Koniec z leczeniem próchnicy i wyrywaniem zębów? Naukowcy dokonali rewolucyjnego odkrycia

Takashi bada, jak to się dzieje, że niektóre komórki rozwijającego się ciała przekształcają się w zawiązki zębów. Dlaczego ssaki mogą mieć tylko dwa zestawy zębów, podczas gdy rekinom czy krokodylom mogą odrastać wielokrotnie? Po 20 latach badań udało mu się zidentyfikować możliwe czynniki stymulujące wzrost zębów i znaleźć sposoby na to, aby zastosować je na żywym organizmie ssaków.

Do opracowania tej metody posłużyły badania myszy, które miały więcej zębów niż normalnie. Za ich liczbę odpowiada tylko jeden gen, kodujący białko USAG-1. Takashi z zespołem tak ten gen zmodyfikowali, że przestał wytwarzać białko. W pierwszym pokoleniu myszy urodzonych z tą modyfikacją znacząco wpłynęło to na liczbę ich stałych zębów. Zablokowanie białka może więc uwolnić ukryte możliwości organizmu do wytwarzania kolejnych zawiązków zębowych i samych zębów. Jak twierdzi prof. Takashi, u człowieka istnieje biologiczny potencjał do wytworzenia trzeciego garnituru uzębienia, jednak w naszym przypadku modyfikacje genetyczne u zarodków nie wchodzą oczywiście w grę.

Prof. Takashi musiał więc znaleźć jakąś substancję, która zadziałałaby na gen kodujący białko USAG-1 i wyłączała jego produkcję w określonym miejscu w dziąśle. Po wielu próbach okazało się, że taką moc ma jedno z przeciwciał monoklonalnych (oddziałujących na jeden typ białka) wytwarzanych przez organizm myszy. Podanie tych przeciwciał dorosłej myszy sprawiło, że wyrosły jej dodatkowe zęby. Wystarczyło jedno podanie przeciwciał, aby wytworzyć nowy ząb. Jednak zęby myszy różnią się od ludzkich. – Gryzonie mają zdolność syntezy witaminy C niezbędnej do tworzenia kolagenu, również kostnego. Do tego zęby sieczne u gryzoni rosną przez całe życie, ulegając ścieraniu – tłumaczy profesor.

Choć o szczepionce mówi się od kilkudziesięciu lat, a 90 proc. dorosłej ludności świata cierpi z powodu próchnicy, prac nad nią jest zaskakująco mało

Dlatego kolejnym krokiem badań prof. Takashiego były eksperymenty z udziałem fretek, których zęby bardziej przypominają ludzkie. Jak donieśli badacze w piśmie „Science Advances”, metoda też zadziałała – udało im się doprowadzić do wyrośnięcia siódmego, górnego siekacza u fretki.

Prof. Takashi zapowiada, że najprawdopodobniej w lipcu 2024 r. rozpocznie pierwsze testy przeciwciała z udziałem ludzi. Na początku będą to dzieci cierpiące na wrodzone braki zębów. Jeśli uda się wytworzyć je u nich, kolejnym krokiem będzie zastosowanie leku u dorosłych, którzy utracili zęby. Metoda budzi wielkie nadzieje nie tylko wśród naukowców, ale również pacjentów oraz w japońskim rządzie, który współfinansuje te badania prowadzone dziś przez 10 instytutów badawczych w całej Japonii. – Mamy nadzieję, że nadejdzie czas, gdy leki na odrastanie zębów staną się trzecim wyborem terapeutycznym, obok protez i implantów – mówi prof. Takashi w japońskim serwisie naukowym „The Mainichi”. Uczony obiecuje, że lek będzie dostępny w 2030 r.

Inni lekarze studzą nadzieje pacjentów, którzy dzisiaj skazani są na uciążliwe protezy albo drogie implanty. „W trakcie planowanych testów może okazać się, że metoda np. negatywnie wpływa na układ immunologiczny, wywołując reakcje alergiczne lub autoimmunologiczne. Sam ewentualny proces odrastania zębów musi być też dokładnie monitorowany, aby nie wywołał poważnych problemów z układem zgryzowym i funkcją żucia. I nawet jeśli lek rozpocznie nową erę w stomatologii, to upłynie jeszcze wiele lat, zanim w ogóle trafi do Polski” – komentuje implantolog dr Piotr Przybylski w artykule przesłanym mediom. Jego zdaniem zupełnie nierealne jest, aby lek trafił do powszechnego użycia w 2030 r.

Nie tylko prof. Takashi marzy o uwolnieniu ludzkości od problemu braków w uzębieniu. Naukowcy z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego hodowali szczepy doświadczalnych myszy i szczurów, u których w wyniku zaburzeń genetycznych nie dochodziło do wytworzenia się i wyrzynania zębów. – Wspólnie z prof. Wiesławem Jędrzejczakiem z Kliniki Hematologii, Immunologii i Chorób Wewnętrznych badaliśmy zjawisko tak zwanej marmurowatości kości, która manifestuje się wieloma zaburzeniami, w tym brakiem szpiku i jam szpikowych, zaburzeniami gojenia się złamań czy właśnie patologią w wyrzynaniu się zębów – mówi prof. Andrzej Wojtowicz, chirurg stomatolog. Naukowcy odkryli, że za chorobę odpowiada wrodzone zaburzenie genetyczne. Pacjentom brakowało w organizmie cytokiny CSF 1, czynnika stymulującego powstawanie prekursorów niektórych komórek kostnych. – Podanie tego czynnika powodowało uruchomienie powstawania i dojrzewania zawiązków zębów oraz w efekcie ich wyrzynanie się – relacjonuje prof. Wojtowicz.

Polscy naukowcy próbowali też innych metod. – Wspólnie ze specjalistami ortodoncji z WUM przeprowadzaliśmy wiele zabiegów autotransplantacji, czyli przeszczepienia własnych zawiązków zębów pacjenta, na przykład przeszczepienie zawiązku zatrzymanego zęba mądrości w miejsce brakującego przedtrzonowca, a nawet siekacza – mówi prof. Wojtowicz. – Dzisiaj również stosuje się tę procedurę, jednak jest ona możliwa u ludzi młodych ze względu na odpowiedni poziom metabolizmu w tkance kostnej – tłumaczy.

A może, zamiast próbować zmusić organizm do „wyprodukowania” nowego zęba, dałoby się wyhodować taki naturalny ząb w probówce, a potem wszczepić go pacjentowi w miejsce ubytku? Próbę podjęła prof. Ana Angelova Valponi z University College London. Połączyła ona komórki mezenchymalne (jeden z typów komórek macierzystych) pobrane z zębów trzonowych myszy ze zwykłymi komórkami ludzkiego dziąsła, a następnie umieściła tak przygotowany „zalążek” zęba w probówce.

Okazało się, że komórki macierzyste w otoczeniu komórek dziąsła zaczęły się namnażać i budować strukturę przypominającą ząb – oczywiście mysi. Metoda miała zasadniczą wadę. Zęby z komórek macierzystych rosły bardzo wolno, w podobnym tempie jak naturalne zęby w dziąśle. To zdaniem prof. Valponi wyklucza tę technologię z komercyjnych zastosowań. Pacjent nie może przecież czekać na swój nowy ząb kilka lat.

Inne problemy napotkali przed kilkunastu laty naukowcy z Harvard University, którzy obmyślili swoisty zębowy bioreaktor. – To były inteligentne granulki do regeneracji kości, zawierające w swojej strukturze miejsca do łączenia się komórek włókien kolagenowych, minerałów i czynników wzrostowych – opowiada prof. Wojtowicz. Do tego naukowcy z Harvarda wydrukowali szkielet zęba w drukarce 3D, na który mogli nanosić wyhodowane komórki. – Koncepcja ta okazała się skomplikowana i zbyt kosztowna, aby dało się ją upowszechnić – tłumaczy prof. Wojtowicz.

O wiele szybciej niż do hodowli całych zębów komórki macierzyste będą wykorzystywane do zabiegów wspomagających odbudowę kości czy szkliwa. Zespół prof. Wojtowicza opracował w 2015 r. nowatorską metodę wykorzystania komórek macierzystych w regeneracji kości szczęk przed zabiegiem implantologicznym. Metoda ta daje większą niż tradycyjne procedury gwarancję prawidłowego wrośnięcia implantu w kość szczęki.

Ludzie najczęściej jednak mają braki w uzębieniu nie z powodu chorób genetycznych czy nieprawidłowego wyrzynania się zębów. Przyczyna jest dużo bardziej prozaiczna – próchnica, która wciąż masakruje zęby Polaków. – Podczas swojej wieloletniej praktyki nie spotkałem człowieka wolnego od próchnicy – przyznaje prof. Wojtowicz. Ząb raz uszkodzony przez próchnicę nawet po skutecznym leczeniu stomatologicznym pozostaje słabszy. Dlatego naukowcy poszukują również metod ochrony zębów przed postępującą próchnicą i ich regeneracji po leczeniu. I w tym też mogą pomóc nam zabiegi z wykorzystaniem komórek macierzystych, które ponoć są w stanie bardzo skutecznie odbudować szkliwo.

Naukowcy z University of Washington swój wynalazek nazwali żywym wypełnieniem. Stworzyli specjalne organoidy, maleńkie zlepki komórek macierzystych, które po wprowadzeniu do oczyszczonej z próchnicy zębiny zaczynają przekształcać się w ameloblasty, komórki szkliwa – tak naturalnego i mocnego jak prawdziwe szkliwo zębów, najtwardsza tkanka ludzkiego ciała. – Przyszłe metody leczenia próchnicy będą opierały się na regeneracji biologicznej, a nie na zastępowaniu tkanek wypełnieniami nieorganicznymi – twierdzi prof. Volponi.

Wśród tych wszystkich bardzo zaawansowanych technologicznie i naukowo prac najmniej słychać o pomysłach na usunięcie przyczyny wszystkich naszych problemów z zębami – próchnicy. A powodują ją przecież znane bakterie – głównie Streptococcus mutans i Lactobacillus, bytujące w ludzkim przewodzie pokarmowym. Aby namnożyły się nadmiernie, potrzebne jest odpowiednie środowisko, bogate w cukry i resztki pokarmowe. A o nie przy dzisiejszej diecie nietrudno, zwłaszcza przy podjadaniu między posiłkami i niezbyt częstym myciu zębów. Ale nawet osobom obsesyjnie dbającym o zęby próchnica się przytrafia. A gdyby tak udało się stworzyć szczepionkę, dzięki której namnażanie S. mutans zostałoby w porę powstrzymane? Choć o takiej szczepionce mówi się od kilkudziesięciu lat, a 90 proc. dorosłej ludności świata cierpi z powodu próchnicy, prac nad nią jest zaskakująco mało.

W 2016 r. firma Planet Biotechnology opracowała przeciwciało monoklonalne przeciwko S. mutans, ale prace w drugiej fazie badań klinicznych zostały przerwane. W 2017 r. badania nad szczepionką prowadził też chiński Instytut Wirusologii w Wuhan. Zaprojektowano tam białko o nazwie flagelina-rPAc, które w badaniach na myszach skutecznie ograniczało szkodliwą działalność bakterii powodujących próchnicę. Inni badacze z Chin, z Uniwersytetu Medycznego Zunyi w Zhuhai, donosili w 2023 r. w specjalistycznym „Microbiology Spectrum” o opracowaniu eksperymentalnej szczepionki z użyciem nanocząstek, które wzmacniały odpowiedź immunologiczną organizmu myszy na S. mutans.

Cała nadzieja więc w szczepionkach i zębach z probówki.