СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ ЗУБОВ И ИХ ПОТЕНЦИАЛ ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ТКАНЕЙ

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ ЗУБОВ И ИХ ПОТЕНЦИАЛ ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ТКАНЕЙ

Стволовые клетки в настоящее время — одна из самых больших надежд современной медицины. Это клетки, способные к самообновлению и неограниченному размножению. Из-за способности к дифференцировке различают четыре типа стволовых клеток:

  • тотипотентные, которые обладают наибольшей способностью к дифференцировке, например, эмбриональные стволовые клетки;
  • плюрипотентные, которые могут дифференцироваться в клетки всех трех зародышевых листков,
    мультипотентные;
  • унипотентные , которые обладают самой низкой способностью дифференцировать.

Стволовые клетки проявляют способность к симметричному делению — образуются две идентичные клетки и асимметричные — одна сохраняет характеристики материнской клетки, а другая получает фенотип, отличный от нее. Стволовые клетки чаще всего остаются в спящем состоянии — фаза G0, только сигналы из ниши могут активировать их для деления. Благодаря этим особенностям стволовые клетки вызывают большой интерес у ученых, занимающихся регенерацией поврежденных тканей.

Стволовые клетки в регенерации нервной ткани

Мультипотентные стволовые клетки могут дифференцироваться в клетки зародышевого листка, из которого они возникают в ходе онтогенетического развития. Примером мультипотентных клеток являются нервные стволовые клетки (NSC). Они расположены в головном мозге взрослых млекопитающих, в том числе и в мозге человека — в субгранулярной зоне зубчатой извилины гиппокампа (SGZ) и в субвентрикулярной зоне боковых желудочков (SVZ). Их потенциал дифференцировки позволяет НСК трансформироваться в нейроны, глиальные клетки, а также в олигодендроциты. НСК можно получить из эмбрионов, но это вызывает много этических противоречий. Получить их от взрослого человека практически невозможно. Однако есть несколько клеточных линий, полученных от людей, перенесших нейрохирургические операции, напримерHCN-2 — линия корковых нейронов, собранная при гемисферэктомии у девочки, страдающей острой эпилепсией. Однако в данном случае это не стволовые клетки. Также невозможен сбор НСК по аналогии с забором органов для трансплантации от пострадавших. Основным критерием, позволяющим удалить орган в данном случае, является церебральная смерть, исключающая получение здоровых НСК. Поэтому искались другие методы получения этих клеток. Один из способов был предложен в 2006 году группой ученых под руководством Кадзутоши Такахаши и Шиньи Яманака для получения индуцированных плюрпиотентных стволовых клеток (IPSC) из соматических стволовых клеток фибробластов мыши и человека. Эти клетки проявляют черты эмбриональных клеток,и они были получены путем введения четырех генов, ответственных за плюрипотентность: Oct3 / 4, Sox2, Klf 4 и c-Myc.

Затем, дифференцируя IPSC, можно получить нервные стволовые клетки. Этот метод получения NSC имеет много преимуществ, так как нервные клетки, полученные таким образом, могут служить моделью исследования in vitro нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона., что также позволит вам протестировать препараты или подобрать индивидуальную терапию для каждого пациента. Более того, этот метод снижает вероятность отторжения трансплантата клетки, поскольку он был бы получен от того же пациента. Однако клиническое применение клеток IPSC сопряжено с рисками, связанными с образованием тератом — доброкачественных неопластических опухолей, которые включают клетки всех трех половых клеток.

Стволовые клетки зубов

 Стволовые клетки зубов и их потенциал для регенерации тканей

Стволовые клетки зубов представляют собой интересную популяцию мультипотентных стволовых клеток, способных дифференцироваться в нервные клетки . Можно выделить пять типов этих клеток:

  • Стволовые клетки слущенных молочных зубов человека (SHED)
  • Стволовые клетки зубных фолликулов (DFSC)
  • Стволовые клетки верхушечной части соска Стволовые клетки верхушечной части сосочка — (SCAP)
  • Стволовые клетки периодонтальной связки (PDLSC)
  • Стволовые клетки пульпы — (DPSC).

Стволовые клетки пульпы зубаВпервые полностью описан и обнаружен в пульпе постоянных зубов в 2000 году. Они показали характерные особенности стволовых клеток, в частности экспрессию маркеров мезенхимальных стволовых клеток (МСК) — клеток, присутствующих в большинстве тканей, особенно в периваскулярных нишах. Эти маркеры: CD29, CD44, CD90, CD117, CD146. Как и МСК, большинство DPSC не экспрессируют гемопоэтические маркеры, такие как CD34 или CD45. Тем не менее, поскольку DPSC являются очень неоднородной популяцией некоторых, их присутствие можно наблюдать в некоторых из них. Наиболее важной особенностью DPSC является наличие нейрональных маркеров, таких как нестин, виментин, -тубулин или нейрофиламенты, а также секреция нейротрофических факторов, таких как: нейротрофический фактор нервного происхождения (англ.нейротрофический фактор головного мозга; BDNF), фактор роста нервов (NGF) и нейротрофический фактор глиальных клеток (GDNF).

DPSC. Нейронные свойства DPSC следует искать в их происхождении. Стволовые клетки пульпы зуба, как и другие группы зубных стволовых клеток, происходят из эктодермы в результате миграции клеток нервного гребня. Эти клетки образуются в верхней части нервной трубки, откуда они затем мигрируют, давая начало другим тканям, таким как гладкие мышцы, меланоциты, ткань надпочечников, периферические нейроны и многие другие. Некоторые из этих клеток мигрируют в формирующийся рот, и здесь они участвуют в развитии зуба, создавая нишу во внутренней части зуба, которая становится пульпой.

Дифференциация стволовых клеток пульпы зуба в направлении нейронов

Благодаря интересным характеристикам DPSC был разработан ряд протоколов для получения из них функциональных нейронов. Один из самых последних протоколов — это протокол, разработанный в 2015 году Гронтосом и его коллегами, который основан на двух этапах создания нейросфер. Нейроферы представляют собой сферические скопления нервных клеток диаметром около 150 мкм. Их трехмерная архитектура стимулирует клетки дифференцироваться в направлении нейронов. Этот метод также используется для дифференциации IPSC в нейроны. После дифференцировки на основе культуры клеток из нейросфер в среде, обогащенной мин. Для цАМФ и нейротрофина-3 был проведен ряд тестов для оценки степени дифференцировки DPSC в нейроны. Патч-зажим исследованияпоказали, что клетки, образовавшиеся после дифференцировки, обладают некоторыми электрофизиологическими особенностями нервных клеток. Для них были измерены калиевый и натриевый токи. После добавления тетраэтиламина (ТЭА), который блокирует зависимые от напряжения калиевые каналы нейронов, наблюдалась потеря тока, но промывание его позволило восстановить калиевый ток. Похожая ситуация произошла и при исследовании потенциалзависимых натриевых каналов. С другой стороны, потенциал действия, зарегистрированный в нейроноподобных клетках, полученных из DPSC, не обладал всеми характеристиками потенциала действия нейронов (например, без реполяризации), поэтому нельзя сказать, что он получил полностью функциональные нейроны.

Использование стволовых клеток пульпы зуба в моделях болезней на животных

Другим примером использования зубных стволовых клеток в регенерации было использование стволовых клеток, полученных из молочных зубов (SHED), в модели на животных, где эти клетки были имплантированы в мозг грызунов после острой травмы мозга. В результате наблюдалась значительная реконструкция коры головного мозга животных по сравнению с контрольными группами. Однако это исследование четко не указывало на то, что послужило основой для такой эффективной реконструкции мозга. Подобные исследования были выполнены на мышиной модели инфаркта миокарда (Инфракция миокарда). После индукции поражения сердца грызунам вводили меченый флуоресцентный DPSC. В результате через четыре недели наблюдалось улучшение ряда параметров сердца, таких как: уменьшение площади постинфарктного рубца с 20% до 15%,увеличение толщины левого желудочка вдвое (с 0,6 мм до 1,2 мм) или увеличение плотности кровеносных сосудов с примерно 500 до примерно 850 на мм2 . Благодаря флуоресцентной маркировке DPSC стало возможным оценить, дифференцировались ли стволовые клетки пульпы зуба в клетки сердца. Результат анализа изображений флуоресцентного микроскопа ясно показал, что DPSC не дфференцирует клетки сердца (если бы это было так, сигнал зеленой флуоресценции от DPSC перекрывался бы с красным сигналом от специфически меченных маркеров сердечных клеток). Следовательно, факторами, способствующими регенерации поврежденного сердца, должны были быть паракринные факторы, секретируемые DPSC. Как MSC-подобная способность дифференцироваться в другие ткани, так и широкий спектр паракринных факторов, секретируемых DPSC, делают их интересной популяцией стволовых клеток. Их дополнительными преимуществами являются отсутствие этических противоречий при получении и относительно простое разведение, что в сочетании с рядом нейронных особенностей, демонстрируемых DPSC, делает их очень хорошим источником клеток для нейробиологических исследований.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: