文摘
牙齿矿化的过程和分子控制细胞行为的作用在胚胎牙齿发育过去几年里吸引了太多的关注。从这项研究中获得的知识在这些领域提高了一般了解口腔组织的形成和整个牙齿和牙齿再生的基础。组织工程用支架和细胞聚合方法被认为是生产生物工程牙齿组织,而牙齿干细胞/祖细胞,可分化成牙细胞谱系,一直也引入领域的牙齿矿化和再生。一些主要的策略使搪瓷,象牙质和复杂tooth-like结构提出了。然而,仍然有重要的壁垒,阻碍这些策略进入常规临床实践,这些应该克服为了再生牙科作为重要意味着可以治疗tooth-related疾病的后果。
1。介绍
搪瓷是脊椎动物牙齿的外层覆盖和脊椎动物体内最坚硬的组织。在牙齿发育过程中,ectoderm-derived造釉细胞细胞创建搪瓷通过合成复杂的蛋白质混合物倒入蛋白自组装形成的细胞外空间矩阵模式羟磷灰石(1]编织成艰难,耐磨复合材料(2]。成熟的搪瓷组合包含几乎没有蛋白质(3),是一个困难,crack-tolerant,和抗磨组织(4]。在搪瓷生物矿化过程中,蛋白质的组装矩阵之前矿产替代。哺乳动物的主要蛋白质搪瓷amelogenin,疏水蛋白魔法形成团簇,反过来影响微晶的晶体习性和包装(5]。与mesenchyme-controlled生物矿化的骨,它使用胶原蛋白和重建有机和无机阶段一生,搪瓷不含胶原蛋白,不改造。
成牙本质矿化是合成了这条线集中位于牙髓室和沉积在牙釉质和牙骨质6]。搪瓷牙质,否则,柔软灵活,能吸收能量,抵抗骨折。它不如釉质矿化,是一种海绵交叉渠道1微米宽成彻底的离开。这些通道称为“牙本质小管,“占领的一部分成的细胞质的身体构成dentin-dental纸浆接口。牙质的液体也出现在小管。牙本质矿化形成的牙本质基质主要由胶原蛋白I型和一些特定的蛋白质noncollagenous矩阵。牙质的沉积发生在牙齿的生活。有时的不成熟的牙质出现珠融合在成熟的组织7]。成可以由牙髓干细胞分化后形成过程所需的信号引起的(8]。它也知道,为了刺激与重组bmp、牙髓细胞分化成dentin-forming成(9]。然而,我们仍然不知道什么是所需的理想信号的组合和最小的一组细胞,工程师所有蜂窝组件的功能完整的牙髓,而牙髓干细胞的指控可能有可能分化成大多数牙髓细胞尚未强烈证明体内。
手术牙科治疗牙病已经使用再生流程。使用氢氧化钙刺激修复牙质是治疗策略的一个例子。组织工程提高牙科前进在再生的应用作为治疗牙病的重要原则。它是基于基本方法,包括适当的细胞的识别,导电生物材料的发展,了解所需的地貌成因的信号诱导细胞再生组织的损失。扩展的研究已经开始出现搪瓷和其他领域的牙科组织再生应用material-cell-based策略。预计包含组织工程的使用策略,纳米技术,干细胞也越来越参与临床牙科未来5 - 20年(10]。之前有重大问题要克服这些策略引入诊所定期和用于治疗口腔疾病。然而,有证据表明组织工程的主要方法手术牙科的未来,新发展的牙齿结构。
2。使牙釉质
成爆发的牙齿在牙髓。在他们的缺席,未分化的牙髓细胞或牙髓干细胞可以分化为成和恢复的能力综合修复牙本质牙髓。然而,造釉细胞不存在专门从事制造搪瓷与完整的牙冠发展。因此,搪瓷的内生再生是不可行,而发展的原位合成搪瓷和/或细胞的方法是通过使用的原则组织再生和纳米技术。
2.1。修复:合成搪瓷加工
表面活性剂作为反向胶束或合成纳米乳搪瓷,因为他们可以模仿生物釉质蛋白(11]。可能的合成纳米结构自组装成“一维建筑材料”导致羟基磷灰石纳米棒的发展与天然牙釉质晶体相似。制造纳米棒可以作为可流动的恢复性材料申请恢复失去的搪瓷。陈等人。12]釉质发生所涉及的生物过程的基础上,结合新方法在纳米技术,制造搪瓷支持结构由氟磷灰石纳米(图1(一))直接从溶液中控制不使用表面活性剂的化学条件下,蛋白质或细胞。捏造纳米存在相似特征的自然牙釉质晶体分离大鼠切牙釉质,因为它是确认的扫描电子显微镜(SEM)图像如图1 (b)。
(一)
(b)
另一个enamel-based生物材料有好处的氟磷灰石结合内在成分也被观察到。特别是amelogenin-driven磷灰石晶体生长,将氟化过程,允许细长棒状磷灰石晶体的合成与天然牙釉质(维度所观察到的类似13]。尽管扩展研究工程先进生物材料,证明,没有可用的材料今天可以模拟所有的物理、机械和搪瓷的审美属性。这个结论是一个重要的参数对细胞的建立策略,可以刺激搪瓷再生。
2.2。回复:基于单元的策略
有人建议,纤连蛋白等细胞外基质蛋白(14)、层粘连蛋白(15],ameloblastin [16]不仅函数作为细胞的机械支架附件和生存,还提供指导细胞生长和分化的微环境。考虑这个建议黄等人使用一个体外细胞和器官培养系统,研究了人工生物活性纳米结构对造釉细胞的影响与发展的长期目标细胞牙再生的策略。尤其是一个分支包含肽的肽分子亲水脂分子的主题Arg-Gly-Asp或“天”(缩写为BRGD-PA),在生理环境中自组装成纳米纤维网络,为了使用模拟造釉细胞周围的细胞外基质。Ameloblast-like细胞(LS8行)和初级搪瓷器官上皮(EOE)细胞培养在BRGD-PA水凝胶,形成焦多层结构累积矿物质(17]。BRGD-PA也注入老鼠胚胎门齿的搪瓷器官上皮细胞。在注射部位出现的,它是观察EOE细胞增殖与分化成造釉细胞就是明证enamel-specific蛋白质的表达(17]。此外,它是形成细胞外基质内的纳米纤维,接触EOE细胞参与釉质形成和再生。最后得出BRGD-PA纳米纤维表现为釉质蛋白参与细胞integrin-mediated绑定与交付指导信号矩阵釉质形成(17]。
3所示。使牙质
一个相声,涉及信号分子扩散的上皮细胞诱发成牙本质形成所需合成细胞外基质蛋白(18]。有一个很大的研究领域的不同诱导物的牙本质矿化。软化牙质粉,同样软化骨骼粉,观察时也能够诱导矿化直接用于纸浆领域接触(19,20.]。特定功能的牙质似乎包含骨形成蛋白(BMP)活动,导致修复性牙本质的形成,导致牙本质再生的潜在使用BMP (16,20.,21]。
此外使用重组人类蛋白质结合collagen-based矩阵应用于诱导牙本质再生。这是观察到的感应修缮的牙质纸浆暴露在一个网站的2到4个月(22,23]。这个过程的一般机制是基于事实,修复牙本质形成的刺激特工被放置在与牙髓直接接触。这考虑加强观察的面积的比例依赖诱导修复牙质的应用BMP-7,最终可能允许预先决定的牙质的数量24]。然而诱导修复牙质并不成功的牙科纸浆发炎,被分配到足够数量的活跃重组蛋白由于其相对短半衰期和蛋白质的降解率越快的出现发炎纸浆(25]。
能够诱导修复牙质还发现分化、生长因子等11用直接发货(Gdf11)浆细胞应用基因转移策略26]。此外,骨涎蛋白(BSP)观察刺激牙髓细胞的分化成细胞可以分泌细胞外基质矿化修复牙本质,进一步呈现不同的形态特征与各自的BMP蛋白引起的(27]。这个观察增强了根据病人的需求考虑,有一天可以有能力选择生物诱导物的理想类型所需的修复牙本质。
此外,人口的一小部分人牙髓细胞和牙周组织干细胞来源于human-extracted牙齿观察到部分象牙质和牙周组织再生的细胞移植到缺陷(28),这表明干细胞的移植部分使用自体组织修复牙科组织干细胞/祖细胞可能在适当的时候信号共存,计划性地呈现在图2。这些细胞被认为是已经致力于牙科细胞谱系,它们能够形成牙齿组织没有epithelial-mesenchymal交互。除了特定的细胞和信号分子,支架在指导牙质再生的重要性也被评估(29日]。
4所示。目前的研究在贴合Dentin-Enamel再生
组织工程用支架和细胞聚合方法一直还建议生产生物工程复杂dentin-enamel从游离细胞再生。Shinmura et al。30.]研究了上皮细胞的能力建立Malassez (ERM)牙齿再生的组织移植亚文化ERM播种到支架的网膜无胸腺的老鼠。特别是结合牙髓细胞在王冠的形成阶段,ERM coseeded成胶原海绵支架。8周后移植,enamel-dentin complex-like结构是公认的植入物,enamel-like组织和星状reticulum-like结构被观察到在某种程度上,而高的柱状ameloblast-like细胞与表面的enamel-like组织。也观察到类似的结果我们实验室与口腔上皮干细胞种群隔离荧光激活细胞分类(流式细胞仪)使用之前发现上皮干细胞标记(31日在无血清和xenon-free条件下)和亚文化。见图3收集人类口腔上皮干细胞(hDESCs)可以产生矿化组织体内当coseeded丙交脂支架与人类牙髓干细胞(hDPSCs)和随后植入裸鼠。10周postimplantation矿化后移植。此外,复杂牙科组织再生是调查不同类型的上皮和间质组织之间的重新组合和/或细胞从老鼠体内植入前胚胎在体外培养的。体外才会重新关联组织开发并导致贴合牙齿结构表现出正常上皮组织发生和允许的功能分化成和造釉细胞。植入后,重新组合形成的根源和牙周韧带,后者与发展中骨(32]。
5。结论:未来趋势
牙齿再生的部分是一个复杂的尝试(33]。治疗的牙齿发炎纸浆被认为是一个主要的挑战。一个潜在的解决方案可能是适当的应用先进的生物系统与治疗药物可以控制炎症反应,诱导矿化。另一个重要的挑战是开发合适的运营商可以房子所有必要的治疗和再生的因素丢失/病牙部分,而他们应该现在的生物相容性,物理化学和机械性能兼容他们的应用程序在恢复牙医。这些新制作的航空公司应该能够创建很好的修复,防止微渗漏和随后的污染暴露纸浆在矿化。使用复合材料的合成或天然三维支架生物活性抗菌材料播种与特定的牙科组织干细胞可能是一个潜在的创新系统满足所有这些重要的需求。因此,扩展的跨学科研究和有效的合作基本科学家和临床医生有可能导致这一领域的最终目标最终再生牙部分或整个牙齿。
承认
这项研究是由口腔正畸学与儿科牙科安阿伯市的密歇根大学。