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幹細胞在口腔醫學中的研究與應用特點

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摘要背景:牙髓幹細胞、骨髓基質幹細胞和牙周膜幹細胞屬於口腔中的成體幹細胞,具有成體幹細胞的兩大特徵:較強的自我更新能力和分化潛能。透過對口腔中多種幹細胞的深入研究,有助於人類更加深入地揭示牙齒硬組織形成過程與誘導機制,進而指導臨牀相關治療與預防。目的:總結各類口腔成體幹細胞的特點及在臨牀中的應用前景。結果與結論:隨着研究的深入,口腔特有的成體幹細胞將會逐漸被發現,從而建立完整的幹細胞庫,爲口腔各組織的組織工程研究提供可能的細胞來源。

幹細胞在口腔醫學中的研究與應用特點

關鍵詞:幹細胞;牙髓幹細胞;骨髓基質幹細胞;牙周膜幹細胞;口腔醫學;綜述文獻

0 引言

幹細胞根據其來源不同可以分爲4種[1]:①成體幹細胞:在胎兒、兒童和成人組織中存在的多能幹細胞統稱爲“成體幹細胞”。成體幹細胞是指那些組織或器官特異性幹細胞,主要用於保持細胞功能的穩態。②胚胎幹細胞:是指在受精卵植入子宮壁之前取自於囊胚內細胞團的胚胎幹細胞,胚胎幹細胞具有多向分化能力,能自我複製,但這項研究會引起倫理上的爭議。③胎兒幹細胞:妊娠大約3個月時胎兒器官形成,妊娠6個月時胎兒器官逐漸增大並可獨立於胎盤行使的能力,胎兒生長迅速,所以包括腦在內的所有組織中均含有幹細胞,同樣對於胎兒幹細胞的研究也存在着強烈的倫理爭議。④核移植幹細胞:核移植幹細胞與成體幹細胞具有的遺傳資訊完全相同,而且能夠產生身體所有組織的替代細胞。相當於自體移植,因而避免了幹細胞在移植中的免疫排斥問題。

目前,成體幹細胞是幹細胞領域研究的新熱點。近來有研究表明,面板、乳腺、肌肉、甚至神經組織等成熟組織器官中都存在成體幹細胞[2-4]。因此,本文就口腔中各類成體幹細胞的特點及應用前景做一綜述。

1 資料和方法

1.1 資料來源

由第一作者於2008-01/2009-05進行檢索。檢索時限爲1999-01/2009-04。檢索

1.2 入選標準

納入標準:幹細胞在口腔醫學領域裏的基礎研究及臨牀應用方面的文獻。

排除標準:①較陳舊的文獻。②重複研究。

1.3 數據的提取

共收集到80篇關於各種口腔幹細胞的特點及其臨牀應用方面的文獻,排除發表時間較早、重複及類似研究,納入19篇符合標準的文獻。

2 結果

恆牙因各種原因出現缺損缺失,需要以人工修復體來恢復口腔功能和麪容美觀。目前治療措施有填充材料、種植牙、烤瓷牙等,但所有這些都不是最理想的治療方法,幹細胞的研究將有利於改善這些情況。以下將描述幾種幹細胞在口腔醫學中的應用。

2.1 牙髓幹細胞(dental pulp stem cells, DPSCs)

牙髓幹細胞是一類來源於成年機體牙髓組織,具有自我更新和多向分化潛能的未分化細胞,2000年Gronthos等[5]首次提出這一概念,爲顱頜牙科研究開創了新領域。正常情況下,DPSCs處於靜息狀態,維持牙髓中細胞的新老交替和功能的穩定,當牙髓組織受到外界刺激或損傷時,該細胞能分化爲成牙本質細胞,參與牙髓的修復重建。目前,對牙髓幹細胞的研究,主要透過體外誘導牙髓細胞,透過檢測牙本質特異性蛋白(DSPP)、鹼性磷酸酶活性等相關標記物的變化,可鑑定其分化能力。同時,DPSCs表達基質細胞抗原和CD146這兩種早期間充質幹細胞的表面標誌[6-7]。透過研究表明牙髓幹細胞在未分化狀態下,不表達牙本質特異性蛋白,在牙髓中牙本質特異性蛋白被認爲是成牙本質細胞特有的標誌物, 而牙髓幹細胞在礦化誘導液的作用下,牙本質特異性蛋白明顯表達[8]。這說明牙髓幹細胞在礦化誘導液的作用下,具有向成牙本質細胞分化的功能。劉宏勝等[9]從人類的年輕恆牙中分離、培養得到牙髓間充質細胞,此細胞具有較高的增殖能力和間充質幹細胞表面特徵,在體外誘導下能分化爲成骨細胞、脂肪細胞和神經元, 具有多向分化的潛能。Gluhak等[10]的研究,證實細胞外基質磷酸糖蛋白與細胞分化相關, 當DPSCs分化後,DSP上調,細胞外基質磷酸糖蛋白下調,細胞外基質磷酸糖蛋白是礦化的抑制劑。這一研究表明在研究成牙本質分化時,細胞外基質磷酸糖蛋白也可以作爲監測DPSCs的指標。但對牙髓幹細胞的來源、鑑定、定位尚缺乏明確認識。在乳牙牙髓幹細胞體外誘導成骨細胞的實驗研究中,得出人的牙髓幹細胞呈集落狀生長,有細胞克隆形成, 細胞表型呈現多樣性[11]。cDNA微降分析結果表明,在超過4 000個已知的人類基因,DPSCs和骨髓基質幹細胞有相似的基因表達水平。但在某些與礦化相關蛋白的基因表達上也存在差異,說明DPSCs和骨髓基質幹細胞這兩種前體細胞在形成礦化基因表達模式上是不相同的。Iohara等[12]將狗的DPSCs聯合骨形成蛋白2回植到己行牙髓切斷術的牙後,有修復性牙本質形成。這些實驗初步展示了,在牙髓裏一大羣定向分化的前體細胞中可能存在着一小部分具有高度增殖能力,能夠自我更新的多能幹細胞即牙髓幹細胞[13]。

2.2 骨髓基質幹細胞

骨髓基質幹細胞是成體幹細胞的一種,具有來源豐富、取材容易、體外培養增殖穩定、能表達成骨細胞的表型、植入機體內能快速進行成骨活動等特點。在特定的條件下可以形成多種間充質細胞,包括成骨細胞、成纖維細胞、軟骨細胞、脂肪細施、肌肉細胞及內皮細胞等。Modino等[14]的研究表明,成體骨髓基質幹細胞可作爲牙間充質的替代物,與胚胎牙上皮細胞作用形成牙胚,是目前惟一被證明可以被用於牙組織工程的非牙源性細胞。同時該細胞由於其多分化潛能和體外可大量擴增的特性,將成爲頜骨組織工程最有前景的種子細胞。

2.3 脫落乳牙牙髓幹細胞 2003年Miura等[15]

從脫落乳牙的牙髓組織中發現並分離出具有高分化潛能的單克隆幹細胞--人脫落乳牙幹細胞(sem cell from human exfoliatedducidonsteeth, SHED),這是首次從人類自然可替換的器官乳牙獲得幹細胞,並發現這種幹細胞與血液中幹細胞相似。在體外SHED顯示出比骨髓基質幹細胞更強的增殖、克隆形成率和倍增率,基質細胞抗原和CD146(MUC18)表達陰性,也主要分佈在微血管周圍,體外培養具有分化爲神經細胞、脂肪細胞和成牙本質細胞特性,表達間充質和血管相關的標記,經礦化誘導或骨形成蛋白4刺激後,SHED在體外也能形成鈣化結節,並且與鈣化成骨,成牙本質相關的蛋白表達增加,體內實驗可在免疫缺陷小鼠皮下成骨和產生牙本質樣物質,在小鼠腦內表達神經細胞的標記物逐漸失去了纖維細胞樣形態,表現出膠質細胞的特徵。目前,對於脫落乳牙牙髓幹細胞在臨牀中的應用,有待於進一步研究。