牙齿再生leihe.

小组成员：赵晓丹 王威 雷鹤,牙齿再生的研究 tooth regeneration,牙齿再生的研究,3,4,2,1,牙齿再生,研究手段,问题与展望,研究背景,、,研究策略,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,固定桥的修复过程中损伤健康邻牙，且由于牙根缺失咬合力不能恢复。全口义齿不容易嚼碎较硬较韧的食物，每3-4年需重新制作或修整，长期缺牙牙槽骨逐渐吸收。种植牙的种植钉与牙槽骨结合良好，但其由于缺乏天然牙根的重要结构牙周膜，没有天然牙的生理动度，缺少天然牙牙周膜的防御机制，牙颈部容易产生炎症、骨质吸收，久而久之种植钉易发生脱落导致修复失败。人类拥有“第三副牙”的愿景尚未实现。,牙病是人类最常见的疾病之一, 在社会人口老龄化的趋势下,90%以上的老年人有不同程度的牙齿缺失,极大的影响了他们的健康和生活质量。目前缺失牙齿的主要治疗手段有：活动义齿、固定桥、全口义齿、种植牙等。,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,部分再生：牙釉质牙本质牙髓牙周膜韧带等全牙再生,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,全牙再生：将成牙干细胞体外增值后重组,在合适的诱导条件下形成具有一定形状和大小的牙胚,植入缺牙区颌骨内,在该位置重新长出新牙,实现真正意义上的“种”牙,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,干细胞理论为牙齿再生提供了理论基础干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。基于其特殊的生物学性质，干细胞可作为器官再生的理想种子细胞。干细胞已成功被诱导为神经、心肌、肝脏、胰岛、造血等不同类型的组织细胞，为多种难治症提供替代疗法。牙齿为成体中唯一一个可以再次发育且结构相对简单的器官，因此牙齿再生已成为组织工程研究领域的一个热点。目前在模式动物小鼠及小型猪中已开展许多利用干细胞进行牙釉质、牙本质、牙髓、牙周膜韧带等牙齿组织及整牙再生的研究。,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,组织重组为研究上皮-间充质相互作用机制提供了可行性通过牙组织重组技术已经发现牙上皮与间充质在牙齿发育中呈相互依赖相互诱导的关系,从组织重组实验中已经对于一些生长因子的功能进行了研究,并从中验证了一些关键的生长发育因子的功能,基因信号网络调控的初步作用。生物支架材料为塑造牙形态的研究提供思路牙齿之所以是牙齿,因为这是一个独特的器官,是全身组织中硬度最高的。最为独特的就是牙釉质,而牙釉质的来源牙源性上皮及其衍生物前成釉细胞、成釉细胞,无论培养或者其他方法,几乎没有可行的来源。基于牙齿发生起始于上皮与间充质相互作用的原理,显然,没有牙源性的上皮就不可能有牙齿的发生。因此,牙齿再生研究目前面临的重要任务之一就是寻求牙源性上皮细胞的可靠培养方法,包括成釉细胞等的生物学特性的了解。,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,牙齿再生研究中,正常的发育机制十分复杂,并非简单的仿生学,或者传统的组织工程学方法就可以解决的。虽然牙齿再生这个领域的研究已经有十余年历史,在牙再生医学的基础领域取得了一些成果, 但是,全球的牙齿再生医学研究现状远远没有达到能够提供产品供临床应用的程度。,研究背景,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,2.胚层重组试验 (recombination experiment),1.器官培养(Organ culture),3.微环境的模拟 (mimical microenvironment),4.体内移植实验(in vivo transplantation),5.转基因动物(transgenic animal）,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,1.器官培养 (Organ culture),器官培养是将整个器官、器官的一部分或器官的原基放在体外环境中让其生存和生长。牙齿组织工程研究常涉及到器官和组织的培养,如牙胚、牙乳头以及牙髓组织的体外三维培养模型,是研究牙胚发育、成牙本质细胞分化、上皮-间充质相互作用的重要手段,其中牙胚器官培养是最完整、最有意义的实验模型之一。器官培养的优越性:可用多种方式操作所培养的器官或组织,并可持续监控它们的发育;培养条件是可重复和可控的;培养基的组成成分明确知道并可改变;可以对感应信号的性能进行分析。器官培养方法有多种,广泛应用的法被证实适合分析多种不同器官的发育,在该系统里,植块置于由金属栅格支撑的介于气液界面的滤网膜上进行体外培养。,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,2.胚层重组试验(recombination experiment),胚层重组试验是将发育期的牙胚组织或细胞经机械分离成两组份:上皮成分、间充质成分,二者在体外重新组合后再进行体内或体外培养的一种实验方法。牙胚是外胚层与外胚间充质经相互诱导发育而来,存在着一系列的相互作用,通过胚层重组试验可再现牙齿早期的发育模式,有利于观察分析上皮-间充质间的相互作用机制,为研究牙齿的发育和再生提供了有力的工具。由于这一研究手段是利用牙齿发育的自然规律来实现牙齿的再生,所以,无论在理论上还是实践中都是最有前途的一种研究策略。,牙齿发育主要通过外胚层来源的上皮与神经脊来源的间充质之间相互作用来得以实现,其中牙间充质发育成牙本质和牙髓,牙上皮发育成釉质。,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,3.微环境的模拟 (mimical microenvironment),微环境是细胞在体内赖以生存的局部条件,控制着细胞的增殖、分化。牙齿组织中,细胞、生长因子与细胞外基质共处于一个动态环境之中,三者之间的多重相互作用构成了牙齿发育、萌出、发挥功能的生物学基础。生长因子微环境的模拟 通过设计和制备适宜的载体对生长因子进行控制释放,达到有效刺激细胞的增殖、分化、生长以及引导组织再生的目的。例：骨形态发生蛋白-7+天然高分子材料胶原（20世纪90年代,美国基因研究所和Stryker Biotech公司）基质微环境的模拟牙齿再生研究中的支架材料（胶原、水凝胶、羟基磷灰石-磷酸三钙、聚乳酸-聚羟基乙酸等）作为人工的细胞外基质, 为细胞形成牙齿提供继续增殖、分化的基质微环境。材料的组织相溶性、空间结构、降解速度、力学性质等多种因素都可能影响干细胞谱系专向分化及接种的细胞活性。目前尚没有一种理想的支架材料被广泛应用于牙齿组织工程。,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,3.微环境的模拟 (mimical microenvironment)细胞团组织工程按照胚层重组的方法,将牙源性上皮细胞团与间充质细胞团重新复合,或直接用牙胚细胞团经过适当处理后形成外植体,通过体外培养或直接移植至体内,进一步发育成组织工程化牙齿。通过细胞自身分泌的细胞外基质形成内源性支架,有利于细胞与细胞间、细胞与胞外基质间的交互作用和遗传信息的传递,但常常受到中心营养物质和氧气供不充分的限制,体内移植成功率较低。共培养体系的建立共培养是为了让两种细胞以适当的方式相互诱导所进行的培养模式。牙胚的发育离不开上皮-间充质的相互作用，共培养体系可通过上皮信号-间充质相互作用来调控间充质细胞的分化。例：兔切牙牙源性上皮细胞+牙髓细胞共培养牙髓细胞中碱性磷酸酶ALP含量显著增强。是牙髓细胞向成牙本质细胞样细胞分化的重要指标。,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,4.体内移植实验 (in vivo transplantation),在生理环境中长期追踪观察牙齿的发育情况,检验组织工程化牙齿发育进程最常用的实验方法。自体移植术(auto transplantation)不存在免疫排斥问题 & 开展较少采用自体细胞构建组织工程化牙齿并回植至宿主体内发育,一直是牙齿组织工程研究的最佳选择和最终努力方向。异种移植术(xenotransplantation) 裸小鼠体内移植 最经典、最常用 ，移植部位皮下、肌肉和腹腔裸小鼠：先天无毛、无胸腺、淋巴细胞功能完全缺乏、对异种移植不产生排斥反应。接种后存活率高。 鸡胚外胚层移植 主要用于观察完整牙胚的发育同种异体移植术(allotransplantation)肾被膜下移植、大网膜内移植、眼前房区移植、耳后皮下移植、颌骨区移植,研究背景,研究手段,研究策略,问题与展望,牙齿再生的研究,5.转基因动物 (transgenic animal）,转基因动物用于牙胚发育、牙齿再生研究一直是近年来的热门课题,如、10、等基因敲除的小鼠,其牙齿发育均受到不同程度的影响。通过转基因方式促进牙齿的再生,尽管其临床应用前景不容乐观,但这一研究手段在探讨牙齿发育和牙齿再生方面有其独特优势。,研究背景,研究手段,问题与展望,牙齿再生的研究,组织工程化牙齿研究的三个关键问题：,获取具有成牙潜能且来源丰富的种子细胞,所构建的组织工程化牙齿必须能够在成体环境中继续发育、产生牙根并与颌骨通过牙周膜进行连接,组织工程化牙齿的形态和大小必须可以预期和可控,1,2,3,研究背景,研究手段,问题与展望,牙齿再生的研究,研究牙齿再生的方法细胞归巢 其基本原理是将一些与牙齿发育相关蛋白因子（例如 SDF1!BMP7）吸附于具有类牙齿三维结构的支架材料上，进行体内培养后，支架材料上的蛋白因子能够不断地招募生物体自身细胞使其通过支架材料微管道聚集于该支架材料内，从而完成生物牙齿的再生。细胞移植 是一种较成熟的研究生物牙齿再生方法，即将体外培养扩增的种子细胞或种子细胞与生物材料或与牙源性上皮或间充质重组形成复合物, 然后将复合物植入生物体中牙齿损伤缺失部位培养，达到修复和重建牙齿的目的。细胞移植法的首要问题是寻找合适的种子细胞,研究背景,研究手段,问题与展望,牙齿再生的研究,种子细胞须满足以下几个条件：1）可用性 能生成所需的组织并发挥正常的功能。2）易得性易从人体自身获取且方法简单，造成的创伤小，对患者无危害。3）可扩增性在提供给适当的环境和条件后可大量扩增直至满足形成可发挥功能组织的细胞需要量。能较好地满足以上条件的是各种成体干细胞。,间充质来源的干细胞类型1）牙髓干细胞，具有自我更新能力，体内外可分化为成牙本质细胞，分泌牙本质或牙本质样组织。2）牙周或牙囊干细胞，特定的培养条件下，可以分化为成牙骨质样细胞、脂肪细胞和胶原形成细胞。移植入免疫缺陷鼠类体内可以产生牙骨质、牙周膜复合体结构。3）牙乳头干细胞， 能分化为成牙本质细胞4）骨髓间充质干细胞，和早期胚胎口腔上皮重组，体外培养一段时间后移植入宿主动物的体内，重组物持续发育并产生一定量的牙齿硬组织。上皮干细胞来源的细胞类型缺如,研究背景,研究手段,问题与展望,牙齿再生的研究,部分牙齿再生已有突破性进展，而全牙再生相对进展较慢，就目前的研究而言全牙再生有两种方案，一是利用生物支架和种子细胞，Young等将猪出生后未萌出的牙胚打碎成牙胚细胞，然后种植到牙齿形态聚乳酸- 羟基乙酸等生物支架上，移植到宿主的大网膜内，一段时间后发育成一颗类似牙齿的组织，含有釉质、牙本质和牙骨质等，但其大小远小于生物支架，其可行性和实用性有待进一步研究。二是不利用生物支架，完全重复牙齿的发育过程。首都医科大学课题组和法国路易巴斯德大学课题组将牙齿胚胎性上皮和间充质分离，然后体外重新组合，在培养基中可以继续发育至一定阶段，后回植到皮下获得牙冠、牙根及牙周组织再生。同时证明牙胚间充质的完整性在牙齿生长发育的形态控制方面起到关键的作用。将胚胎口腔上皮和骨髓间充质细胞等组合培后，再移植到宿主肾囊下，成功发育出类牙齿组织。牙齿再生最关键的一个瓶颈是目前对于牙胚发育的调控机制尚未探明，这也是所有器官再生的问题，因此，加快研究牙胚发生、发育的调控机制将会促进牙齿再生的进程。,研究背景,研究手段,问题与展望,牙齿再生的研究,牙胚细胞联合骨髓液及生物工程材料促进牙齿再生的动物实验研究（2013）,利用智牙等迟萌出牙获得自体移植用的牙胚细胞(BDCs), 利用组织工程材料塑造型牙齿 , 和自体骨髓细胞产生牙齿再生所需的相关生长因子和形态发生素 , 对拔除或脱落的牙齿进行临床牙齿再生。1制备组织工程生物材料 GCHT生物支架2幼鼠 DBCs（牙胚细胞） 收集和培养使用未萌出智齿牙胚3抽取大鼠下颌骨骨髓液4将 DBCs 和骨髓液种植到 GCHT 脚手架5拔除大鼠右侧第一磨牙及 DBCs/ 骨髓液 /GCHT 脚手架移植6收集 X 线数据、组织学分析结果和免疫组织化学分析结果并加以比较,研究背景,研究手段,问题与展望,牙齿再生的研究,试验组 X 线照片：80%可观察到牙冠、牙根、牙周韧带等形态结构 , 并具有牙本质、牙釉质、牙髓等组织 。组织学 HE 染色：100%有新生时期细胞的胞浆 免疫组织化学分析：90%的结果为阳性 。而对照组和假治疗组均未见明显的牙齿再生迹象。,研究背景,研究手段,问题与展望,牙齿再生的研究,研究背景,研究手段,研究策略,牙齿再生的研究,如何利用精确而复杂的生物信号分子来诱导产生具有特定形态的组织工程化牙齿？(形态发生)支架材料与所形成的牙胚组织大小相差甚远如何平衡可降解支架材料的降解与新骨的生长,实现利用支架材料控制牙胚大小的目的？（牙齿大小）由于成釉器在釉质形成后逐步消失,牙源性上皮难以获得如何进行成釉器重建？ 嵌合体的研制？诱导非牙源性细胞向牙源性细胞分化？即使是使用自体干细胞诱导分化的牙齿, 也会因部分表型的改变而产生移植排斥反应; 老年颌骨区骨质致密、血运较差,移植后能否良好生长？牙齿发育基因分子调控机制尚不清楚 无法应用于诱导牙齿再造牙齿萌出有赖于牙囊或牙囊- 成釉器的协同作用，组织工程化牙胚能否萌出,最终取决于牙囊的发育是否正常。 复合牙囊细胞，？,存 在 的 问 题,研究背景,研究手段,研究策略,牙齿再生的研究,Chai等描绘了组织工程化牙齿的美好前景: 将成体表皮干细胞与成体非牙源性/牙源性外胚间充质干细胞, 体外增殖后重组,在合适的诱导条件下形成具有一定形状和大小的牙胚,植入缺牙区颌骨内,在该位置重新长出新牙,实现真正意义上的“种”牙,使病人免受佩戴假牙之苦。这一憧憬如果在2 l世纪变为现实,必将在口腔医学领域引起一场划时代的变革！,参考文献,1方锦清.令人关注的复杂性科学和复杂性研究J.自然杂志,2002,24(1):7-15.2BAK PER,TANG CHAO,WIESENFELD KURT.Self-organizedcriticality:an explanation of 1/f noiseJ.Physical Review 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