談牙齒組織工程研究近況

摘要:牙齒組織工程學是指利用體外和體內培養(yǎng)的手段從單細胞獲得整個牙齒的組織工程手段。其關鍵之處是獲得具有較強生長和分化能力的種子細胞、優(yōu)選較為適宜的支架材料，以及構建有較強再生能力的細胞- 支架復合體。

關鍵詞:牙齒 組織工程

　　
　　　
　　近年來，隨著發(fā)育生物學、分子生物學、細胞生物學、干細胞以及生物材料學等領域的新進展組織工程學也取得了長足的發(fā)展。所謂的牙齒組織工程學是運用生命科學和工程學的方法、原理和技術，在體外構建有生物活性的組織，植入體內，修復缺損組織，重建功能的一門新興學科。眾所周知，牙齒的發(fā)生發(fā)育經歷有初始發(fā)生期、蕾狀期、帽狀期、鐘狀期、分化期、分泌期以及牙根的形成等階段，由上皮和間充質的相互作用完成。即便使用單細胞進行培養(yǎng)，牙齒結構的發(fā)生和發(fā)育也要經歷這些必然階段。這為牙齒組織工程學的研究奠定了基礎。然而組織工程學并不是一項簡單的工程，需要各個方面的工作相互協(xié)調，相互配合。
　　
　　一、牙齒組織工程與干細胞
　　
　　干細胞是一類具有自我更新能力的細胞，能夠產生至少一種類型的、高度分化的子代細胞。其可在體外分離、擴增和冷凍保存，在一定的條件下可被誘導分化為不同的細胞或組織。根據發(fā)生學來源的不同可將干細胞分為胚胎干細胞和成體干細胞。
　　隨著生物技術及組織工程學的發(fā)展，可通過干細胞定向分化技術，培育出特定的組織或器官。其原理是人為干預干細胞的分化方向，使這些細胞按照我們的需要分化成單一的組織或器官。組織工程牙齒的研究常以干細胞、信號分子及生物支架為基礎[1-2]，在體外通過組織重組技術及器官培養(yǎng)等方法研究牙齒的再生。Sharpe等[3]利用小鼠胚胎牙上皮和不同來源的間充質干細胞（胚胎干細胞和神經干細胞）及成人骨髓干細胞重組后再植入小鼠體內可獲得牙齒結構，Young等[4]也通過組織工程的方法制備了齒/骨雜交體，即用豬第三磨牙的牙蕾細胞種植到生物可降解的支架PGA或PLGA上，在成年大鼠的視網膜上生長4周后即得牙移植塊；同樣從豬的骨髓中分離誘導成骨細胞，并種植到PLGA支架上，在透氧的生物反應器系統(tǒng)中培養(yǎng)10天后即得骨移植塊；將以上的牙移植塊和骨移植塊組合在一起重新植入大鼠的視網膜上生長8周后，經過組織學和免疫組化的方法分析發(fā)現齒/骨雜交體不僅能產生牙本質、修復牙本質及釉質組織，還能表達骨鈣蛋白、骨涎蛋白以及Ⅲ型膠原。Kramer等[5]將骨髓間充質干細胞與牙周韌帶細胞共培養(yǎng)，發(fā)現共培養(yǎng)的骨髓間充質干細胞骨鈣蛋白和骨橋蛋白的表達量明顯增加，而骨涎蛋白的表達量明顯降低，體現了共培養(yǎng)的骨髓間充質干細胞能夠獲得牙周韌帶細胞的特性，可用于進行牙周組織的修復。這在一定程度上說明了，利用組織工程的方法在體外再生牙齒是可能的[6-7]。且在一定條件下不僅牙髓干細胞能夠再生牙齒結構，其他來源的間充質干細胞也能夠產生類似牙齒硬組織的結構。
　　
　　二、牙齒組織工程與生物支架
　　
　　組織工程將培養(yǎng)細胞種植于外源性細胞外基質（ECMs）以構筑細胞/支架材料復合物。這種外源性ECMs就是由生物相容性良好和可降解的生物材料制備的三維多孔支架。組織工程支架的設計和選擇對于組織工程來說是非常關鍵的一步。組織工程支架材料的目的是為構建組織的細胞提供一個三維支架，有利于細胞的粘附、增殖乃至分化，為細胞生長提供合適的外環(huán)境。理想的生物支架材料需要滿足如下要求：（1）具備良好的生物相容性，不會因鄰近組織的排異反應而影響新組織的功能；（2）具有可降解性及適宜的降解速率，當移植的細胞或組織在受體內存活時，支架材料可自行降解；（3）具有符合細胞、組織器官要求的生物力學強度；（4）具有良好的細胞界面關系，能相互作用以保存和促進細胞功能；（5）便于加工成理想的二維或三維結構，而且移植到體內后能保持原有形狀。
　　Gronthos等[8]以HA/TCP為支架，將體外擴增的牙髓干細胞(DPSCs)植入裸鼠背側皮膚下，可獲得牙本質/牙髓樣結構。此外，在由組織工程支架材料PLGA或PGA/PLLA構成的牙型支架中，植入打散豬胚磨牙牙胚或大鼠的磨牙牙胚，均能形成一個包含牙本質、成牙本質細胞、界限清晰的牙髓腔、Hertwig氏上皮根鞘(HERS)和成釉器的結構[9-10]。07年，Kazuhisa Nakao等人將打散的小鼠胚胎14.5天的上皮和間充質添加到用膠原做成的支架上，在體內和體外均培養(yǎng)出了完整的并富含有血管和神經纖維的牙齒結構[11]。
　　傳統(tǒng)的牙齒組織工程是在體內構建細胞支架復合體。體內構建是將細胞——支架復合體植入體內，修復組織缺損。這種方法的明顯優(yōu)點就是能夠利用體內獨特的生長環(huán)境為牙齒的再生提供條件適宜并無菌的環(huán)境。但隨著組織工程的進一步發(fā)展，體內重建已經不能滿足實際工作的需要。必須能夠實現在體外重建的模式。體外構建是通過體外組織培養(yǎng)的方法將種子細胞接種到支架材料上，在體外進行組織構建。體外重建具有一些較體內構建容易控制條件、利于實驗觀察等優(yōu)點，然而在傳統(tǒng)的靜態(tài)培養(yǎng)條件下體外重建卻很難達到真正的組織重建，但隨著生物反應器和灌注培養(yǎng)系統(tǒng)的先后出現，體外構建條件也有了明顯改善[12]。
三、展望
　　
　　隨著干細胞研究的飛速發(fā)展和生物材料的不斷改進，運用實驗胚胎學、發(fā)育和分子生物學的研究結果，科學家預測在不久的將來實現牙齒的再生是完全可能的。比較理想的方法是:體外培養(yǎng)種子細胞，形成牙胚后植入患者先天無牙頜區(qū)或缺失牙區(qū)，使長出具有良好形態(tài)并能行使其生物功能的組織工程化牙齒，從而取代傳統(tǒng)的人工種植牙。隨著Dentigenix和Odontis等牙齒組織工程公司的出現以及日立等大型企業(yè)的介入可能會大大加速有關的研究進程以及商業(yè)化產品的推出，但也可能同時會阻礙相關研究結果的透明度。但不管怎樣，組織工程化牙齒將走入臨床應用，這將是現代組織工程學向口腔疾病治療的傳統(tǒng)觀念和方法發(fā)起的最具革命的性挑戰(zhàn)，必將在口腔醫(yī)學領域引起一場劃時代的變革。
　　
　　
　　參考文獻：
　　[1]Mauney J.R.Biomaterials.2005;26.
　　[2]Zhang Y.D. Cell Res.2005;15.
　　[3]Ohazama A. J Dent Res.2004;83.
　　[4]Young CS. Tissue Eng. 2005;11.
　　[5]Kramer P.R. J Dent Res. 2004;83.
　　[6]Honda MJ. J Oral Maxillofac Surg.2006;64.

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