniej fragment tkanki.
Największe nadzieje naukowców z Politechniki Warszawskiej wiążą się z zastosowaniem ich rozwiązania w stomatologii. „Byłby to ratunek dla wielu osób, które utraciły zęby czy to w wyniku choroby, wypadku, czy próchnicy, a nie mogą mieć klasycznych implantów” – mówi dr Gadomska-Gajadhur.
Dodaje, że większość ludzi uważa, że w przypadku utraty zębów najlepszym rozwiązaniem są tradycyjne implanty. Niestety wielu pacjentów nie ma odpowiedniego wsparcia kości ani estetyki dziąseł. „Opracowywane przez nas złożone materiały mogą zastąpić utracone tkanki lub wesprzeć ich regenerację” – podkreśla naukowiec.
Jako ciekawostkę dr Gadomska-Gajadhur wspomina o coraz częstszych przypadkach stanów zapalnych wokół implantów. Obecnie nie ma skutecznych sposobów leczenia, a odsetek tych powikłań wzrasta i powoduje utratę implantów. Pionierski materiał mógłby potencjalnie stymulować odbudowę tkanek nie tylko jako rusztowanie dla komórek, ale także jako gotowe rozwiązanie w postaci materiału biologicznie aktywnego.
Stomatologia to jednak nie jedyna dziedzina, w której można zastosować innowacyjne implanty.
„Potencjał regeneracyjny dziąseł jest tak duży, że mamy nadzieję wyhodować z nich zupełnie inne tkanki. Nasze największe plany dotyczą tkanki nerwowej. Taka tkanka, wyhodowana w warunkach laboratoryjnych, mogłaby zostać wykorzystana do przeszczepów nerwów obwodowych lub przeszczepów w obrębie rdzenia kręgowego w sparaliżowanych pacjentów” – mówi dr Gadomska-Gajadhur.
Tkankę chrzęstną można z powodzeniem hodować także w warunkach laboratoryjnych. „To idealne rozwiązanie w przypadku przeszczepów chrząstki w obrębie stawów, na przykład u sportowców, którzy często mają duże ubytki chrząstki. Od takiego pacjenta pobieraliśmy fragment dziąsła, hodowaliśmy tkankę w laboratorium przez kilka tygodni zgodnie z wcześniej opisanymi procedurami, a następnie wszczepiliśmy gotowy implant ze 100% zgodnością tkankową” – mówi badacz.
Projekt SteamScaf będzie kontynuowany do końca przyszłego roku. „Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, odbędą się badania przedkliniczne, a następnie kliniczne. Wciąż nie mamy środków, bo są to niezwykle drogie procedury, ale mamy długą listę kandydatów do badań klinicznych – podsumowuje autor projektu. (PAPKA)
Katarzyna Czechowicz
okładka/ zan/
tr. RL
Fundacja PAP umożliwia nieodpłatne przedrukowanie artykułów z portalu Nauka w Polsce pod warunkiem otrzymania raz w miesiącu wiadomości e-mail o fakcie skorzystania z portalu oraz wskazania źródła artykułu. Na stronach internetowych i portalach internetowych należy podawać adres: Źródło: www.scienceinpoland.pl, natomiast w czasopismach – adnotację: Źródło: Nauka w Polsce – www.scienceinpoland.pl. W przypadku serwisów społecznościowych prosimy o podanie jedynie tytułu i tytułu przesyłki naszej agencji wraz z linkiem do tekstu artykułu na naszej stronie internetowej, tak jak to ma miejsce na naszym profilu na Facebooku.
Joanna Bator jest autorką publikującą na portalu humanmag.pl, gdzie zajmuje się tematami z zakresu aktualności, polityki, biznesu, technologii, sportu, rozrywki i stylu życia. Koncentruje się na jasnym i rzetelnym przekazywaniu informacji, śledzeniu bieżących wydarzeń oraz prezentowaniu historii i tematów istotnych dla czytelników w przystępny i zrozumiały sposób.