Применение факторов роста и морфогенов в эндодонтическом лечении (регенеративной эндодонтии)
Дентин состоит из коллагеновых волокон (90%, коллаген I типа) и неколлагеновых матричных молекул (протеогликанов, фосфопротеинов и фосфолипидов). Коллагеновые волокна представляют собой матрицу, на которой может произойти минерализация.
Дентин-фосфопротеин (DPP) и дентин-сиалопротеин (DSP) — наиболее распространенные дентин-специфические белки среди неколлагеновых белков органической матрицы. DSP схож с другими сиалопротеинами, такими как костный сиалопротеин, но его точная функция до сих пор неизвестна; возможно, он играет роль в матричной минерализации. Как DSP, так и DPP входят в состав части малого интегрин-связывающего лиганда N-связанных гликопротеинов (SIBLINGS), в состав которых входят кислый фосфопротеин дентина 1 (DMP-1), костный сиалопротеин, остеопонтин, остеокальцин и остеонектин. Эти белки являются лишь малой частью группы неколлагеновых белков, образующих компоненты дентина.
Исследования структуры и состава дентина показали, что матрица содержит некоторые компоненты, которые имеют важное значение для ткани благодаря биологически активным свойствам. По этой причине дентин сегодня считается резервуаром факторов роста и цитокинов, которые секретируются одонтобластами во время первичного дентиногенеза, становятся секвестрированными и «окаменевшими» после биоминерализации в дентине (табл. 1).
Однако они могут стать солюбилизированными из-за деминерализации матрицы, бактериальной кислоты (распад кариеса), химической обработки (раствор ЭДТА, ГК или кислотное травление для бондинга) или восстановительных материалов, таких как МТА и биодентин.
Было продемонстрировано наличие следующих факторов роста и их рецепторов в области пересечения эмалевого зачатка и зубного сосочка с помощью иммуногистохимии и гибридизации in situ в период развития зуба, а также их вовлечение в процесс дифференцировки одонтобластов:
- Гормон роста (GH) играет ауто- или паракринную роль в развитии зубов.
- ИФР-1 и ИФР-2
- ТФРβ-1, -2 и -3 и ВМР-2, -4 и -6 играют роль в поляризации и дифференцировке одонтобластов.
В пульпе ТФРβ-1 играет важную роль в тканевой регенерации и регуляции воспалительной реакции.
Пульпа зуба обладает регенеративным потенциалом, наблюдаемым в процессе восстановительного дентиногенеза.
Считается, что факторы роста дентина играют ключевую роль в регуляции обучения клеток-предшественников, клеточной пролиферации и дифференцировке новых клеток, секретирующих дентин. Дифференцировка новых одонтобластоподобных клеток наблюдалась при защитном покрытии пульпы зуба, состоящем из основного фактора роста фибробластов (FGF), ТФР-β1 и ВМР-7.
Секвестрация этих факторов роста в матрице дентина и их последующая петрификация во время процесса минерализации являются ключевыми факторами для восстановления пульпы, потому что высвобождение их из матрицы сигнализирует о состоянии пульпы. Эти факторы роста чрезвычайно эффективны и обладают множеством клеточных сигнальных свойств. Однако их точная локализация в дентине и их различные биологические роли еще не выяснены.
Направленное высвобождение факторов роста — одна из возможностей терапевтической стимуляции. Например, было показано, что обработка дентина раствором ЭДТА растворяет минеральную фазу, освобождая факторы роста, которые управляют стимуляцией клеток-предшественников или дифференцировкой стволовых клеток. Травление ортофосфорной кислотой, используемой для кондиционирования дентина при бондинге, также способствует деминерализации дентина и высвобождению биологических факторов. В течение длительного времени ГК использовали в качестве защитной прокладки, особенно под амальгамой, или для дезинфекции канала.
Было показано, что он способствует выделению биоактивных компонентов из дентина, включая факторы роста. В отличие от кислот для протравливания дентина, которые имеют лишь непродолжительный контакт с дентином, ГК остается на месте под реставрациями или в каналах, что обеспечивает мягкое и продолжительное растворение, тем самым способствуя высвобождению факторов роста; его действие продлевается и потенциально контролируется в зависимости от формы препарата.
Наконец, ГК, побочный продукт использования МТА и биодентин, по-видимому, лежат в основе высвобождения биоактивных факторов роста, полученных из дентина, этими двумя биоактивными материалами. Таким образом, в клинической практике можно воспользоваться мощными факторами роста, находящимися в дентине, путем применения химических препаратов и материалов, которые способствуют высвобождению данных факторов.
а) Морфогены. Важно иметь в виду, что во время развития зубов (и, следовательно, во время регенерации пульпы) существует второй уровень регуляции — факторы транскрипции. Следует отметить, что Msx1 экспрессируется в поляризованных преодонтобластах, тогда как Msx2 присутствует в зрелых одонтобластах. Белок и транскрипты для Msxl были идентифицированы в мезенхиме пульпы на ранних стадиях развития зуба, а их концентрации уменьшились на стадии «колокольчика». Экспрессия этих факторов транскрипции находится под контролем факторов роста, и в конечном итоге они могут вызывать целый ряд эффектов.
Примечательно, что ВМР4 активирует экспрессию Msx1 и Msx2. В свою очередь, факторы транскрипции регулируют дальнейшую экспрессию фактора роста; например, Msxl активирует синтез ВМР4 в мезенхиме, a Msx2 регулирует экспрессию гена Runx2 и остеокальцина во время одонтогенеза. Факторы роста и факторы транскрипции играют центральную роль в каскаде молекулярных и клеточных событий во время развития зубов и отвечают за многие пространственно-временные морфологические изменения, наблюдаемые в развивающемся зубном зачатке, а также участвуют в процессе регенерации.
Также важно рассмотреть механизм взаимодействия повреждающего агента с пульпарными клетками. Бактерии и их токсины играют ключевую роль в прямой стимуляции клеток пульпы. ЛПС и другие бактериальные токсины запускают интрапульпарные воспалительные процессы путем активации толл-подобных рецепторов (например, TLR4). Важно отметить, что как предшественники, так и стволовые клетки зубов экспрессируют эти рецепторы. Таким образом, стволовые клетки в пульпе зуба или перирадикулярных тканях способны обнаружить микроорганизмы. Показано, что взаимодействие этих клеток с микробными антигенами непосредственно модулирует потенциал пролиферации и дифференциации этих клеток.
Наконец, цитокины, обычно встречающиеся в воспалительной среде (в том числе в пульпе зуба), оказывают большое влияние на стволовые клетки. Например, было показано, что ФНО-α стимулирует дифференциацию пульпарных клеток зуба к фенотипу одонтобласта путем киназной активации МАР и фосфорилирования р38. Следовательно, судьба стволовых клеток пульпы зуба в конечном счете определена сложным каскадом внутриклеточных сигнальных путей, активированных агентами, высвобожденными из микроорганизмов, дентина и иммунных клеток.
Интересно, что морфогены — это не только естественные факторы, обнаруженные в зубах. Были также найдены несколько факторов роста, способных инициировать дифференциацию отобранных популяций MSC в одонтобластоподобные клетки (табл. 2). В нескольких тематических исследованиях сообщалось, что у пациентов, принимающих в течение долгого времени кортикостероиды, часто отмечается резкое уменьшение размера камеры пульпы на рентгенографическом снимке с увеличением толщины слоя предентина до пяти раз.
Несмотря на то что это были пациенты с тяжелыми сопутствующими патологиями (например, с почечной недостаточностью), принимавшие множество лекарств, использование кортикостероидов, по-видимому, было связано с наблюдаемой повышенной активностью одонтобластов человека. Эти побочные эффекты также наблюдались в ретроспективном исследовании, оценивающем связь появления кальцификатов в пульпе и длительного приема статинов. Данные побочные эффекты часто назначаемых лекарственных препаратов были дополнительно оценены в трансляционных исследованиях, в которых выявили, что применение дексаметазона или статинов значительно увеличивает дифференциацию клеток пульпы зуба человека в одонтобластоподобные клетки.
Это стало особенно очевидно при смешивании дексаметазона с 1,25-дигидроксивитамином D3. Изменение состава факторов роста полностью изменило дифференцировку этих клеток с такой же популяцией клеток, способной экспрессировать маркеры одонтобластов, хондроцитов или адипоцитов, в зависимости от их воздействия различных комбинаций факторов роста. Такие результаты подчеркивают важность факторов роста для регуляции дифференцировки этих клеток. В других исследованиях оценивали факторы роста, вводимые отдельно или в различных комбинациях, для стимулирования дифференцировки в одонтобластоподобные клетки.
Некоторые из подходов с использованием соединений, которые обладают эффектами факторов роста, имеют немедленные клинические последствия. Во-первых, маловероятно, что один фактор роста приведет к максимальной дифференциации, поэтому для оценки в клинических испытаниях могут потребоваться комбинации факторов роста. В связи с этим многие из изученных факторов роста (например, дексаметазон, инсулин) являются препаратами, уже одобренными для использования человеком в других медицинских/стоматологических целях. Во-вторых, так как статины способствуют дифференциации одонтобластоподобных фенотипов, предполагается, что у пациентов, принимающих статины по клиническим показаниям, возможно сужение пространства камеры пульпы аналогично описанному ранее для кортикостероидов.
Данный момент является важной областью для исследований в будущем. В-третьих, клиницисты давно использовали деминерализованную человеческую кость для лучшего заживления после хирургических процедур. Считается, что деминерализованная человеческая кость содержит естественную комбинацию подходящих факторов роста и матриц, тем самым обеспечивая надлежащие условия для дифференциации или функции остеобластов. Расширив эту концепцию, несколько исследовательских групп продемонстрировали, что деминерализованный дентин человека имеет большое значение для содействия дифференциации одонтобластоподобных клеток. Важно отметить, что в трансляционных исследованиях в регенеративной эндодонтии выявили, что обработка дентина 17% ЭДТА увеличивает выживаемость стволовых клеток и одонтобластическую дифференциацию, возможно, из-за высвобождения биоактивных молекул из дентина. Данные результаты свидетельствуют о том, что обработка стенок дентина ЭДТА, как часть восстановительных эндодонтических процедур, может улучшить клинические результаты.
