牙组织工程(Tooth Tissue Engineering)系指利用体外和体内培养的手段从单细胞获得整个牙的组织工程手段。近年来,有关牙组织工程的研究取得了许多阶段性的成果,并显示出潜在的应用前景。
美国国家牙科及颅面研究所(National Institute of Dental and Craniofacial Research,NIDCR)已将牙的组织工程列入2003—2008 5年计划中的3个主要方向之一。依托研究所建立的公司如Dentigenix(已被义或嘉一伟瓦登特公司收购)和Odontis的出现,能为相关的研究提供更多的支持。日本的日立公司(Hitachi)宣布主要投资建设在日本东京大学的研究所从事牙干细胞研究,目标是在2007年前生产出市场化的牙干细胞供临床医师使用。这些动态表明越来越多的学者从事此领域的研究及巨大的商业潜力。
从目前已发表的文献来看,已明确获得牙或类似牙结构的研究机构有3组:
1.美国Forsyth研究所:该所Yelick教授领导的小组分别于2002年和2004年利用解离后的猪和大鼠的牙胚混合细胞种植于生物支架上,并植入大鼠体内,获得了类似牙的硬组织结构;
2.英国国王大学:该大学GKT牙科研究所Paul Sharpe教授领导的研究小组在2004年利用小鼠胚胎牙上皮和不同来源的间充质及骨髓干细胞重组,并再植入小鼠体内获得了牙结构;
3.法国路易巴斯德大学和中国首都医科大学口腔医学院:由Herve Lesot高级研究员和王松灵教授领导的法中联合研究小组于2004年利用小鼠胚胎牙上皮和间充质细胞,于体外重组培养获得了牙结构。
以上3个研究小组使用的都是动物模型,而对于人体的牙体组织工程,NIDCR的华人学Songtao Shi领导的研究小组先后发现了牙髓和牙周干细胞。虽然这些细胞的细胞学行为还有待于进一步的分析解释和证明,其发现仍为利用成体干细胞进行人体牙组织工程提供了很好的基础。
牙发生发育与组织工程间的关系
众所周知,牙的发生发育经历初始发生期、蕾状期、帽状期、钟状期、分化期、分泌期以及牙根的形成等阶段,由上皮和间充质的相互作用完成。十分有趣的是,研究揭示,即便使用单细胞进行培养,新的牙结构的发生和发育也要经历这些必然阶段。
目前学术界在牙发生发育起始阶段的决定作用是上皮还是间充质还存在着很大的争议。牙间充质的存在及完整性似对牙的正常形态及牙尖数目有着决定性的作用,这一点与目前占主流的牙上皮中原发性釉结节对牙形态及数目的决定作用不符。对于牙发生发育的机制的进一步研究,将在很大程度上推进牙组织工程研究。但在牙发生的机制被真正揭示之前,有关牙组织工程研究的设计尚有待进一步探讨。
牙组织工程与生物支架
生物支架的使用在组织工程学研究中巳成为不可替代的一部分,但对于在牙组织工程研究这一特殊领域中是否使用生物支架,尚有很大的疑问。因为静态的支架无法适应在体积和形态上不断变化的牙胚发育的需要,而只能对其生长产生障碍。研究结果表明,在不使用生物支架的情况下,细胞仍可自行构建出三维立体结构的牙胚。虽然其中的机制尚不清楚,但这一结果明确表明,牙形态的生物支架在牙的组织工程中的作用可能不一定需要。