Органоиди, създадени от стволови клетки, могат да заместят пломбите

Мултидисциплинарен екип от Вашингтонския университет в Сиатъл създава органоиди от стволови клетки, които освобождават протеините, образуващи зъбния емайл, чиято основна задача е да предпазва зъбите от увреждане и гниене.

Проучването

Като тръгват от факта, че емайлът се образува по време на формирането на зъбите от специализирани клетки, наречени амелобласти, които умират след като формирането на зъбите приключи, учените решават, че за да създадат лабораторно амелобласти, най-напред трябва да си изяснят генетичната програма. Тя е, която кара феталните стволови клетки да се развият във високоспециализирани, произвеждащи емайл.

>>>Ембрионално развитие на зъбите

За целта екипът използва техниката едноклетъчно комбинаторно индексиране на РНК секвениране (sci-RNA-seq), която разкрива кои гени са активни през различните етапи на развитието на клетката. Възможно е, тъй като молекулите на информационната РНК (иРНК) пренасят насоките за създаване на протеини, кодирани в ДНК на активираните гени до молекулярните машини, които сглобяват протеините. Затова именно промените в нивата на иРНК по време на различните етапи от развитието на клетката разкриват кои гени се включват и кои изключват.

Като осъществяват sci-RNA-seq върху клетките на различните етапи от развитието на човешките зъби, учените получават серия от моментни снимки за генно активиране във всеки етап.

Следващата стъпка в изследването е свързана с използването на сложната компютърна програма Monocle. С нея конструират вероятната траектория на генните дейности, които се появяват в случаите, когато неидентифицираните стволови клетки се развиват в диференциран амелобласт.

„Точно компютърната програма предвижда пътя и създава плана, необходим за изграждането на амеболасти“, разяснява ръководителката на проекта проф. Ханнеле Руохола-Баке, специалистка по биохимия и директор на Института за стволови клетки и регенеративна медицина към Медицинското училище на Вашингтонския университет.
След като компютърната програма е изяснила траекторията, на учените остава да започнат работа. Те признават, че правят множество опити и грешки преди да успеят да принудят неидентифицирани човешки стволови клетки да се превърнат в амелобласти.

>>>Експериментална терапия със стволови клетки намалява значително епилептичните припадъци

Случва се, след като излагат стволовите клетки на химически сигнали, за които е известно, че активират различни гени в последователността, която имитира пътя, разкрит от sci-RNA-seq данните.

По време на изследването учените идентифицират за първи път друг клетъчен тип. Става дума за субодонтобласт. Според тях той е прародител на одонтобластите, клетъчен тип, който има решаващо значение за формирането на зъбите.

Екипът открива още, че заедно тези типове клетки могат да бъдат накарани да образуват малки, триизмерни, многоклетъчни мини органи, наречени органоиди. Те се организират в структури, подобни на наблюдаваните при развиващите се зъби на човека и секретират три основни протеина на емайла – амелобластин, амелогенин и емайлин, които от своя страна биха образували матрица.

Последен е процесът на минерализация, който е от съществено значение за създаването на емайл с необходимата твърдост.

Статията с постигнатото от екипа е публикувана в списанието Developmental Cell.

Резултатите и бъдещите проучвания

Основното, както споделя професорът по възстановителна дентална медицина и член на екипа проф. Хай Джан, е, че: „Това е първата стъпка към осъществяването на дългосрочната ни цел, която е да разработим лечения за възстановяване на увредени зъби и регенериране на вече изгубените на базата на стволови клетки.

Изследователският екип се надява да усъвършенства процеса, за да създаде емайл, който е сравним по своята издръжливост с открития в естествените зъби и най-вече да разработи как да го използва за възстановяване на увредените. Един от вариантите, казва проф. Джан, е емайлът да се направи в лаборатория и да бъде използван за корекцията на различни зъбни дефекти.

>>>Стволови клетки са в основата на синтетични копия на човешки ембриони

От своя страна проф. Руохола –Бекър смята, че могат да създадат „живи пломби“, които да коригират кариеси и други проблеми. „Голямата цел е да се създадат зъби, получени от стволови клетки, които биха могли да заменят изцяло вече загубените“, казва ръководителката на проекта.

Според нея зъбите са идеален модел за работа по разработването на други терапии със стволови клетки.

„Много от органите, които искаме да заменим, като панкреаса, бъбрека или дори мозъка, са сложни и големи. Безопасното им регенериране от стволови клетки ще отнеме време. От друга страна, зъбите са по-малки и не толкова сложни. Ще отнеме известно време преди да ги регенерираме, но сега сме в състояние да видим ясно стъпките, от които имаме нужда, за да стигнем дотам“, споделя проф. Ханнеле Руохола-Бакър, която е убедена, че най-накрая това може да е: „Векът на живите пломби и човешката регенеративна дентална медицина като цяло“.