Żel do wyciskania zębów

Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda opracowali kurczący się żel, który ściskając niewyspecjalizowane komórki, przekształca je w komórki tworzące zęby.

Amerykanie mają nadzieję, że w przyszłości będzie można w ten sposób naprawiać i odtwarzać nie tylko zęby i kości, ale i inne organy.

Nowy materiał zainspirowała zdolność embrionu do tworzenia nowych narządów. Natura wykorzystuje do tego celu 3 mechanizmy: 1) czynniki wzrostu, 2) związki aktywujące geny, które kierują specjalizacją komórek oraz 3) siły mechaniczne modulujące odpowiedź komórek na 2 wymienione wcześniej czynniki.

Do tej pory inżynierowie tkankowi odwoływali się tylko do czynników wzrostu i substancji aktywujących geny. Być może dlatego nie udawało im się uzyskać złożonych trójwymiarowych tkanek.

Parę lat temu doktorzy Don Ingber z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering oraz Tadanori Mammoto z Bostońskiego Szpitala Dziecięcego i Harvardzkiej Szkoły Medycznej zainteresowali się kondensacją mezenchymatyczną, podczas której 2 przyległe warstwy tkanki - mezenchyma i pokrywający ją nabłonek - wymieniają sygnały biochemiczne. Wskutek tego komórki mezenchymy ściskają się w niewielki węzeł zlokalizowany pod miejscem, gdzie będzie formował się narząd.

Badając tkanki wyizolowane ze szczęk płodu myszy, Amerykanie wykazali, że podczas ściskania aktywowały się geny, które stymulowały komórki do tworzenia zęba złożonego z zębiny i szkliwa.

Mając to na uwadze, Ingber i doktorantka Basma Hashmi zaczęli szukać sposobu na uzyskanie sztucznego zęba. Myśleli o gąbkowatym żelu zaimpregnowanym komórkami mezenchymy. Po wszczepieniu do organizmu miał się on kurczyć, by ścisnąć znajdujące się w środku komórki.

Naukowcy modyfikowali chemicznie tworzący żel poli(N-izopropyloakrylamid) - PNIPAAm. Ma on pewną istotną cechę. Jest termoczuły. Problem polega jednak na tym, że kurczy się przy letnich temperaturach, a akademikom zależało na tym, by działo się tak przy 37°C; dzięki temu zawartość byłaby ściskana tuż po wszczepieniu do organizmu. Zespół oceniał różne rozwiązania, aż po ponad roku powstał przyjazny dla tkanek polimer, do którego przywierały komórki i który nagle się kurczył po ogrzaniu do temperatury ciała.

W początkowym teście Hashmi wszczepiła komórki mezenchymy do żelu i całość podgrzała. Gdy temperatura sięgnęła 37°C, żel skurczył się w ciągu kwadransa. Komórki uległy stłoczeniu i uaktywniły się 3 geny napędzające tworzenie zęba.

By sprawdzić, czy to samo stanie się w organizmie, Hashmi i Mammoto wszczepili zaimpregnowany komórkami mezenchymy żel pod mysią torebkę nerkową. Okazało się, że w komórkach zachodziła ekspresja zębotwórczych genów, poza tym odkładały one wapń i minerały.

W embrionie komórki mezenchymy nie mogą same zbudować zęba. Muszą być połączone z komórkami tworzącymi nabłonek. W przyszłości naukowcy chcą więc sprawdzić, czy kurczący się żel będzie stymulować obie tkanki.

ząb tkanka mezenchymatyczna żel ściskanie poli(N-izopropyloakrylamid) PNIPAAm Basma Hashmi Don Ingber Tadanori Mammoto