Введение: 

Агенезия является одной из наиболее распространенных аномалий развития зубов, часто поражающей фронтальную группу зубов верхней челюсти и премолярные области. Агенезия зубов возникает, когда в процессе развития отсутствует один или более зубов временного прикуса и/или постоянного прикуса [2]. Метод определения типа агенезии основан на оценке количества отсутствующих в процессе развития зубов: гиподонтия часто используется как собирательный термин для обозначения врожденно отсутствующих зубов, хотя конкретно она описывает отсутствие от одного до шести зубов, исключая третьи коренные. Олигодонтия относится к отсутствию более шести зубов, исключая третьи коренные зубы, в то время как анодонтия представляет собой полную неспособность одного или обоих зубных рядов развиваться [1]. 

Несмотря на стремительную скорость развития новых технологий, приборов и методов в стоматологии, в настоящее время есть лишь несколько вариантов лечения отсутствующих зубов — это протезирование на имплантатах или использование съемных и несъемных ортопедических конструкций. Однако последнее время научное общество активно ведет исследования по данной теме, так как агенезия зубов влечет за собой значительные функциональные, эстетические и психосоциальные проблемы у пациентов. 

Тема данной работы является важной и актуальной в сфере медицинских исследований и биотехнологии. Заболевания полости рта остаются одной из наиболее распространенных медицинских проблем в мире. Существующие методы замены потерянных зубов, такие как имплантация и ортопедические конструкции, имеют свои ограничения и могут вызывать осложнения. Исследования в области выращивания зубов могут предоставить более эффективные и безопасные альтернативы, которые учтут индивидуальные потребности пациентов. 

Целью данной работы является изучение процессов, связанных с ростом и развитием зубов у человека и животных, с целью лучшего понимания молекулярных и клеточных механизмов, лежащих в их основе. 

Основная часть:

Поскольку развитие зубов находится под определенной степенью генетического контроля, из этого следует, что агенезия также находится под влиянием генов. По этой причине многие исследования были сосредоточены на выявлении специфических генов, которые участвуют в регуляции развития зубов. Прошлые исследования в основном опирались на исследованиях семей для выявления этих генетических вариантов. Исследования мутаций мышей и культивируемых тканевых эксплантов привели к экспрессии более 200 генов, участвующих в развитии зубов, и дали представление об индуктивной передаче сигналов и иерархии факторов транскрипции, необходимых для развития зубов [9]. В своей же работе мы рассмотрим лишь uterine sensitization-associated gene-1 (Usag-1), так как многие исследования указывают на его преобладание в процессе агенезии зубов [3,7]. 

Ряд моделирований мутаций у мышей позволил получить представления о формировании “дополнительных” зубов [6]. У мышей, в отличие от людей, постоянно прорезываются резцы и три коренных зуба, которые разделены областью без образования зубов, называемой диастемой. Было предложено несколько механизмов для объяснения формирования “дополнительных” зубов у мышей [7]. Usag-1 является антагонистом костного морфогенетического белка (Bone morphogenetic proteins - BMPs) [3]. Ученые выяснили, что ингибирование апоптоза может приводить к последовательному развитию рудиментарных верхнечелюстных резцов у мышей без Usag-1 [7]. Кроме того, у мышей с дефицитом Usag-1 было обнаружено, что повышенная передача BMP предотвращает апоптоз, приводящий к развитию “дополнительных” зубов [7,8]. В частности, исследования показывают, что специфические взаимодействия между BMP-7 и Usag-1 регулируют формирование “дополнительных” рудиментарных верхнечелюстных резцов [8]. 

В свою очередь, при дефиците Runt-related transcription factor 2 (Runx2) наоборот наблюдается задержка развития зубов, и этот фенотип сравнивали с фенотипом пациента, носителя уникальной миссенс-мутации Arg131Cys Runx2, у которых врожденно отсутствовал зуб. Runx2 - главный регулятор остеобластогенеза, направляет транскрипционную программу, необходимую для формирования кости, посредством генетических и эпигенетических механизмов. Удаление Runx2 у мышей приводит к отсутствию минерализованного скелета, а нарушение функции Runx2 вызывает дефекты костей при заболевании человека - клейдокраниальной дисплазии [3,4,5]. 

Результаты исследований показали, что местное применение Usag-1 способствовало развитию зубов при агенезии, связанной с дефицитом Runx2.  Также было обнаружено, что замедленное формирование зубов было восстановлено с помощью Usag-1 [3]. 

Полученные данные свидетельствуют о том, что мыши могут быть пригодны в качестве моделей для изучения врожденной агенезии зубов у людей. 

Также важно отметить о потенциальных перекрестных помехах между Usag-1 и Runx2 во время развития зуба. В исследовании выделено три интересных явления при одновременно нулевом Usag-1 и Runx2 у мышей: распространенность “дополнительных” зубов была ниже, чем у мышей с нулевым Usag-1; развитие зубов прогрессировало дальше, чем у мышей с нулевым Runx2; и частота образования зачатков коренных зубов была ниже, чем у мышей с нулевым Runx2. Следовательно, можно предположить, что Runx2 и Usag-1 действуют антагонистическим образом [10]. В ходе нашего рассуждения мы пришли к выводу, что Usag-1-ассоциированная агенезия зубов может развиваться в двух состояниях: при дефиците Runx2 или при избытке Usag-1.

Чтобы исследовать, может ли местное применение Usag−1 в катионизированных желатиновых гидрогелях восстановить задержку развития зубов у мышей с дефицитом Runx2, была выполнена трансплантация зачатков нижних челюстей мышей с дефицитом Runx2 вместе с малыми интерферирующими РНК (миРНК), содержащимися в Usag-1 #304 и #903. В отсутствие миРНК Usag-1 наблюдалось уплощение эксплантатов и отсутствие роста трансплантированных нижних челюстей. Однако наблюдался рост эксплантатов (42,3%) после местного применения миРНК Usag-1 #304, но не миРНК Usag-1 #903. Более того, не обнаружилось минерализованных твердых тканей, таких как кость, дентин или эмаль. Кроме того, гистологическое исследование растущих нижних челюстей, обработанных миРНК Usag-1 #304, не выявило структуры зубов; однако наблюдались одонтогенные эпителиоподобные клетки, регулярно расположенные в виде удлиненных прямоугольных клеток с ядерной полярностью. Анализ sqRT-PCR показал, что гены, кодирующие специфические для эмали белки, амелогенин и амелобластин, были слабо экспрессированы, а последующее иммуногистохимическое исследование амелогенина подтвердило локальную экспрессию в одонтогенных эпителиоподобных клетках. Эти результаты продемонстрировали, что местное применение миРНК Usag−1 #304 частично обратило вспять остановку развития зубов у мышей с дефицитом Runx2. Результаты свидетельствуют о том, что метод, разработанный в этом исследовании, демонстрирует потенциал в лечении пациентов с врожденной агенезией зубов в результате мутации Runx2 [3]. 

Если рассматривать агенезию зубов как следствие избытка Usag-1, то установлено, что Usag-1 и BMP-7 экспрессируются в одонтогенном эпителии, в мезенхиме на стадии зачатка и на ранней стадии зубного мешочка. Usag-1 является антагонистом BMP, а также модулирует передачу сигналов Wnt. Также детальный анализ мышей с дефицитом Usag-1 показал, что “дополнительный” резец развился на язычной стороне постоянного зуба, и считается, что этот зуб принадлежит к “дополнительному” поколению зубов [11, 12]. Позже было установлено, что “дополнительный” резец у мышей с дефицитом lipoprotein receptor-related protein-4 (Lrp4) имеет то же происхождение, что и “дополнительный” резец при дефиците Usag-1 [13]. Исходя из этого, мы можем предположить, что Usag-1 ингибирует сигналы Wnt и BMP посредством прямого связывания с BMP и корецептором Wnt [14]. 

Чтобы подтвердить это предположение, было проведено исследование, в котором антитела Usag-1 системно вводили беременным мышам с дефицитом ectodysplasin A1 (EDA1).  Usag-1–нейтрализующие антитела #16, #37, #48 и #57 вылечили гиподонтию коренных зубов на нижней челюсти у мышей с дефицитом EDA1 по сравнению с контрольными мышами (без применения антител). Стоит отметить, что у мышей, которым вводили Usag-1–нейтрализующие антитела #12, #16 или #48 наблюдались низкие показатели рождаемости и выживаемости. 

Наконец, чтобы подтвердить, что активность, нейтрализующая Usag-1, влияет на передачу сигналов BMP для формирования целого зуба, в исследовании систематически вводили антитело #37 постнатальным хорькам, у которых были как молочные, так и постоянные зубы. Наблюдалось образование “дополнительных” зубов на верхней челюсти, хотя требовалась в пять раз более высокая концентрация, три последовательных введения антитела #37 и иммуносупрессия. “Дополнительный” зуб имел форму, аналогичную обычному постоянному резцу, расположенному на язычной стороне постоянных зубов, в то же время обладая более коротким корнем [14]. Неожиданно Usag-1-нейтрализующее антитело #57 также индуцировало образование “дополнительных” зубов на верхней челюсти с высокой скоростью и дозозависимым образом. Однако у них наблюдались сросшиеся коренные зубы.  

Оба антитела нейтрализовали антагонистическую функцию передачи сигналов BMP, по крайней мере in vitro . Эти результаты указывают на то, что передача сигналов BMP необходима для определения количества зубов у мышей. Кроме того, системное введение нейтрализующего антитела может привести к образованию целого зуба [14].  

Однако на основании этих результатов нельзя исключить вовлечение передачи сигналов Wnt, поскольку несколько мышей не родились или не выжили. Таким образом, необходимо проводить дальнейшие эксперименты, такие как биннинг эпитопов с участием большего количества Usag–1-нейтрализующих антител и детальный анализ рекомбинантных эпитопов белка Usag-1 [14]. 

Заключение:

В ходе данной работы мы пришли к выводу, что выращивание зубов — это не миф, а реальность современной стоматологии. Многие нынешние исследования направлены на решение проблемы агенезии зубов, и использование генных технологий самая актуальная ветвь в данном вопросе. Японские ученые запланировали старт клинических испытаний уже на лето 2024 года, и в случае подтверждении безопасности планируют сделать данную терапию доступной для всех пациентов не ранее 2030 года. Поэтому мы с уверенностью можем предположить, что в недалеком будущем данные технологии будут использоваться для лечения агенезии и у людей.