Как вырастить новые зубы

Зубы

выращивание зубов

Зубы у человека, казалось бы, вырастают только два раза в жизни. Молочные сменяются постоянными — вот и весь цикл, далее возможны только искусственные методы возвращения зубов. Но последние исследования ученых показали, что выращивание новых, третьих по счету, но своих зубов — реальность, причем совершенно не отдаленная.

Какие гены отвечают за развитие зубов?

Учеными Цюрихского университета был обнаружен ген, отвечающий за состояние зубов. Этот ген носит название «Jagged2» и от него зависит, как будет формироваться и расти зуб.

Если «Jagged2» не активен, то локус Notch (особый участок хромосомы), отвечающий за развитие всех тканей организма и формирование зубов, начинает работать с ошибками.

Это открытие швейцарских ученых позволяет использовать потенциал стволовых клеток не только для лечения заболеваний зубов, но и для выращивания новых. Помимо этого, перед врачами открываются большие возможности в управлении биологическими механизмами организма человека. Однако ученые из Рочестерского Университета приняли решение не останавливаться на этом открытии, и узнать, как именно растут зубы.

Были получены следующие результаты исследований:

зубная эмаль формируется путем минерализации белков, выделяемых эпителием; зубная пластинка формируется во время внутреутробного этапа развития. Ими было обнаружено, что выключение гена Osr 2 приводит к деформации зубов и к вырастанию их за пределом нормальной линии роста, а также появления волчьей пасти. Для инициирования же роста зубов необходим костный морфогенетический белок Bmp 4, который усиливается геном Msx 1. Если ген Osr 2 не работает, то Bmp 4 провоцирует рост зубов далеко за пределами зубного ряда.

genyzubov

За развитие зубов отвечают определенные гены

У мышей, у которых был отключен ген Msx 1, не выросло ни одного зуба, а у тех, у которых одновременно удалялись и Msx 1 и Osr 2, появлялись только первые коренные зубы. Это позволило понять, что без гена Osr 2 белка Bmp 4 все же хватает на то, чтобы во рту хоть что-то выросло, но без Msx 1 строительство зуба невозможно. Также учеными экспериментально (у мышей) был нарушен фактор транскрипции гена Tbx 1, который играет принципиальную роль в развитии зубной эмали. Его отключение привело к тому, что у объектов эксперимента в дальнейшем была обнаружена нехватка эмали. Одновременно ученые из Орегонского университета пришли к выводу, что на недостаток эмали влияет и еще один ген — Ctip 2, то есть искусственное отключение фактора его транскрипции. Знание этих законов может и должно стать революцией в генной инженерии и привести к целому ряду медицинских открытий. Предполагается, что специально запрограммированные стволовые клетки будут запускать процесс самовосстановления разрушенного зуба, и также с их помощью можно будет бороться с патологиями развития зубочелюстной системы, таких, как волчья пасть или заячья губа.

Способы выращивания зубов у человека

В настоящий момент созданы два основных метода, по которым происходит искусственное выращивание зубов — внутренний и внешний. Каждый из них имеет право на существование, и в будущем может применяться для возвращения человеку полноценного зубного ряда.

Внутренний

Вырастить « в пробирке» можно не только зуб, но и практически что угодно. Но можно ли вырастить зуб сразу в ротовой полости человека? Украинский генетик разработал способ, позволяющий это делать. Он предлагает делать инъекции на основе стволовых клеток, полученных их молочных зубов непосредственно в то место во рту пациента, где был зуб. После попадания в десну эти стволовые клетки начнут размножаться, и в течение 3–4 месяцев на этом месте вырастет новый зуб.

detskiezubi

Фото: Стволовые клетки можно получать из выпавших детских зубов

Материал для инъекций был получен ученым из выпавших детских зубов. Таким образом, эта технология выращивания является исключительно простой, но относительно долгой. На данный момент все исследования в этой области приостановлены по причине отсутствия финансирования.

Наружный Существуют два основных способа вырастить новые зубы из стволовых клеток во внешней среде — в органной культуре или в специальной капсуле (пробирке), которая прикрепляется к печени крысы. Этим занимаются японские ученые, которым действительно удалось заменить настоящий зуб искусственно выращенным. Для того чтобы вырастить полноценный зуб, учеными были использованы примитивные клетки, стоящие выше, чем стволовые — эпителиальные и мезенхимальные. Инъекция клеточного материала делается в коллагеновый каркас, в дальнейшем помещаемый либо в органную культуру, либо в пробирку.

Первые зубы были выращены у мышей

Фото: Первые зубы были выращены у мышей

Выращенный таким образом зуб принял зрелую форму, состоящую из полноценных частей — дентина, пульпы, сосудов, периодонтальных тканей и эмали. Процесс роста занимает 14 дней. Пока что исследования проводились на зубах мышей и полученный искусственно зуб имел длину около 1,3 мм. Когда его имплантировали на место удаленного резца мыши, он хорошо прижился и в дальнейшем нормально функционировал.

Видео: в Японии научились выращивать зубы

Критика выращивания из стволовых клеток

Несмотря на то, что появившаяся возможность вырастить заново человеческие зубы может стать огромным шагом в развитии стоматологии и медицины в целом, врачи-стоматологи видят в этом методе ряд проблем, которые пока неизвестно, как решать. Так, для того, чтобы воссоздать полноценный зуб, ученые должны заставить стволовые клетки делиться одновременно по разным направлениям. Зубы, как производные эпителиальных тканей, состоят из твердых (дентин, эмаль) и мягких (пульпа) тканей. Цель выращивания зуба — создание органа определенных размера и формы, и как заставить клетки принимать именно их, а не превращать в бесформенную клеточную массу, непонятно. То, что у японцев разово получилось вырастить идентичный мышиный зуб, еще не говорит о том, что стволовые клетки будут вести себя таким образом постоянно. И, продолжают стоматологи, важно не только то, как вырастить третьи зубы, но и как их вживить. Даже если и будут получены зубы необходимой формы и размеры, их нужно будет удачно имплантировать в рот пациента. Нет никакой гарантии, что «собственные» зубы будут хорошо приживаться. Врачи на практике знают, что выпавший или вывихнутый зуб очень сложно, на грани невозможности, вживить обратно в челюсть пациента. Методика аутотрансплантации зубов, при которой на место удаленных зубов пересаживаются собственные зубы пациента, не получила распространения как раз по причине низкой клинической эффективности. Так почему тогда должны хорошо приживаться искусственно выращенные зубы?

стоматологи

Фото: Многие стоматологи не верят в возможность выращивания зубов

К тому же, пересаживать предполагается не полностью выросший зуб, а его зачаток. И как можно предугадать, что в действительности вырастет на месте этого зубного зачатка? Будет ли это именно тот зуб, на место которого осуществляется имплантация? Или на месте, к примеру, резца, вырастет клык? Вопрос дифференциации зубов остается открытым. А как стимулировать рост этого зубного зачатка? Где гарантия, что он не останется на ранней стадии своего развития и все же прорежется? Исследования в области стимуляции роста таких зубов ведутся, но стабильного успеха добиться не удается. Следующий вопрос с зачатками — как организовать их питание? Растущие в естественных условиях зубы получают питание через сеть тонких сосудов, которые в дальнейшем превращаются в сосудисто-нервный пучок пульпы. Каким образом искусственно создать подобный механизм — вопрос пока что неразрешимый.

Предполагаемые цены

Ожидается, что стоимость такого вида протезирования для пациентов не будет существенно отличаться от цены традиционного искусственного протезирования. Пока что вся имеющаяся информация по искусственному выращиванию, которая появляется в средствах массовой информации, говорит об опытах, проводимых на крысах и мышах. Прежде чем вышеозначенные и многие другие спорные вопросы будут решены, и выращенные отдельно зубы будут доступны широкому кругу пациентов, методике предстоит пройти еще долгий путь. Технология должна быть отработана в качестве экспериментов на животных, потом пройдет ряд клинических испытаний на людях, и только после этого она начнет использоваться в практической стоматологии. Предположительно, что массово внедрять искусственно полученные настоящие зубы начнут в 2030–х гг., самое раннее с середины 2020–х гг.

Источник: zubzone.ru

Алекс Жаворонков: О перспективах лечения старения

Теории старения

Алекс Жаворонков - основатель компании Insilico Medicine (Балтимор, США), кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией биоинформатики ФНКЦ ДГОИ, директор Фонда биогеронтологических исследований, директор International Aging Research Portfolio http://loop.frontiersin.org/

Интервью в рамках МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «БИОМЕДИЦИНСКИЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ ЗДОРОВОГО ДОЛГОЛЕТИЯ» (25-28 апреля 2016 г., Санкт-Петербург, Россия)
Спонсор конференции: http://www.ivao.com/

Над выпуском работали: Ольга Ёлкина (продюсер), Александр Жданов (видеооператор), Руслан Бадертдинов

Источник: Россия2045 Опубликовано: 10 мая 2016 г.

Делеция гена Per2 стабилизирует количество иммунных клеток и увеличивает продолжительность жизни

Немецкие исследователи из Института изучения старения – Института Фрица Липманна в Йене, работающие под руководством доктора Карла Ленхарда Рудольфа (Karl Lenhard Rudolph), идентифицировали ген Per2, делеция которого обеспечивает стабилизацию количества иммунных клеток в крови стареющих мышей и увеличивает продолжительность их жизни за счет повышения эффективности иммунной защиты.

Старение организма сопровождается повышением риска развития хронических и острых инфекционных заболеваний. Причиной этого является снижение способности гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) давать начало достаточному количеству иммунных клеток. Особенно страдает процесс их дифференцировки в лимфоциты, что приводит к изменению количественного соотношения клеток крови и появлению нарушений иммунной защиты, ухудшающих общее состояние здоровья стареющего организма. Существуют экспериментальные данные, согласно которым возникновению таких иммунных нарушений способствует накопление повреждений ДНК.

В рамках своего последнего исследования авторы в экспериментах на мышах с помощью метода РНК-интерференции провели скрининг 459 генов, предположительно обладающих супрессивными свойствами в отношении опухолей. Целью этого было выявление генов, ограничивающих потенциал гемопоэтических стволовых клеток к самообновлению в ответ на повреждения ДНК и старение. Согласно результатам скрининга, важнейшим фактором, ограничивающим жизнеспособность и репопуляционный потенциал гемопоэтических стволовых клеток, оказался ген Per2, ранее известный как один из генов, регулирующих цикл сна-бодрствования.

Исследователи продемонстрировали, что делеция этого гена повышает эффективность реагирования гемопоэтических стволовых клеток на повреждения ДНК, что ведет к стабилизации их функционирования в организме стареющих мышей, сохранению нормальной продукции лимфоцитов и, соответственно, улучшению иммунной функции. Важен также тот факт, что описанный эффект распространялся и на повреждения ДНК, вызванные укорочением защитных концевых участков хромосом теломер – механизма, считающегося одним из основных компонентов процесса старения человека.

Наблюдения за такими животными продемонстрировали их меньшую восприимчивость к инфекционным заболеваниям, что увеличивало продолжительность жизни на 15% без повышения частоты развития рака.

Per2
График из статьи в Nature Cell Biology.

По словам авторов, полученные результаты являются одновременно очень многообещающими и неожиданными, так как существование такой выраженной взаимосвязи между нейтрализацией одного гена и работой иммунной системы оказалось достаточно неожиданным. В будущем необходимо выяснить, распространяется ли она на человека. Несмотря на то, что между человеком и мышами имеется достаточно выраженное генетическое сходство, гены обычно регулируют множество процессов в организме, и потенциальные побочные эффекты делеции гена Per2 нуждаются в тщательном выяснении. Интересен тот факт, что мутации этого гена у человека ассоциированы с выраженными нарушениями сна, ведущими к сильной усталости пациентов в ранние вечерние часы. На сегодняшний день неясно, имеют ли такие мутации положительные эффекты, такие как улучшение иммунной функции в преклонном возрасте. Этот вопрос исследователям еще предстоит выяснить.

Статья Wang J et al. Per2 induction limits lymphoid-biased haematopoietic stem cells and lymphopoiesis in the context of DNA damage and ageing опубликована в журнале Nature Cell Biology.

Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Leibniz Institute on Aging – Fritz Lipmann Institute: Turn off Per2 – Turn on Healthy Aging

21.04.2016

Компания Bioquark попытается оживить человеческий мозг после его смерти

Мозг

зомби

Некоторые рыбы и амфибии способны отращивать утраченные доли своего мозга, но способен ли человеческий мозг к подобной гибкости после того, как его клетки погибли? Филадельфийская биотехническая компания Bioquark получила официальное разрешение от Независимого комитета по этике (IEC) на проведение экспериментов на мозге пациентов, официально признанных мёртвыми. Для начала специалисты компании будут исследовать возможность частичной регенерации повреждённого мозга, но основной целью проекта является возможность оживления мозга после того, как он был признан мёртвым.

Американские исследователи отправятся в индийский госпиталь Анупам, где на протяжении шести недель будут взаимодействовать с телами людей, пережившими серьёзную травму мозга и теперь официально объявленными клинически мёртвыми. Тем не менее их тела поддерживаются аппаратами искусственного жизнеобеспечения, поэтому в них по-прежнему циркулирует кровь, образуются отходы жизнедеятельности, на них заживают раны и так далее. Учёные попытаются восстановить мозг этих людей с помощью введения стволовых клеток и коктейлей из различных пептидов, будут пробовать стимулировать их нервную систему, а также применять различные другие экспериментальные методики. Компания Bioquark получила разрешение на работу с 20 пациентами.

«Мы получили разрешение на работу с первыми 20 подопытными и очень надеемся, что у нас получится найти таких пациентов как можно быстрее. Разумеется, мы работаем в тесной связи с сотрудниками госпиталя, чтобы найти семьи этих людей, убедиться, что их родные и близки не против наших исследований по религиозным или каким-либо другим убеждениям. Первые результаты наших экспериментов будут обнародованы в течение последующих нескольких месяцев», — рассказал президент компании Bioquark Ира Пастор журналистам.

Учёные полагают, что стволовые клетки вполне могут «перезагрузить» жизнь клеток мозга и привести к регенерации его тканей. В природе подобная регенерация встречается у некоторых существ, их мозг способен восстанавливаться после травмы, словно оторванные конечности саламандры. Ира Пастор уверен, что эти исследования являются первым и очень важным шагом к открытию методики возвращения людей буквально с того света. Проект получил название The ReAnima Project. Сложно сказать, получится ли у Bioquark создать первых в мире зомби, но за проектом определённо будет очень интересно наблюдать со стороны.

04.05.2016 Источник: hi-news.ru

Ученые научились редактировать ДНК человека с точностью до одной «буквы»

ДНК

Биологи из США, Швеции и Китая создали новую версию популярного геномного редактора CRISPR/Cas9, которая позволяет фактически безошибочно удалять мутации длиной всего в одну "букву" ДНК и исправлять ошибки в генах.

Молекулярные биологи из США, Швеции и Китая создали новую версию популярного геномного редактора CRISPR/Cas9, которая позволяет фактически безошибочно удалять мутации длиной всего в одну «букву» ДНК и точечно исправлять ошибки в генах, говорится в серии статей, опубликованных в журнале Nature.

«Эти белки можно назвать самым продвинутым, острым и точным генетическим скальпелем, который позволит нам проводить самые деликатные геномные «операции» в самых труднодоступных клетках. Он станет незаменимым помощником для биоинженеров и ученых и, возможно, в конечном итоге войдет в клиническую практику и позволит нам собирать уникальные «авторские» геномы, в том числе и в клетках человека», – прокомментировал открытие Крис Саха (Chris Saha) из университета штата Висконсин в Мэдисоне (США).

Геномный редактор CRISPR/Cas9, названный главным научным прорывом 2015 года, был создан американским ученым Фэнем Чжаном (Feng Zhang) и рядом других молекулярных биологов примерно три года назад, и с тех пор он пережил несколько модернизаций, которые позволяют ученым использовать его для редактирования генома со стопроцентной точностью.

Главным недостатком этой системы модификации генома, как пишут участники сразу трех научных групп, являлось то, что CRISPR/Cas9 позволяет редактировать участки ДНК длиной в несколько десяток «букв». Подобный «блоковый» характер редактирования не мешает опытам по созданию новых трансгенных организмов, но он избыточен и даже вреден для медицинских целей – зачастую исправление того или иного гена требует точечного удаления или замены всего одной «буквы»-нуклеотида.

Дэвид Лиу (David Liu) из Гарвардского университета, Эммануэль Шарпентье (Emmanuelle Charpentier) из университета Умеа (Швеция) и Чживей Хуан (Zhiwei Huang) из Технологического института Китая (Харбин) нашли два способа избавить CRISPR от этого недостатка.

Первый из них заключается в том, что ученые «приклеили» белок CRISPR к другому ферменту, который преобразует один тип нуклеотидов в другой (цитозин в тимин в данном случае), благодаря чему, используя обычные «шаблоны» участка с неправильным нуклеотидом, его можно использовать для исправления единичных опечаток (Komor et al., Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage).

Второй способ состоит в том, что вместо Cas9 используется другой бактериальный белок Cpf1, который Шарпентье (Fonfara et al., The CRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA) и Хуан (Dong et al., The crystal structure of Cpf1 in complex with CRISPR RNA) независимо друг от друга выделили из организма двух разных микробов – внутриклеточного паразита Francisella novicida и бактерии микрофлоры Lachnospiraceae. Он особым образом взаимодействует с РНК-«шаблонами», по которым осуществляется редактирование генома, позволяя им содержать минимальное число букв. Пока ученые не приспособили этот белок для редактирования генома, но они уверены, что у них это получится сделать.

Главной особенностью обоих методов является то, что применение подобных вариаций CRISPR не приводит к появлению двухнитевых разрывов в спирали ДНК после удаления неправильной «буквы», что обычно провоцирует появление еще большего числа мутаций. Это дает надежду на то, что в ближайшее время человечество получит медицинский инструмент, способный удалять точечные мутации из генома человека, часто являющиеся причиной развития рака и целого ряда тяжелых врожденных болезней.

генетический код здоровья

21.04.2016 Источник: РИА Новости ria.ru

ИЗ ДРУГОГО ИСТОЧНИКА:

Редактирование генома добралось до точечных мутаций

Биологи из Гарвардского Университета модифицировали метод редактирования генома с помощью системы CRISPR/Cas9 таким образом, что теперь точечные изменения в ДНК можно вводить без разрезания ее нитей, которое может быть опасно само по себе. Новая методика подразумевает исправление точечных мутаций гораздо более прямым путем, чем это делалось до сих пор. Работа опубликована в журнале Nature.

Ранее схема редактирования генома как в случае точечных мутаций, так и при внесении больших вставок или делеций, была одной и той же. Ученые вводили в клетку направляющую последовательность РНК, которая должна была найти ген-мишень, а также фермент-ножницы, способный разрезать ДНК в том месте, где укажет направляющая последовательность.

Появление разрыва стимулирует клетки как можно быстрее от него избавится. Если после разрыва у клеточных ферментов нет «под рукой» подходящего образца для восстановления цельной последовательности, то происходит простое скрепление разорванных концов нити ДНК (путь non-homologous end joining). Такой путь опасен тем, что ферменты могут случайно вводить лишние основания, сбивая аминокислотную рамку считывания гена.

Если задача исследователей заключается в том, чтобы просто «сломать» ген — такая неаккуратность ферментов работает в пользу ученых. Но если цель в том, чтобы точечно заменить один нуклеотид на другой (как в случае многих наследственных заболеваний), или ввести новую последовательность, то необходимо снабжать клетки правильной последовательностью-образцом. Такая последовательность, если она достаточно похожа на разорванную, заменяет ее собой — этот процесс называется гомологичной рекомбинацией. Снабжая клетки одновременно ферментом-ножницами с направляющей РНК и последовательностью-образцом с нужной мутацией, можно вводить в геном точечные или любые другие изменения.

Проблема в том, что реальная эффективность рекомбинации невелика (не более десятка процентов) и для точечных мутаций сильно избыточна и переусложнена. Поэтому авторы статьи изобрели новый подход к внесению точечных мутаций. Он, как и классический CRISPR/Cas9, на первом этапе включает поиск геномной мишени за счет направляющей РНК, но разрыва в нее не вносится. Вместо этого один нуклеотид прямо заменяется на другой с помощью прикрепленного к Cas9 специального фермента.

В своей работе авторы приводят такую схему. Один из нуклеотидов пары GC сначала лишается аминной группы — цитозин превращается в урацил (C→U). Образуется неправильная пара GU. Такие пары может находить система точечной репарации (это отдельная клеточная система, не связанная с репарацией разрывов), и вырезать один из нуклеотидов. Если из «неспаренной пары» вырезается G, а не U, то в конце концов мы получаем ген, где на месте исходной пары GC появился новый AU (или AT, в генетическом смысле это одно и то же).

Схема замены пары нуклеотидов GC на AT.

Komor, A. C., Kim, Y. B., Packer, M. S., Zuris, J. A. & Liu, D. R. Nature, 2016

Из двух оснований «неспаренной пары» одно, предназначенное к удалению, выбирается ферментами случайно, если только речь не идет о свежесинтезированной ДНК. Однако ученые смогли сдвинуть случайность в нужную сторону, внеся одноцепочечные разрывы только в одну из двух цепей ДНК за счет остаточной активности Cas9. В результате ученые добились замены последовательности у 15-75 процентов клеток в культуре на нужную. При этом уровень ошибок (когда разрыв в ДНК все-таки происходил и он заканчивался простым склеиванием ДНК) составил менее одного процента случаев. Основным недостатком нового метода является то, что для каждого типа изменения, которое нужно ввести в ДНК, требуется подобрать свой собственный набор ферментов. Новый метод пока позволяет менять только пары CG на AT. Для того, чтобы ввести обратную мутацию, требуется использовать другие ферменты и, возможно, другой подход. Тем не менее, это потенциально позволяет лечить многие генетические болезни, очень большая доля которых связана как раз с такими точечными мутациями.