Новый гель создает микроокружение, стимулирующее рост искусственных зубов

Дифференцировка клеток требует факторов роста, регуляции активности определенных генов и механического воздействия окружающих тканей. В лабораторных условиях ученые смогли овладеть многими секретами первых двух условий, в результате чего сейчас удается добиться развития стволовых клеток в полноценные клетки самых разных тканей. Однако выращивать сами ткани гораздо труднее. Возможно, причина многочисленных неудач кроется в неправильном выборе среды для роста, не обеспечивающей оптимальную механическую поддержку растущих клеток.

Иллюстрацией к состоянию проблемы служит мезенхимная конденсация в ходе эмбрионального развития. Два слоя тканей, мезенхима и покровный эпителий, обмениваются биохимическими сигнальными молекулами, после чего клетки мезенхимы группируются, сжимаются и формируют узел, в котором образуется новый орган. Именно из таких узелков мезенхимы берут свое начало зубы, хрящ, кости и почки.

Группа исследователей под руководством Дона Ингбера (Don Ingber, M.D., Ph.D) из Института биологической инженерии Вайса при Гарвардском университете (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Harvard University, Boston, MA, USA) изучила этот процесс на примере формирования зубной ткани у мышей. Ученые обнаружили, что в результате сдавливания мезенхимных клеток в них начинаются процессы образования дентина и эмали. Это навело ученых на мысль воссоздать процесс сдавливания в искусственных условиях. В результате успешного сотрудничества с группой Джоанны Айзенберг (Joanna Aizenberg) был разработан пористый полимерный гель, который уменьшался в объеме после прогревания при 37˚С.

В лабораторных условиях ученым удалось добиться того, что клетки прикреплялись к материалу геля, и оставались жизнеспособны даже после того, как поры уменьшались после прогревания. Более того, исследователи зафиксировали начало экспрессии трех генов, которые запускают формирование зубов. При имплантации фрагментов геля с клетками в почечную капсулу мышей — орган, часто используемый при изучении трансплантации — результаты воспроизвелись. Более того, формирование зуба началось в точности так же, как это происходит в челюсти животного. Конечно, чтобы вырастить полноценный зуб, необходима поддержка других типов тканей. В настоящее время ученые продолжают опыты по интеграции клеток эпителия в собранную систему.