Eva Mária Striešová, 4.ročník JLF UK
Angiogenéza
Angiogenéza je pojem, o ktorý je v dnešnej dobe veľký záujem v regeneratívnej medicíne a tkanivovom inžinierstve vrátane zubného lekárstva. V posledných dvoch desaťročiach sa výskumníci na celom svete snažili nájsť najlepšie spôsoby, ako urýchliť hojenie, stimulovať prestavbu mäkkých a tvrdých tkanív. Kmeňové bunky, rastové faktory, dráhy, signály, receptory, genetika je len pár slov, ktoré vystihujú túto oblasť v medicíne. Zubné implantáty, regenerácia kostí a mäkkých tkanív pomocou autológnych štepov alebo xenoštepov, aloštepov, ich integrácia a prijatie závisia od ich materiálových vlastností. Významnú úlohu však zohráva odpoveď hostiteľa prostredníctvom jeho vaskularizácie. Cieľom tejto práce je analyzovať a usporiadať najnovšie informácie o dostupných zubných kmeňových bunkách, typoch rastových faktorov s proangiogénnym účinkom a možnom terapeutickom efekte zvýšenej angiogenézy v regeneratívnej stomatológii. Je to proces, ktorý prebieha počas celého nášho života, nepretržite, v prítomnosti zdravia, zranení ale aj chorôb. Vzťahuje sa na tvorbu nových krvných ciev z existujúcej vaskulatúry. Angiogenéza je charakterizovaná degradáciou extracelulárnej matrix a oddelením nástenných buniek (pericytov alebo buniek podobných MSC) z kapilár a mikrociev s priemerom menším ako 100 μm. Prostredníctvom novovytvorených ciev, kyslíka, živín, rôznych rastových faktorov môžu bunky imunitného systému prispieť k lepšiemu hojeniu a urýchliť integráciu cudzieho telesa. Následne sa angiogenéza považuje za kritický faktor v miere úspešnosti riadenej regenerácie kostí a tkanív v dentálnej oblasti. Zásadne sa podieľa na kostných štepoch, bariérových membránach alebo materiáloch zubných implantátov.
Kmeňové bunky
Kmeňové bunky sú populáciou nediferencovaných buniek, ktoré sa môžu široko deliť a diferencovať sa na viacero typov buniek. Je dôležité pochopiť ich biológiu, ako sa delia, replikujú alebo opravujú DNA. Poznanie ich správania je nevyhnutné pre rozvoj ich terapeutického potenciálu pomocou rôznych signálnych molekúl, ktoré posilňujú imunosupresívny, imunomodulačný a regeneračný potenciál zubných kmeňových buniek. Podľa ich schopností diferenciácie alebo v závislosti od ich tkanivového pôvodu existujú rôzne typy kmeňových buniek. Na základe ich schopnosti rozlišovať existujú dve hlavné kategórie: pluripotentné a multipotentné. Pluripotentné kmeňové bunky, tiež nazývané embryonálne kmeňové bunky (ESC), sa môžu diferencovať na každú bunku tkanív odvodených z troch zárodočných vrstiev – endodermu, mezodermu a ektodermu. Naproti tomu multipotentné kmeňové bunky sa môžu diferencovať na viacero typov buniek v rámci jednej konkrétnej línie. Najznámejšou multipotentnou bunkou sú mezenchymálne kmeňové bunky (MSC). MSC sú opísané ako promótor. MSC sú schopné diferencovať sa na rôzne tkanivá: tukové tkanivo, kosť, chrupavku alebo svaly. Okrem pluri a multipotentných buniek sú na základe diferenciačného vzoru opísané aj totipotentné bunky, s ktorými sa stretávame väčšinou v období embryogenézy, oligopotentné bunky schopné tvoriť dve alebo viac línií toho istého tkaniva, vrátane napr. celého očného povrchu ošípanej a unipotentné bunky, ktoré sa môžu diferencovať len na jeden špecifický bunkový typ a tvoria jednu líniu. V priebehu rokov boli zuby a tkanivá prítomné v ústnej dutine opísané ako základný zdroj kmeňových buniek. V priebehu života človeku narastie 20 mliečnych zubov a 32 trvalých. Každý zub má niekoľko komponentov, dôležitých pre lepšie pochopenie zdroja MSC. Zuby sú vynikajúce nástroje na skúmanie organogenézy, angiogenézy, molekulárnej biológie a homeostázy vďaka ich nízkej chorobnosti a ľahkému prístupu.
Hojenie kostí závisí taktiež od angiogenézy. Štúdia vykonaná Takeuchi dokázala, že mezenchymálne kmeňové bunky ľudskej kostnej drene s ich komponentmi, exozómami, vrátane miRNA sa podieľali na angiogenéze a procese opravy kostí v ranom štádiu aktiváciou faktorov rodiny VEGF a parakrinných faktorov osteogenézy v receptorových bunkách. Článok publikovaný Mashimo v roku 2019 predstavuje experimentálnu štúdiu na myšiach, kde bol extrahovaný horný prvý molár a bezprostredne po tom, čo boli bunky z tíbie a stehennej kosti okamžite izolované a aplikované do poextrakčných zubných lôžok. Po šiestich týždňoch preukázali zrýchlené hojenie kostí so zvýšeným množstvom kostnej drene.
Kmeňové bunky ľudskej zubnej drene (DPSC)
Zubná dreň je mäkké spojivové tkanivo vo vnútri korunky a koreňa zuba, v ktorom sa nachádzajú krvné cievy a nervy vo vnútri koreňového kanálika. Bunky nachádzajúce sa vo vnútri sú endotelové bunky, fibroblasty, osteoblasty, osteoklasty a odontoblasty. Keďže ide o tkanivo mezenchymálneho pôvodu, multipotentné, ktoré exprimuje mezenchymálne markery sa môže diferencovať vo viacerých líniách. Významnou výhodou týchto typov buniek je ich potenciálny zdroj. Napríklad zuby sa často extrahujú na ortodontické účely a neskôr môžu byť kryokonzervované, kým nie sú potrebné. Musela sa tiež preskúmať tvorba kostí. Ortognátna chirurgia sa spolieha na hojenie kostí s významným vplyvom na funkciu a estetiku. Distrakčná osteogenéza je jedným z manévrov a štúdia na králikoch dokázala, že spojenie Sirtuínu 1 (SIRT1), nikotínamid adenín dinukleotidu (NAD) a hDPSC zlepšuje osteogénnu diferenciáciu a následne regeneráciu kostí. Nedávna štúdia analyzuje kombináciu DPSC s rôznymi rastovými faktormi a skafoldmi, čo dokazuje, že správna kombinácia by mohla viesť k zlepšeným a efektívnejším vlastnostiam DPSC.
Ľudské exfoliované mliečne zuby (SHED)
Kmeňové bunky z ľudských exfoliovaných mliečnych zubov sú ďalším významným zdrojom regeneračného potenciálu v medicíne, ktorý predstavuje výhodu ľahkého odberu a nízkej morbidity pri chirurgických zákrokoch. V porovnaní s inými orálnymi zdrojmi kmeňových buniek, ako sú DPSC alebo periodontálne ligamentové kmeňové bunky (PDLSC), SHED zaznamenala vyššiu rýchlosť proliferácie, udržiavanú pozitívnou expresiou CD71 (marker prítomný v proliferujúcich bunkách) a CD105 (marker nachádzajúci sa v endotelových bunkách) a vyššia expresia génov kódujúcich základný fibroblastový rastový faktor (bFGF) a kostný morfogenetický proteín 2 (BMP2). bFGF sa podieľa na angiogenéze, procese tvorby kostí a chrupaviek a BMP2 na diferenciácii osteoblastov, vďaka čomu sú SHED ideálnymi kandidátmi na terapiu regenerácie kostí. SHED majú výhodu, keďže ide o mladšie a nezrelé bunky, je pravdepodobnejšie, že podporujú regeneráciu v rôznych tkanivách, urýchľujú angiogenézu a potenciál diferencovať sa na senzorické neuróny a odontoblasty.
Podobne ako v prípade DPSC je možné kryokonzervovať zubnú dreň z exfoliovaných mliečnych zubov. Následne možno získať kmeňové bunky, ktoré okrem hydroxyapatittrikalciumfosfátu (HA/TCP) dokazujú sľubné výsledky v mineralizovanom tkanive okolo miesta implantátu. SHED bol tiež študovaný prostredníctvom svojich imunomodulačných účinkov, ktoré preukázali vlastnosti pri znižovaní zápalu, znižovaní apoptózy, udržiavaní normálneho toku slín, účinkov študovaných na myšiach, zvieracom modeli so Sjögrenovým syndrómom (autoimunitné ochorenie). SHEDs preukázali svoje schopnosti aj pri regenerácii dentínovej drene, biokoreňovej a periodontálnej regenerácii.
Záver
Ústna dutina je z hľadiska zdrojov rôznych kmeňových buniek nanajvýš dôležitá. Skutočnosť, že mnohé z týchto buniek sú k dispozícii počas života po mnoho rokov a že sa ľahko zbierajú, majú nízku imunogenicitu a veľký diferenciačný potenciál, z nich robí zaujímavú výskumnú tému s rýchlym vývojom. Celý medicínsky odbor, vrátane stomatológie, nabral za posledné desaťročia nový smer z hľadiska regenerácie. Bolo vyvinutých mnoho xenoimplantátov, ako aj kostných náhrad, rôznych materiálov a povrchov zubných implantátov. Skutočnosť, že teraz máme nástroje na zber a zlepšenie schopnosti kmeňových buniek podporovať angiogénny proces nadmernou expresiou určitých génov alebo vytváraním rôznych skeletov a mikroprostredí, pomáha vedcom a odborníkom byť predvídateľnejší pri manipulácii s nimi. Je potrebné vykonať ďalšie štúdie, aby sa stanovili presné protokoly uchovávania a manipulácie s týmito jedinečnými bunkami.
