Zęby z probówki

Statystyczny Polak po trzydziestce nie ma przynajmniej jednego zęba, a co czwarty 74-latek nie posiada żadnego własnego. Przyczyna takiego stanu rzeczy jest złożona – po pierwsze, brak odpowiedniej higieny jamy ustnej, a po drugie, paraliżujący strach przed stomatologiem. To sprawia, że do dentysty udajemy się często w terminalnym etapie infekcji – gdy trzeba wdrożyć leczenie kanałowe lub wręcz ząb usunąć. Wtedy przydatne stają się wwiercane w kość implanty stomatologiczne. Stanowią substytut naturalnego zęba i są w pełni funkcjonalne, choć zabiegi ich wszczepiania zawsze są obarczone ryzykiem, a każdy implant to przecież ciało obce, więc organizm może go odrzucić.

W porównaniu z innymi gatunkami zwierząt ludzie mają wyjątkowego pecha – przez całe życie muszą polegać tylko na dwóch zestawach zębów. Rekiny wymieniają je co 3 tyg., a krokodyle amerykańskie – co najmniej 50 razy w ciągu życia. Jest to u nich możliwe dzięki komórkom macierzystym ukrytym wewnątrz blaszki zębowej. I to właśnie te komórki są jedną z wielkich nadziei stomatologii, bo ma je także i człowiek.

Jak powstaje ząb?

Rozwój zębów mlecznych zaczyna się już w 4. tyg. życia płodowego. To właśnie wtedy tworzy się tzw. pierwotna listewka zębowa, z której w 7. tyg. ciąży pojawia się 20 zawiązków zębów mlecznych. Z kolei zawiązki zębów stałych powstają z tzw. wtórnej listewki zębowej między 24. a 30. tyg. życia płodu. Są więc w naszym organizmie obecne od urodzenia, ale ukrywają się w drugim rzędzie pod zębami mlecznymi.

Zęby mleczne wyrzynają się stopniowo. Mianem wyrzynania określamy powolne przesuwanie się zawiązka każdego zęba mlecznego z miejsca jego rozwoju w kości szczęki do finalnej pozycji zgryzowej. Nie ma reguły, ale lekarze przyjmują, że pierwsze ząbkowanie rozpoczyna się ok. 6. mies. życia – z reguły u wcześniaków występuje później.

Jeżeli chodzi o zęby stałe, to rozwijają się one w sposób podobny do mlecznych. Tylko proces powstawania siekaczy, kłów i pierwszych trzonowców odbywa się w trakcie życia płodowego. Pierwsze przedtrzonowce kształtują się w momencie porodu, drugie przedtrzonowce – między 7. a 8. mies. życia, trzecie trzonowce – ok. 9. mies. życia, a najpóźniej zęby mądrości (nie wszyscy je mają). Kluczowym procesem jest mineralizacja zębów stałych (czyli ich uwapnienie). Następuje ona w ściśle określonych terminach, np. siekaczy między 3. a 5. mies. życia, kłów w 11. mies. życia, a pierwszych i drugich przedtrzonowców oraz drugich trzonowców między 1. a 3. rokiem życia. Tylko szóstki (pierwsze trzonowce) mineralizują się już w momencie porodu, choć nie wiadomo, dlaczego tak się dzieje. Wyrzynanie zębów stałych odbywa się między 6. a 14. rokiem życia (pomijając zęby mądrości). Dojrzewanie 28 zębów stałych i ich wzrost z formowaniem korzeni trwa przeciętnie 3 lata.

Tajemniczy świat zwierząt

Prof. Abigail Tucker z King’s College London twierdzi, że w świecie przyrody występuje zależność między złożonością zębów a liczbą zestawów, które otrzymuje dany gatunek. Ponieważ ssaki mają zdolność żucia, ewolucja wykształciła złożone zęby z wieloma guzkami i wybrzuszeniami, które są charakterystyczne tylko dla nas. Podczas gdy kły mają tylko po jednym guzku, przedtrzonowce mają je dwa, a trzonowce są obdarzone czterema lub pięcioma guzkami. „Złożoność wiąże się z dietą. Najbardziej złożone zęby mają gatunki żywiące się bambusem. Panda wielka lub lemur posiadają złożone tylne zęby z dużą liczbą guzków, dzięki którym żują i miażdżą twardą tkankę” – mówi prof. Tucker.

Istnieją inne fascynujące przykłady zwierząt o wyjątkowych zdolnościach „stomatologicznych”. Zęby piranii są połączone i tworzą system przypominający ostry nóż. Kiedy ryby je wymieniają, tracą całą ćwiartkę naraz i polegają na pozostałych trzech, aby przetrwać.

Chociaż większość ssaków zwykle ma dwa zestawy zębów (mleczne i stałe), niektóre gatunki zachowały zdolność tworzenia ich większej liczby. Dobrym przykładem mogą być manaty, u których przez całe życie z tyłu pyska powstają nowe. Są też zwierzęta korzystające przez całe życie z jednego zestawu zębów, ale stale rosnących, np. lemur aj-aj czy różne gryzonie – szczury i myszy. Dysponują one populacją komórek macierzystych u podstawy zęba, która wciąż zwiększa objętość zębiny i szkliwa. To adaptacja do spożywania twardych pokarmów.

Jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek w ewolucji pojawiły się osoby z większą liczbą zestawów zębów niż dwa, ponieważ utrwala ona zmiany zwiększające przeżycie gatunku. W przypadku dodatkowego zestawu nie miałoby to większego sensu. A badania wskazują, że zęby mądrości (tzw. ósemki) występują w populacji coraz rzadziej – nie ma ich już 20% ludzkości. To dlatego, że coraz częściej gotujemy jedzenie, więc ewolucyjnie nie potrzebujemy w szczęce dodatkowego zęba trzonowego. W jamie ustnej mamy też coraz mniej miejsca. Być może nasz organizm nigdy nie rozwinie się w kierunku wyhodowania trzeciego zestawu zębów, ale to nie powstrzymuje naukowców przed próbami znalezienia sposobu na zastąpienie usuniętych zębów żywymi zamiennikami.

Miazga pełna skarbów

Klucz tkwi w komórkach macierzystych, które ze względu na spektakularne właściwości regeneracyjne i zdolność do samoodnowy są wykorzystywane w leczeniu ponad 70 schorzeń, m.in. chorób krwi, zaburzeń immunologicznych i niektórych nowotworów. Głównym źródłem komórek macierzystych jest szpik kostny, ale nie tylko. Ukrywają się one także w miazdze zębowej. „Komórki macierzyste można pozyskać głównie z zębów mlecznych, ewentualnie zdrowych zębów dorosłego pacjenta, które zostały usunięte, tzw. zębów mądrości lub takich, które trzeba wyrwać w trakcie leczenia ortodontycznego. Istotny jest jednak pewien szczegół – ilość tych cennych komórek w miazdze zębowej z wiekiem maleje, więc im wcześniej je pozyskamy, tym lepiej” – mówi stomatolog dr Monika Stachowicz, która zabezpiecza zęby po ekstrakcji pod tym kątem.

Kiedy ząb trafi do laboratorium, pozyskuje się tzw. komórki macierzyste z jego miazgi (ang. dental pulp stem cells – DPSCs), które następnie zamraża się w ciekłym azocie. W temperaturze –190°C mogą być przechowywane nawet 25 lat. Praktyki krioprezerwacji komórek macierzystych z zębów są powszechne na świecie od lat, a od jakiegoś czasu są także dostępne w Polsce. „Jest to forma zabezpieczenia tych cennych komórek np. dla dziecka. Potencjał leczniczy komórek macierzystych wyizolowanych z ludzkich zębów jest znaczny, a ich pozyskanie z miazgi o wiele mniej inwazyjne niż ze szpiku. Mówi się, że komórki macierzyste z miazgi zębów stanowią przyszłość endodoncji regeneracyjnej ze względu na swój udział w funkcji obronnej miazgi” – mówi dr Stachowicz.

Komórki macierzyste mogą się przydać nie tylko w ekstremalnych sytuacjach, gdy konieczne staje się usunięcie zęba. Obecnie objęty próchnicą ząb traci zdolności regeneracyjne, więc podlega leczeniu (borowaniu), polegającemu na usunięciu zniszczonej tkanki i zastąpieniu jej przez wypełnienie stomatologiczne. Gdy ubytek dojdzie aż do nerwu, wprowadza się leczenie kanałowe, choć nawet ono nie daje gwarancji ocalenia zęba. Istnieją jednak leki mogące stymulować komórki macierzyste w miazdze zębowej do regeneracji, a tym samym wypełnienia ubytku. Szczególnie obiecująco wypada lek tideglusib, wykorzystywany w terapii choroby Alzheimera, który wspiera autoregenerację zębów i umożliwia leczenie próchnicy bez bólu i borowania. Preparat stymuluje komórki macierzyste w miazdze zębów aż do całkowitej regeneracji zębiny, czyli tkanki zlokalizowanej pod szkliwem. Terapia taka jest skuteczna, bo zęby mają naturalny mechanizm regeneracji zębiny, który jest hamowany przez enzym GSK-3. Tideglusib blokuje wspomniany enzym, a ząb może się odbudować. „Zębina wytwarzana przez stymulację komórek macierzystych preparatem tideglusib integruje się całkowicie z zębem, więc nie ma ryzyka wycieku wypełnienia, co jest dużym problemem przy obecnych metodach, które nie zmieniły się zbytnio przez ostatnie 100 lat” – mówi prof. Paul Sharpe, biolog z King’s College London, kierownik badań nad zastosowaniem tideglusibu.

Laserem w zęby

W 2018 r. innowacyjne badania z wykorzystaniem komórek macierzystych przeprowadzili naukowcy z University of Pennsylvania i Xi’an Jiaotong University u dzieci po urazach zębowych. Naukowcy pobrali od młodych pacjentów komórki macierzyste z miazgi zęba mlecznego, umożliwili im stabilny wzrost w warunkach laboratoryjnych, a następnie wykorzystali do regeneracji uszkodzonych zębów. Okazało się, że u osób poddanych terapii doszło do lepszego rozwoju korzenia niż w grupie kontrolnej, a dzieci z czasem odzyskały czucie w tkance uszkodzonych zębów. Niestety, wiele wskazuje na to, że tego typu leczenie działa tylko u pacjentów, którzy nadal mają zęby mleczne, więc nie można go zastosować u dorosłych.

Prace badawcze nie skupiają się jednak tylko na regeneracji miazgi. Uczeni z Queen Mary University of London wykazali w 2018 r., że możliwa jest regeneracja tkanek nieożywionych, np. szkliwa. W tym celu wynaleźli nową metodę mineralizacji, która pozwalałaby na odbudowę tej tkanki. Do tego celu wykorzystano białka wspierające proces tworzenia uporządkowanej struktury, które gwarantują szkliwu wyjątkowe właściwości. Odkrycie to może pomóc milionom pacjentów na świecie, nie tylko tym cierpiącym na próchnicę, ale zgrzytającym zębami czy dotkniętym kwasową erozją szkliwa.

W 2016 r. naukowcy z University of Nottingham oraz Wyss Institute at Harvard University opracowali światłoutwardzane syntetyczne biomateriały, które miałyby być stosowane podobnie jak wypełnienia stomatologiczne, w bezpośrednim kontakcie z miazgą stymulujące zalegające tam komórki macierzyste do regeneracji. Dzięki temu ząb zostaje odbudowany. Odkrycie to zostało uhonorowane nagrodą Royal Society of Chemistry. Takie „lecznicze” plomby mogłyby całkowicie zrewolucjonizować wizyty u stomatologów.

Jeszcze bardziej radykalny sposób proponują naukowcy z University of Buffalo w Nowym Jorku. Zespół kierowany przez prof. Praveena Arany’ego testuje wiązki laserów o małej mocy do stymulowania regeneracji zębów. Prof. Arany odkrył, że światło lasera świecące bezpośrednio na miazgę może stymulować zgromadzone w niej komórki macierzyste do produkcji nowej zębiny. Ta nie będzie tak wytrzymała jak „oryginalna”, ale i tak o wiele lepszej jakości niż każde wypełnienie stomatologiczne. „Dzięki regeneracji zęba, czyli ponownym pokryciu miazgi naturalną zębiną, nie ma takiego samego ryzyka uszkodzenia materiału” – mówi prof. Arany.

Z kolei firma Reminova opracowała technikę wykorzystującą prąd elektryczny o małym natężeniu (zabieg bezbolesny), który pobudza tkanki zęba do ponownej mineralizacji szkliwa. Istotne jest to, że technika wykazuje skuteczność tylko we wczesnych etapach próchnicy, więc nie można jej zastosować u każdego.

Co dalej?

Stomatologia regeneracyjna to wciąż melodia przyszłości, ale zabiegi bazujące na wykorzystaniu funkcjonalnych zamienników tkanek są już powszechnie stosowane przez lekarzy. „Przykładem jest tzw. sterowana regeneracja tkanek i kości, która wykorzystuje osiągnięcia inżynierii materiałowej, np. materiały kościotwórcze lub błony zaporowe, i pozwala odbudować utracone tkanki. Z kolei w zabiegach z zakresu periodontologii, chirurgii stomatologicznej oraz implantologii wykorzystujemy wyizolowaną z krwi pacjenta fibrynę, która usprawnia proces regeneracji i gojenia się tkanek, zmniejsza stan zapalny i ryzyko pojawienia się infekcji” – mówi dr Stachowicz.

Świętym Graalem stomatologii jest możliwość regeneracji i wstawienia całego brakującego zęba. Zespół prof. Paula Sharpe’a osiągnął to na myszach, ale powtórzenie tego samego u ludzi jest niemożliwe, bo budzi wątpliwości prawne i etyczne. Proces bowiem polega na utworzeniu zawiązka zębowego i wszczepieniu go w szczękę tam, gdzie znajdował się brakujący ząb. Aby stworzyć zawiązek zęba, konieczne jest jednak pobranie totipotencjalnych komórek macierzystych, czyli takich, które występują tylko u zarodków. „W ustach dorosłych już ich nie ma. Musimy znaleźć inny sposób na stworzenie zawiązków zębowych, które nie wymagają obecności komórek macierzystych z zarodków. Sporo czasu minie, ale wierzę, że to się w końcu wydarzy, choć pewnie nie w ciągu najbliższych lat” – mówi prof. Sharpe.

Naukowcy są przekonani, że stworzenie trzeciego zestawu zębów, czyli tzw. biozębów, kiedyś będzie możliwe. „Zęby hodowane w laboratorium to raczej daleka perspektywa, ale otwierająca nowe możliwości dla stomatologii oraz dla samych pacjentów. Tego typu innowacyjne technologie, pozwalające na odtworzenie lub autoregenerację zębów, byłyby ratunkiem dla milionów pacjentów, którzy na skutek zaniedbań czy urazów bywają skazani na bezpowrotną utratę naturalnego uzębienia i poszukują alternatywnych rozwiązań protetycznych” – wyjaśnia dr Stachowicz.

Nawet jeżeli naukowcom udałoby się wyhodować trzeci komplet zębów dla każdego z nas, nie bylibyśmy zwolnieni z oczywistych obowiązków – regularnej higieny jamy ustnej i przeglądów stomatologicznych co pół roku. To jedyny klucz do długowieczności zębów, jakim obecnie dysponujemy.

***

Biolog, dziennikarz popularnonaukowy. Autor licznych publikacji na portalu Interia, magazynach „Focus” i „Świat Wiedzy”. Fan Manchesteru United i prozy Kurta Vonneguta.