Αναγεννητική Οδοντιατρική: Σύγχρονα ερευνητικά δεδομένα και προοπτικές κλινικής εφαρμογής

Transcript

1 Ακίνητη Προσθετική ΣTOMA 2014; 42 : Βιβλιογραφική ανασκόπηση Αναγεννητική Οδοντιατρική: Σύγχρονα ερευνητικά δεδομένα και προοπτικές κλινικής εφαρμογής Ε. ΚΟΝΤΟΠΟΥΛΟΥ 1, Α. ΜΠΑΚΟΠΟΥΛΟΥ 2, Π. ΚΟΪΔΗΣ 3 Εργαστήριο Ακίνητης Προσθετικής και Προσθετικής Εμφυτευματολογίας, Οδοντιατρικό Τμήμα, Σχολή Επιστημών Υγείας Α.Π.Θ. Regenerative Dentistry: Current Research Advancements and Prospects for Clinical Application E. KONTOPOULOU 1, A. BAKOPOULOU 2, P. KOIDIS 3 Department of Fixed Prosthesis and Implant Prosthodontics, School of Dentistry, Faculty of Health SciencesAristotle University of Thessaloniki Περίληψη Η αναγεννητική οδοντιατρική αποτελεί ένα πολλά υποσχόμενο πεδίο που αναμένεται να αλλάξει σημαντικά τον τρόπο άσκησης της οδοντιατρικής επιστήμης. Η πρόοδος που έχει σημειωθεί τα τελευταία χρόνια στις διαδικασίες ιστικής αναγέννησης έχει ανοίξει νέους ορίζοντες στην ανάπτυξη εναλλακτικών θεραπευτικών πρωτοκόλλων αναγέννησης σκληρών και μαλακών οδοντικών ιστών. Για τον σκοπό αυτόν χρησιμοποιούνται μεσεγχυματικής προέλευσης βλαστικά κύτταρα τα οποία, σε συνδυασμό με βιομιμητικά ικριώματα και αυξητικούς παράγοντες αποτελούν την επονομαζόμενη «τριάδα ιστικής μηχανικής». Σκοπός της παρούσας συστηματικής ανασκόπησης αποτελεί η κριτική ανάλυση των σύγχρονων επιστημονικών δεδομένων στον τομέα της αναγέννησης των οδοντικών και περιοδοντικών ιστών με τη χρήση πρωτοκόλλων ιστικής μηχανικής, καθώς και των προοπτικών για την ευρεία εφαρμογή των νέων πειραματικών δεδομένων σε κλινικά εφαρμόσιμα θεραπευτικά πρωτόκολλα. Από την ανασκόπηση της βιβλιογραφίας φαίνεται ότι παραμένουν ακόμα σημαντικές δυσκολίες σχετικά με την αναγέννηση της αδαμαντίνης, κυρίως λόγω της απουσίας των υπεύθυνων κυττάρων (αδαμαντινοβλαστών) στον ενήλικα οργανισμό. Αντίθετα, ιδιαίτερα ενθαρρυντικά είναι τα αποτελέσματα των ερευνητικών πρωτοκόλλων αναγέννησης του συμπλέγματος οδοντίνης-πολφού, καθώς και των περιοδοντικών ιστών. Ωστόσο, η ολική αναγέννηση ενός πλήρως λειτουργικού δοντιού δεν έχει ακόμη επιτευχθεί, παρά τις αξιόλογες ερευνητικές προσπάθειες που έχουν πραγματοποιηθεί σε πειραματόζωα. Για την επίτευξη του συγκεκριμένου στόχου, απαραίτητη κρίνεται η ουσιαστική κατανόηση των μηχανισμών της μορφογένεσης και διάπλασης των ιστών και των οργάνων-στόχων. Εξασφαλίζοντας αυτήν την προϋπόθεση θα καταστεί δυνατή η αναπαραγωγή τους στα διάφορα ερευνητικά πρωτόκολλα, η βαθμιαία αντικατάσταση των μέχρι τώρα ευρέως χρησιμοποιούμενων (μη βιολογικών) προσεγγίσεων διαχείρισης των βλαβών και ελλειμμάτων και η ασφαλής εφαρμογή τους στον άνθρωπο, που αποτελεί και τον τελικό αποδέκτη αυτής της τεχνολογίας. AΛEΞEIΣ KΛEIΔIA: βλαστικά κύτταρα, βιομιμητικά ικριώματα, αυξητικοί/μορφογενετικοί παράγοντες, ιστική μηχανική, αναγεννητική ιατρική/οδοντιατρική. Στάλθηκε στις Εγκρίθηκε στις Φοιτήτρια 2 Λέκτορας 3 Καθηγητής Summary Regenerative Dentistry is a new, promising scientific field that has the potential to transform the way we practice dentistry in the near future. The progress that has been recently achieved in various tissue engineering techniques is indicative of the gradual introduction of alternative therapeutic protocols of hard and soft dental tissue regeneration. One of the most important and decisive evolutions towards this goal was the discovery and characterization of stem cells of dental origin. Therefore, the novel regenerative techniques are mainly based on the use of stem cells in combination with biomimetic scaffolds and growth/morphogenetic factors, which constitute the so-called "tissue engineering triad". A wide variety of experimental protocols, stem cell sources (dental and non-dental), biomimetic scaffold materials and growth factors that have been already used to achieve regeneration of dental and periodontal tissues. This review attempts to make a critical analysis of the state-of-the-science with respect to stem cellbased protocols of hard and soft dental tissue regeneration and prospectus of the translational possibilities of these research findings into clinical application. Based on existing research data, engineering of human enamel still remains a major challenge. This is mostly a result of the loss of the cells which are responsible for enamel development (ameloblasts) after tooth eruption. On the other hand, the results of tissue engineering approaches regarding the dentin-pulp complex or the periodontal tissue regeneration are very promising. Further, the successful regeneration of a whole, fully functional tooth still remains a highly challenging goal, despite the remarkable research advancements that have been made in a variety of animal models. To achieve this objective, a deep understanding of the biology of the cells used to regenerate dental tissues and the signaling molecules and growth factors supporting their function is needed, accompanied by the development of new biomimetic scaffold materials, which will provide the necessary microenvironment for targeted dental and periodontal tissue regeneration. After fulfillment of the above mentioned prerequisites, it could be possible to successfully translate the research findings into clini- KEY WORDS: stem cells, biomimetic scaffolds, growth/morphogenetic factors, tissue engineering, regenerative medicine/dentistry Receivet on 21 th June, Accepted on 14 th Jan., Dentist (DPS) 2 Lecturer 3 Professor

2 44 cally applicable treatment modalities in patients. This may allow the graduate replacement of widely used (non-biological) dental restorative approaches, showing compromised survival/success rates, with novel biomimetic tissue engineering techniques on a routine clinical basis. This approach will overall introduce a whole new concept for the treatment of tooth loss, caries, periodontitis, as well as a variety of different pathological conditions in the craniofacial area. Εισαγωγή Οι συνήθεις παθήσεις των δοντιών _ τερηδόνα, περιοδοντική νόσος, εσωτερική και εξωτερική απορρόφηση, γενετικές ανωμαλίες των σκληρών οδοντικών ιστών, κατάγματα ή και ολοκληρωτική απώλεια _ αποτελούν καταστάσεις που αντανακλούν άμεσα όχι μόνο στην υγεία της στοματικής κοιλότητας και τη γενικότερη σωματική και ψυχική υγεία των ασθενών, αλλά και στη συνολικότερη ποιότητα ζωής τους 1,2. Οι μέχρι σήμερα ευρέως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι αποκατάστασης των απολεσθέντων οδοντικών ιστών (π.χ. εμφράξεις, προσθετικές αποκαταστάσεις επί δοντιών ή εμφυτευμάτων κ.α.) βασίζονται κυρίως στη χρήση μη βιολογικών υποκαταστάτων (βιοϋλικών) σε συνδυασμό ή όχι με μοσχεύματα (αυτομοσχεύματα, αλλογενή μοσχεύματα κτλ.) για την αποκατάσταση των σκληρών και μαλακών ιστών 3-5. Παρά την ευρεία καθιέρωση των ανωτέρω τεχνικών στην κλινική Οδοντιατρική παρατηρούνται και αρκετές επιπλοκές (βιολογικές ή τεχνικές), γεγονός που επηρεάζει σημαντικά τη μακροχρόνια κλινική τους αποτελεσματικότητα 6. Η πρόοδος που έχει συντελεστεί τα τελευταία χρόνια στις διαδικασίες ιστικής αναγέννησης έχει ανοίξει νέους ορίζοντες στην ανάπτυξη εναλλακτικών θεραπευτικών πρωτοκόλλων αναγέννησης σκληρών και μαλακών οδοντικών ιστών που στηρίζονται κατά κύριο λόγο σε βιολογικά μοντέλα 7. Γενικά, με τον όρο «ιστική αναγέννηση» (tissue engineering) περιγράφεται το σύνολο των θεραπευτικών τεχνικών που στοχεύουν στη διατήρηση, επανόρθωση και αποκατάσταση της μορφής ή της λειτουργίας του ιστού-στόχου 8. Τέτοιες αναγεννητικές διαδικασίες έχουν ήδη εφαρμοστεί με επιτυχία στην περιοδοντολογία και χειρουργική στόματος. Η κατευθυνόμενη ιστική αναγέννηση (guided tissue regeneration-gtr), η χρήση του πλούσιου σε αιμοπετάλια πλάσματος (plateletrich plasma-prp), η χρήση ανασυνδυασμένων οστικών μορφογενετικών πρωτεϊνών (Recombinant Bone Morphogenetic Proteins-rBMPs) και παραγόντων της θεμέλιας ουσίας της αδαμαντίνης (enamel matrix derivatives-emd) σε διαδικασίες οστικής αναγέννησης αποτελούν κάποια παραδείγματα διαδικασιών με πολλά υποσχόμενα μέχρι στιγμής κλινικά αποτελέσματα 9. Από την άλλη μεριά, η χρήση αναγεννητικών τεχνικών στην αποκαταστατική οδοντιατρική είναι προς το παρόν πολύ περιορισμένη. Παρόλα αυτά Κοντοπούλου και συν έχει παρατηρηθεί τα τελευταία χρόνια ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας προς την κατεύθυνση αυτή εξαιτίας του υψηλού ακόμα αριθμού επιπλοκών στις συμβατικές θεραπείες, ιδιαίτερα σε βάθος χρόνου. Έτσι, χρησιμοποιείται πλέον ευρέως ο όρος «αναγεννητική ιατρική» και κατʼ επέκταση «αναγεννητική οδοντιατρική» (regenerative medicine/dentistry), για να περιγράψει τη διαδικασία αντικατάστασης ή αναγέννησης ανθρώπινων κυττάρων, ιστών ή ολόκληρων οργάνων και την αποκατάσταση της φυσιολογικής τους λειτουργίας 10,11. Η προοπτική αυτή αναμένεται να μειώσει σημαντικά την ανάγκη μεταμόσχευσης ή αποκατάστασης με τεχνητά μέλη στο σχετικά κοντινό μέλλον. Στο χώρο της Οδοντιατρικής, η προσέγγιση αυτή αναμένεται αντίστοιχα να μειώσει την ανάγκη αποκαταστατικής θεραπείας και τις επιπλοκές και περιορισμούς που συνοδεύουν την εφαρμογή της. Ειδικότερα, στον χώρο της αναγεννητικής οδοντιατρικής, η πλειοψηφία των τεχνικών που προτείνεται για την αναγέννηση οδοντικών/περιοδοντικών ιστών στηρίζεται κατά κύριο λόγο στη χρήση αδιαφοροποίητων κυττάρων οδοντικής προέλευσης, των αποκαλούμενων βλαστικών κυττάρων (stem cells), τα οποία σε συνδυασμό με κατάλληλα βιομιμητικά ικριώματα (scaffolds) και διάφορους αυξητικούς παράγοντες (growth factors), αποτελούν την επονομαζόμενη «τριάδα ιστικής μηχανικής» 12 (tissue engineering triad) (Εικόνα 1). Ένας σημαντικός αριθμός πηγών βλαστικών κυττάρων έχει προταθεί για χρήση στα πρωτόκολλα αναγέννησης των οδοντικών ιστών. Αυτά περιλαμβάνουν: μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα του μυελού των οστών (Βone Μarrow Stem Cells-BMSCs) 13, BMPs Αμελογενίτες PDGF DMP-1 VEGF TGF-β RGF DPSCs SCAP DTSCs PLSCs DFPCs Αυξητικοί/ μορφογενετικοί παράγοντες Βλαστικά κύτταρα Ικριώματα Πολυμερή (π.χ. PGA, PLA ή τα συμπολυμερή τους π.χ. PLGA) Κεραμικά (β-tcp/ha) Φυσικά μόρια (δεξτράνη, ζελατίνη, κολλαγόνο κ.ά) Συνθετικά πεπτίδια (αυτοοργανωμένα πεπτίδια-saf, πολύαιθυλενο-γλυκόλη-peg κ.ά.) Εικόνα 1. Τύποι βλαστικών κυττάρων, βιομιμητικών ικριωμάτων και αυξητικών/μορφογενετικών παραγόντων που συνθέτουν την "τριάδα της ιστικής μηχανικής" στην Αναγεννητική Οδοντιατρική. (Μετασχεδίαση από Bakopoulou A et al. Dental tissue engineering research and translational approaches towards clinical application. in Medical Advancements in Aging and Regenerative Technologies: Clinical Tools and Applications, Medical Information Science reference, Hershey, New York 2012).

3 Αναγεννητική Οδοντιατρική: Σύγχρονα ερευνητικά δεδομένα και προοπτικές κλινικής εφαρμογής βλαστικά κύτταρα προερχόμενα από τον λιπώδη ιστό (Adipose Tissue Stem Cells-ATSC) 14, τον ομφάλιο λώρο 15 και κυρίως τους οδοντικούς/περιοδοντικούς ιστούς, οι οποίοι προσελκύουν και το μεγαλύτερο ενδιαφέρον 16. Τα πρώτα ανθρώπινα οδοντικής προέλευσης βλαστικά κύτταρα απομονώθηκαν από τον οδοντικό πολφό μόνιμων δοντιών και ονομάστηκαν βλαστικά κύτταρα οδοντικού πολφού (Dental Pulp Stem Cells- DPSCs) 17. Ακολούθησε η απομόνωση βλαστικών κυττάρων από τον πολφό νεογιλών δοντιών (Stem cells from Human Exfoliated Deciduous teeth-sηεd) από τον περιοδοντικό σύνδεσμο (Periodontal Ligament Stem Cells-PDLSCs) 19, την περιακρορριζική θηλή (Stem Cells from the Apical Papilla-SCAP) 20 και το οδοντοθυλάκιο (Dental Follicle Stem Cells- DFSCs) 21 μόνιμων δοντιών. Αυτές οι ομάδες βλαστικών κυττάρων χαρακτηρίζονται από την ικανότητά τους για αυτοανανέωση (self-renewal) και πολυδύναμη διαφοροποίηση σε διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους, όπως οστεοβλάστες, οδοντινοβλάστες, χονδροκύτταρα, λιπώδη, νευρικά, μυϊκά κύτταρα κ.ά., όταν καλλιεργηθούν κάτω από κατάλληλες επαγωγικές συνθήκες (Εικόνα 2). Τα κύτταρα αυτά, έχει βρε- ΠΟΛΥΔΥΝΑΜΗ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Οστεο/οδοντογενής Λιπογενής Νευρογενής Εικόνα 2. Πολυδύναμη διαφοροποίηση βλαστικών κυττάρων προερχόμενων από την περιακρορριζική θηλή σωφρονιστήρων της κάτω γνάθου (Stem Cells from the Apical Papilla-SCAP) προς οδοντο/οστεογενή, λιπογενή και νευρογενή κατεύθυνση. Εικόνα 3. Χαρακτηριστική έκφραση δεικτών βλαστικών κυττάρων προερχόμενων από τον οδοντικό πολφό μόνιμων δοντιών (Dental Pulp Stem Cells- DPSCs) υγιών δοτών ηλικίας ετών.

4 46 θεί ότι εκφράζουν χαρακτηριστικούς δείκτες μεσεγχυματικών βλαστικών κυττάρων, όπως STRO-1, CD146, CD105, CD106, CD117-c-kit, CD44, CD90 CD34, CD24 κ.ά., καθώς και εμβρυϊκούς δείκτες, όπως Oct 3/4, Nanog, SSEA-3, -4, TRA-1-60 και TRA (Εικόνα 3). Εκτός από τα βλαστικά κύτταρα, τα βιομιμητικά ικριώματα αποτελούν ένα σημαντικό στοιχείο της τριάδας ιστικής μηχανικής για την αναγέννηση των οδοντικών ιστών, αφού συνιστούν το προσωρινό τρισδιάστατο περιβάλλον στο οποίο τα βλαστικά κύτταρα ενσωματώνονται, πολλαπλασιάζονται, διαφοροποιούνται, μέχρι να συνθέσουν πλήρως το δικό τους μικροπεριβάλλον που θα υποστηρίξει τους νεοσχηματισθέντες ιστούς. Ένα ιδανικό ικρίωμα θα πρέπει να προσομοιάζει την εξωκυττάρια θεμέλια ουσία, ώστε να επιτρέπει την πραγματοποίηση των κυτταρικών λειτουργιών, να παρέχει φυσική και μηχανική αντοχή, καθώς και βιοχημική σταθερότητα, προσφέροντας παράλληλα ευκολία χειρισμών. Επίσης, απαραίτητη κρίνεται η δυνατότητα ανάπτυξης αγγειακού και νευρικού δικτύου στο εσωτερικό του μετά από κατάλληλη μοριακή σηματοδότηση 22. Τέλος, σημαντική είναι η ικανότητα αποδόμησης του ικριώματος, χωρίς τη δημιουργία τοξικών παραπροϊόντων και με ρυθμό που να συμπίπτει με τη δημιουργία των νέων ιστών 23. Στην αναγεννητική ιατρική/οδοντιατρική έχει μέχρι στιγμής προταθεί μια ποικιλία βιοϋλικών ως υποψήφια βιομιμητικά ικριώματα, όπως: μακράς διάρκειας πορώδη κεραμικά (π.χ. μείγμα υδροξυαπατίτη _ τριφωσφορικού ασβεστίου _ HA/TCP), φυσικά μόρια μέσης διάρκειας ζωής (π.χ. κολλαγόνο και χιτοζάνη), πολυμερή με σχετικά μικρό χρόνο ζωής [π.χ. πολυγλυκολικό οξύ (PGA), πολυγαλακτικό οξύ (PLA), μείγμα πολυγλυκολικού-πολυγαλακτικού οξέος (PGA-PLLA), πολυγαλακτικό-πολυγλυκολικό οξύ (PLGA) κα], ενώ πρόσφατα προτάθηκαν συνθετικές υδρογέλες (hydrogels), όπως η πολυαιθυλενογλυκόλη/peg καθώς και υδρογέλες που βασίζονται στην τεχνολογία των αυτοοργανούμενων πεπτιδίων (self-assembling peptides-sep) 24. Κάθε κατηγορία υλικών διαθέτει διαφορετικές ιδιότητες ως προς τη σύνθεση, τη χημική δομή και την ικανότητα αποδόμησης, γεγονός που τα καθιστά κατάλληλα για διαφορετικές περιπτώσεις εφαρμογών. Τέλος, το τρίτο μέλος της αναγεννητικής τριάδας, οι αυξητικοί παράγοντες, συνιστούν πρωτεΐνες που προσκολλώνται σε ειδικούς υποδοχείς της κυτταρικής μεμβράνης και ενεργοποιούν σηματοδοτικά μονοπάτια που συντονίζουν πλήθος κυτταρικών διαδικασιών 23. Μεταξύ αυτών, ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην αναγεννητική οδοντιατρική παρουσιάζουν: η οικογένεια των οστικών μορφογενετικών πρωτεϊνών (BMPs), η οικογένεια των μετατρεπτικών αυξητικών παραγόντων-β (TGF-beta family), ο ινοβλαστικός αυξητικός παράγοντας -2 (β-fgf ή FGF-2), η πρωτεΐνη της οργανικής μήτρας της οδοντίνης-1 (DMP1), η οδοντινική σιαλοφωσφοροπρωτεΐνη (DSPP), ενώ τέλος χρησιμοποιούνται και αγγειογενετικοί παράγοντες (όπως ο αγγειακός ενδοθηλιακός αυξητικός παράγοντας-vegf) με σκοπό την επαγωγή της νεοαγγειογένεσης στους αναγεννώμενους οδοντικούς ιστούς (πολφός, περιοδόντιο κτλ) 22. Στόχος των πολυάριθμων επιστημονικών ομάδων που ασχολούνται με τη μελέτη των οδοντικής προέλευσης βλαστικών κυττάρων, είναι η "μετάφραση" των ερευνητικών δεδομένων σε επίπεδο καθημερινής κλινικής οδοντιατρικής εφαρμογής (translational dentistry), με άμεσο σκοπό την αναγέννηση μεμονωμένων οδοντικών ιστών και απώτερο την αναγέννηση ολόκληρου του οδοντικού οργάνου. Στην προσπάθειά τους αυτή, η επαναδημιουργία του συμπλέγματος οδοντίνης-πολφού και η αναγέννηση των περιοδοντικών ιστών έχουν ήδη να επιδείξουν σημαντικά αποτελέσματα. Με βάση τα ανωτέρω, σκοπό της παρούσας συστηματικής ανασκόπησης αποτελεί η κριτική ανάλυση των σύγχρονων επιστημονικών δεδομένων στον τομέα της αναγέννησης των οδοντικών και περιοδοντικών ιστών με τη χρήση σύγχρονων πρωτοκόλλων ιστικής μηχανικής, καθώς και των προοπτικών για τη «μετάφραση» των νέων πειραματικών δεδομένων σε κλινικά εφαρμόσιμα θεραπευτικά πρωτόκολλα. ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ ΑΔΑΜΑΝΤΙΝΗΣ Κοντοπούλου και συν Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της σύγχρονης αναγεννητικής οδοντιατρικής αποτελεί η αναγέννηση της αδαμαντίνης. Προκειμένου να γίνει αντιληπτή η πολυπλοκότητα του συγκεκριμένου ιστού και τα ειδικά προβλήματα που αφορούν την αναγέννησή του, προηγείται σύντομη αναφορά στην ιστολογική του δομή και διάπλαση. Στοιχεία ιστολογικής δομής της αδαμαντίνης H αδαμαντίνη, ως ιστός, έχει δύο χαρακτηριστικά γνωρίσματα μοναδικά σε όλον τον ανθρώπινο οργανισμό: αποτελεί το μόνο επιθηλιακής προέλευσης ενασβεστιωμένο ιστό, ενώ, στην τελική της μορφή, στερείται κυττάρων 25. Γιʼ αυτό και αποτελεί το σκληρότερο ενασβεστιωμένο ιστό, όχι μόνο του δοντιού, αλλά και ολόκληρου του ανθρώπινου οργανισμού, γεγονός που αντικατοπτρίζεται και στις μοναδικές μηχανικές της ιδιότητες. Η ιστολογική της σύνθεση περιλαμβάνει κυρίως ανόργανα (92-96%), ελάχιστα οργανικά συστατικά (1-2%) και νερό (2-4%) 26. Το κύριο ανόργανο συστατικό είναι το φωσφορικό ασβέστιο με τη μορφή κρυστάλ-

5 Αναγεννητική Οδοντιατρική: Σύγχρονα ερευνητικά δεδομένα και προοπτικές κλινικής εφαρμογής 47 λων υδροξυαπατίτη Ca 10 (PO4) 6 (OH) 2. Σε πολύ μικρότερη αναλογία εντοπίζονται μόρια ανθρακικού ασβεστίου και μαγνησίου 27. Οι κύριες δομικές πρωτεΐνες της οργανικής μήτρας του ιστού είναι οι αμελογενίνες (90% του συνόλου των πρωτεϊνών). Σε πολύ μικρότερες ποσότητες εντοπίζονται: εναμελίνες, ταφτελίνες, πρωτεάσες, πρωτεογλυκάνες και θειωμένες γλυκοζαμινογλυκάνες 25,28. Στοιχεία εμβρυϊκής διάπλασης της αδαμαντίνης Κυρίαρχο γεγονός στη μορφογένεση της αδαμαντίνης αποτελούν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ επιθηλίου και μεσεγχύματος, οι οποίες είναι ο σημαντικότερος ρυθμιστικός μηχανισμός της ανάπτυξης των δοντιών και άλλων οργάνων του ανθρώπινου σώματος, αφού είναι απαραίτητος για τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και την επαγωγή ρυθμιστικών γονιδίων. Ήδη από τα πρώτα στάδια της διαδικασίας αυτής, το οδοντικής προέλευσης επιθήλιο κατευθύνει το μη οδοντικής προέλευσης μεσέγχυμα προκειμένου να σχηματιστεί το δόντι. Στα μετέπειτα στάδια της οδοντικής ανάπτυξης, το οδοντικής προέλευσης μεσέγχυμα αναλαμβάνει τον καθοδηγητικό ρόλο 29. Όπως είναι γνωστό, καθʼ όλη τη διάρκεια της αδαμαντινογένεσης οι αδαμαντινοβλάστες διέρχονται από μια σειρά σταδίων διαφοροποίησης. Συγκεκριμένα, οι προ-εκκριτικές αδαμαντινοβλάστες μετατρέπονται σε υψηλά κυλινδρικά εκκριτικά κύτταρα, τα οποία καθοδηγούν την αδαμαντίνη να ωριμάσει και τελικά να ενασβεστιωθεί 30. Μετά την οριστική διαμόρφωση του ιστού και τη σταδιακή αποδόμηση της οργανικής του μήτρας, η λειτουργία των κυττάρων διακόπτεται και τα ίδια συρρικνώνονται και εκφυλίζονται 31. Η ενασβεστίωση της αδαμαντίνης διακρίνεται στα ακόλουθα στάδια: α) στο εκκριτικό, όπου τα κύτταρα εκκρίνουν το μεγαλύτερο μέρος των πρωτεϊνών και πρωτεϊνασών που είναι αναγκαίες για την ενασβεστίωση, β) στο μεταβατικό, όπου παρατηρείται μείωση της πρωτεϊνικής έκκρισης και ταχύτερη ανάπτυξη κρυστάλλων και γ) στο στάδιο της ωρίμανσης, όπου πραγματοποιείται μαζική πρωτεϊνική αποδόμηση που επιτρέπει στους κρυστάλλους να καταλάβουν τον κενό χώρο που καταλείπεται από την απουσία των πρωτεϊνών. Αναγέννηση της αδαμαντίνης-σύγχρονα ερευνητικά δεδομένα Η ώριμη αδαμαντίνη είναι μια ακύτταρη ουσία που χάνει την ικανότητα αναγέννησης μετά την ολοκλήρωση της διάπλασης της μύλης. Το γεγονός αυτό δημιουργεί ιδιαίτερους περιορισμούς στα ερευνητικά πρωτόκολλα για την αναγέννηση της αδαμαντίνης, τα οποία βασίζονται σε δύο διαφορετικές προσεγγίσεις: α) στη χρήση βλαστοκυτταρικών πληθυσμών και β) τη χρήση βιομιμητικών συστημάτων. Αναλυτικότερα: α) Αναγέννηση αδαμαντίνης βασιζόμενη στη χρήση βλαστοκυτταρικών πληθυσμών Η μέθοδος αυτή αξιοποιεί αδιαφοροποίητα επιθηλιακά ή μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα τα οποία συνδυάζονται καταρχήν in vitro με διάφορα ικριώματα και τα συμπλέγματα που προκύπτουν εμφυτεύονται κατόπιν σε πειραματόζωα. Το αποτέλεσμα είναι η σύνθεση συμπλεγμάτων οδοντικών ιστών, μεταξύ των οποίων και αδαμαντίνης 13, Μία σημαντική προσέγγιση πάνω στο θέμα προσφέρουν και τα επιθηλιακά κύτταρα του ελύτρου της ρίζας (επιθηλιακά υπολείμματα του Malassez- ERM). Αυτά τα εξωδερμικής προέλευσης κύτταρα αποτελούν συμπλέγματα αναπτυξιακών υπολειμμάτων του υμένα του Hertwig (HERS), τα οποία παραμένουν ανενεργά, στην περιοχή του περιρριζίου. Το γεγονός της προέλευσής τους από το όργανο της αδαμαντίνης οδήγησε στην υπόθεση και επιβεβαίωση της ικανότητάς τους να διαφοροποιούνται σε κύτταρα που προσομοιάζουν τις αδαμαντινοβλάστες και να συνθέτουν μήτρα που συμβάλλει στη δημιουργία της αδαμαντίνης 38. Συνδυαζόμενα με άωρα κύτταρα του οδοντικού πολφού τα ERM ήταν σε θέση να εκφράζουν πρωτεΐνες της μήτρας της αδαμαντίνης. Επιπλέον, μετά την τοποθέτησή τους σε κατάλληλα βιομιμητικά ικριώματα και την εμφύτευσή τους σε ποντίκια, παρατηρήθηκε αναπαραγωγή όλων των σταδίων της αδαμαντινογένεσης και αναγέννηση συμπλεγμάτων αδαμαντίνης-οδοντίνης 39. β) Αναγέννηση αδαμαντίνης με τη χρήση βιομιμητικών συστημάτων Η προσέγγιση αυτή περιλαμβάνει την προσομοίωση της λειτουργίας των αδαμαντινοβλαστών σε βιομιμητικά συστήματα στο εργαστήριο, χωρίς τη συμμετοχή των ίδιων των κυττάρων. Στα μοντέλα αυτά ενσωματώνονται επιλεγμένα πρωτεϊνικά στοιχεία (αμελογενίνη, εναμελίνη και αμελοβλαστίνη), που ελέγχουν διάφορα στάδια της οργάνωσης και ενασβεστίωσης της αδαμαντίνης 40, και αυξητικοί παράγοντες, που κινητοποιούν ενδογενείς πληθυσμούς κυττάρων προκειμένου να υποστηρίξουν τη σύνθεση του οργανικού υποστρώματος. Τα στάδια αυτά αναπαράγονται σε κατάλληλα διαμορφωμένες εργαστηριακές συνθήκες (θερμοκρασίας, ph) που επάγουν την αδαμαντινική αναγέννηση 41. Ωστόσο, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η συγκεκριμένη προσέγγιση ενέχει δυσκολίες. Η κυριότερη από αυτές είναι ότι η παραγωγή τεχνητής αδαμαντίνης _

6 48 Κοντοπούλου και συν μέχρι στιγμής υποδεέστερης δομής σε σχέση με τη φυσική _ πραγματοποιείται σε εργαστηριακές συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, πίεσης και χαμηλού ph, οι οποίες είναι δύσκολο να μεταφερθούν σε κλινικό επίπεδο. Επιπλέον, καθώς απουσιάζει η μοριακή σηματοδότηση από τις αδαμαντινοβλάστες, απαιτείται αυστηρός έλεγχος των συνθηκών ενσωμάτωσης στο σύστημα των γονιδιακών προϊόντων των αδαμαντινοβλαστών και των σταδίων ενασβεστίωσης της αδαμαντίνης. Στην κατεύθυνση αυτή διάφορα πειραματικά μοντέλα έχουν πραγματοποιηθεί. Ένα παράδειγμα 42 αφορούσε την αξιοποίηση μεμβρανώδους δομής, η οποία επέτρεπε μόνο στα ιόντα Ca να εισέλθουν στο εσωτερικό της. Στόχος της μεθόδου ήταν η προσομοίωση του περιβάλλοντος της κυτταρικής μεμβράνης των αδαμαντινοβλαστών, ο «εγκλωβισμός» συνθετικής αμελογενίνης στο εσωτερικό της και η χρησιμοποίηση του συμπλέγματος αυτού ως οργανικής μήτρας για την προώθηση της ενασβεστίωσης. Ορισμένες τεχνικές περιλαμβάνουν την απευθείας εισαγωγή αμελογενίνης σε υπόστρωμα πλούσιο σε κρυστάλλους υδροξυαπατίτη, με στόχο την προσανατολισμένη και ελεγχόμενη αύξησή τους 43. Όλες οι προαναφερθείσες μέθοδοι, ωστόσο, εξακολουθούν να βρίσκονται σε πειραματικό στάδιο. Επιπλέον, έχουν σχεδιαστεί διάφορα τεχνητά βιοενεργά υλικά (π.χ. πεπτιδικές αμφίφιλες νανοδομές ΒRGD -PA), τα οποία φέρουν στις επιφάνειές τους σηματοδοτικές αλληλουχίες και έχουν χρησιμοποιηθεί για την επαγωγή του πολλαπλασιασμού και της διαφοροποίησης των προ-αδαμαντινοβλαστών σε ώριμα εκκριτικά κύτταρα 44. Σε άλλες μελέτες επιδιώκεται ο μοριακός έλεγχος γονιδίων που ρυθμίζουν την ανάπτυξη και διαφοροποίηση των αδαμαντινοβλαστών, επιδιώκοντας τη στοχευμένη αναγέννηση του αδαμαντινικού ιστού. Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα ρύθμισης του γονιδίου Tbx1 (που έχει συνδεθεί με εκδηλώσεις του συνδρόμου di George στην αδαμαντίνη των δοντιών των πασχόντων), του οποίου η ακύρωση της δράσης (knock-out) σε ποντίκια οδήγησε σε απώλεια λειτουργικότητας των αδαμαντινοβλαστών και δομικές αλλοιώσεις της αδαμαντίνης 45. Χαρακτηριστική είναι η σημασία της έλλειψης λειτουργικότητας και άλλων γονιδίων (Msx, Dlx), που σχετίζεται άμεσα με την απουσία αδαμαντίνης 46. ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ ΟΔΟΝΤΙΝΗΣ-ΠΟΛΦΟΥ Το σύμπλεγμα οδοντίνης-πολφού επιδεικνύει, σε αντίθεση με την αδαμαντίνη, σημαντική επανορθωτική/αναγεννητική ικανότητα 47. Προκειμένου να γίνουν αντιληπτοί οι μηχανισμοί επανόρθωσής/αναγέννησής του και οι στόχοι της αναγεννητικής οδοντιατρικής αναφορικά με αυτό γίνεται σύντομη αναφορά στην ιστολογική δομή και διάπλαση της οδοντίνης. Στοιχεία ιστολογικής δομής του συμπλέγματος οδοντίνης/πολφού Η οδοντίνη αποτελεί έναν από τους ιστούς του ενασβεστιωμένου περιβλήματος του δοντιού, το οποίο στο εσωτερικό του περιέχει το κοίλο του πολφικού θαλάμου. Ο οδοντικός πολφός αποτελεί όργανο με σημαντική λειτουργική αποστολή (παραγωγή και διατήρηση ζωτικότητας της οδοντίνης) 47. Η σύνδεση οδοντίνης-πολφού πραγματοποιείται μέσω των οδοντινοβλαστικών αποφυάδων των οδοντινοβλαστών. Αναφορικά με τα οργανικά συστατικά της οδοντίνης, το 90% αποτελείται από κολλαγόνο (κυρίως τύπου Ι). Το υπόλοιπο 10% συνίσταται σε μη κολλαγονοειδή συστατικά, όπως: τις γλυκοζαμινογλυκάνες, τις φωσφοπρωτεΐνες, την οστεοκαλσίνη, την οστεοποντίνη, την οστεονεκτίνη κ.ά. 48. Στα συστατικά της οργανικής μήτρας της οδοντίνης ανήκουν επίσης μορφογενετικοί παράγοντες, όπως οι οστικές σιαλοπρωτεΐνες (π.χ. BMP-2), καθώς και η οδοντινική σιαλοφωσφοπρωτεΐνη (DSPP), η οποία συμμετέχει στη διαδικασία διάπλασης και ενασβεστίωσης των δοντιών 49. Τέλος, η οδοντίνη περιέχει και πλήθος αυξητικών και αγγειογενετικών παραγόντων (TGF-β, IGF-1 και -2, FGF-2, VEGF) 50,51, οι οποίοι διατηρούν την ομοιόσταση του συστήματος οδοντίνης-πολφού. Το κυριότερο ανόργανο συστατικό της ώριμης οδοντίνης είναι το φωσφορικό ασβέστιο (68-70% του βάρους της). Επιπλέον, περιέχει ανθρακικό ασβέστιο (3-4% του βάρους της), νερό (11-12% του βάρους της) 52 και ανόργανα στοιχεία (F, Pb, Mg, Fe, Sr, Zn κ.ά.) 48. Στοιχεία εμβρυϊκής διάπλασης του συμπλέγματος οδοντίνης/πολφού Κατά τη διάρκεια της οδοντικής διάπλασης, οι προοδοντινοβλάστες διαφοροποιούνται σε οδοντινοβλάστες, μετά από τη διαίρεση, τον προσανατολισμό και μια σειρά κυτταρικών μεταβολών των δομικών στοιχείων τους. Οι οδοντινοβλάστες συνθέτουν το πρώτο στρώμα της οδοντίνης (επενδυτική οδοντίνη), το οποίο περιέχει κολλαγόνες ίνες και κοκκία υλικού 25 και στη συνέχεια την περιπολφική οδοντίνη, η οποία περιέχει πιο λεπτές και σταθερότερου προσανατολισμού κολλαγόνες ίνες 53. Γενικά η παραγωγή της οδοντίνης διακρίνεται σε δύο φάσεις οι οποίες εξελίσσονται παράλληλα, αλλά σε διαφορετικές περιοχές: α) τη μεταβολική λειτουργία των οδοντινοβλαστών (παραγωγή πρωτε-

7 Αναγεννητική Οδοντιατρική: Σύγχρονα ερευνητικά δεδομένα και προοπτικές κλινικής εφαρμογής 49 ϊνών, γλυκοπρωτεϊνών, λιπιδίων και υδατανθράκων), και β) την ενασβεστίωση του οργανικού υποστρώματος της οδοντίνης 48. Η τελευταία πραγματοποιείται με τη μεσολάβηση πρωτεϊνών της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας 49, που προκαλούν το σχηματισμό πυρήνων ενασβεστίωσης και τη σταδιακή αύξησή τους σε κρυστάλλους υδροξυαπατίτη. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας σημαντικός κρίνεται και ο ρόλος των φωσφοπρωτεϊνών και πρωτεογλυκανών, μορίων τα οποία εξαιτίας της χημικής τους συγγένειας με τα ιόντα ασβεστίου που προέρχονται από την αιματική κυκλοφορία αναπτύσσουν κρυστάλλους φωσφορικού και ανθρακικού ασβεστίου. Στη συνέχεια, και μετά την απορρόφηση των πρωτεογλυκανών στην περιοχή της ενασβεστίωσης, ξεκινάει η εναπόθεση ανόργανων αλάτων στο εξωκυττάριο υλικό. Αντιδραστικές-επανορθωτικές διαδικασίες του συμπλέγματος οδοντίνης/πολφού Η οδοντίνη που εναποτίθεται κατά την αναπτυξιακή ανατολή των δοντιών αποτελεί την πρωτογενή οδοντίνη. Ωστόσο, η εναπόθεσή της συνεχίζεται καθʼ όλη τη λειτουργική τους περίοδο, ως φυσιολογική ή αντιδραστική-επανορθωτική διαδικασία. Η οδοντίνη που σχηματίζεται στη φάση αυτή φυσιολογικά ονομάζεται δευτερογενής οδοντίνη, ενώ αυτή που σχηματίζεται ως αντίδραση σε εξωτερικά ερεθίσματα ονομάζεται τριτογενής οδοντίνη 25. Η τελευταία απαντάται ως: α) αντιδραστική οδοντίνη (reactionary dentin), η οποία εναποτίθεται από τις οδοντινοβλάστες και τα κύτταρα του Hoehl, ως απάντηση σε ήπια ερεθίσματα π.χ. μικρές τερηδονικές βλάβες, ήπια αποτριβή, μικρά κατάγματα στα όρια αδαμαντίνης-οδοντίνης κ.ά. τα οποία δεν προκαλούν καταστροφή της οδοντινοβλαστικής στιβάδας β) επανορθωτική οδοντίνη (reparative dentin), η οποία παράγεται ως απάντηση σε πιο σοβαρά ερεθίσματα, όπως π.χ. βαθιές τερηδονικές βλάβες και αποκαταστατικές διαδικασίες (π.χ. αδροποίηση με ορθοφωσφορικό οξύ κ.ά.) και έχουν ως συνέπεια να καταστραφεί μέρος ή ολόκληρη η οδοντινοβλαστική στιβάδα. Στην τελευταία περίπτωση παρατηρείται αντικατάσταση των οδοντινοβλαστών από άωρα πολφικά μεσεγχυματικά κύτταρα, τα οποία μεταναστεύουν από τις περιαγγειακές περιοχές και διαφοροποιούνται παράγοντας επανορθωτική οδοντίνη 54. Αναγέννηση του συμπλέγματος οδοντίνης/πολφούσύγχρονα ερευνητικά δεδομένα Ερευνητικά πρωτόκολλα αναγέννησης οδοντινοπολφικού συμπλέγματος Για την αναγέννηση του συμπλέγματος οδοντίνης-πολφού έχουν κυρίως προταθεί οι ακόλουθες αναγεννητικές προσεγγίσεις: (α) Επαναδημιουργία αγγειακού δικτύου μέσω του σχηματισμού θρόμβου Υπάρχουν ήδη δημοσιευμένες κλινικές περιπτώσεις 55-57, στις οποίες αναφέρεται η δυνατότητα επαναδημιουργίας αγγειακού δικτύου σε νεκρό πολφό ακολουθούμενη από ολοκλήρωση της διάπλασης της ρίζας σε μόνιμα δόντια με αδιάπλαστο ακρορρίζιο μετά από πρόκληση αιμορραγίας με έξοδο μικροεργαλείου στους περιακρορριζικούς ιστούς με αποτέλεσμα τη δημιουργία αιματικού θρόμβου μέσα στο ριζικό σωλήνα. Σημαντικό στοιχείο της τεχνικής είναι η προηγούμενη απολύμανση των ριζικών σωλήνων με υγρά διακλυσμών και η εφαρμογή τριπλού αντιβιοτικού σχήματος σιπροφλοξασίνης, μετρονιδαζόλης και μινοκυκλίνης) για 3 εβδομάδες 57. Ο αιματικός θρόμβος που σχηματίζεται λειτουργεί ως ικρίωμα για την μετανάστευση βλαστικών κυττάρων από τους περιακρορριζικούς ιστούς και περιέχει πλήθος αυξητικών παραγόντων που επάγουν την αναγέννηση ρίζας-πολφού. Σημαντική είναι επίσης η μυλική απόφραξη με αποκαταστατικό υλικό (π.χ. υαλοϊονομερή κονία) που θα εμποδίσει τη βακτηριακή μικροδιείσδυση κατά την αναγεννητική διαδικασία 23. Η τεχνική αυτή είναι απλή και εκμεταλλεύεται τις αναγεννητικές ικανότητες του ξενιστή χωρίς να απαιτεί την εξωγενή μεταμόσχευση κυττάρων. Ωστόσο, ερωτηματικά παραμένουν για την αποτελεσματική διοχέτευση οξυγόνου στο ριζικό σωλήνα για την πλήρη αναγέννηση του πολφικού ιστού, ενώ δεν υπάρχουν μέχρι στιγμής ιστολογικά δεδομένα για τα χαρακτηριστικά των αναγεννηθέντων ιστών σε αυτούς τους ασθενείς. (β) Δημιουργία και εμφύτευση πρόδρομων οδοντικών δομών ή πλήρως σχηματισμένου πολφού Η αναγέννηση του συμπλέγματος οδοντίνης/πολφού έχει μέχρι στιγμής βασιστεί σε μεγάλο βαθμό στη χρησιμοποίηση του τριπτύχου ιστικής μηχανικής, δηλαδή στο συνδυασμό κατάλληλων βλαστοκυτταρικών πληθυσμών με βιομιμητικά ικριώματα και αυξητικούς/ μορφογενετικούς παράγοντες που δίνουν τα απαραίτητα μοριακά σήματα 58. Αναλυτικότερα: Βλαστικά κύτταρα Μεταξύ των διάφορων κατηγοριών οδοντικής προέλευσης βλαστικών κυττάρων για την αναγέννηση του συμπλέγματος οδοντίνης-πολφού κυρίαρχη