幹細胞が根付く

アパルナは、ハーバード大学で生物情報学とゲノミクスの博士号取得を目指しているフリーランスのサイエンス ライターです。 彼女は学際的なトレーニングを活用して、最先端の科学と人間の世界の両方を発見します。

甘いスナックや腐食性の酸を摂取すると、歯は大きなダメージを受ける可能性があります。 特に、狡猾な細菌が歯の保護外層をすり抜けて侵入すると、その中心部に生息する歯髄に侵入する可能性があります。 これらの望ましくない居住者は炎症を引き起こし、私たちにとっては焼けつくような痛みや腫れとして認識されます。

ただし、歯は無防備ではありません。 軽度の感染症を撃退し、一部の損傷を修復することができます。 イリノイ大学シカゴ校の生物工学者スリラム・ラビンドラン氏は、「歯髄には自己修復能力と再生能力があるが、その能力は非常に限られている」と述べた。 「それらは全能の細胞ではありません。」

この再生能力は、歯髄に埋もれた幹細胞から来ています。 これらの細胞は、健康な歯髄に必要なさまざまな種類の細胞に変化することができますが、感染やその他の傷害によって損傷した組織を修復するのに十分な細胞自体を常に持っているわけではありません。 感染が進行しすぎると、歯科治療が必要になります。 これには、細菌を除去して歯を埋める根管治療や抜歯などの処置が必要になる場合があります。

「[根管では]歯髄組織の軟組織を取り除き、それを無機材料で置き換えます」と、キングス・カレッジ・ロンドンの歯科医で再生生物学者のアナ・アンジェロバ・ヴォルポーニ氏は言う。 「しかしその瞬間、歯はあらゆる生命力を失います。」

科学者たちは、歯を除去したりポリマーで充填したりするのではなく、歯の再生力を歯の喪失に対する生物学的解決策に導く方法を探しています。 彼らは、生体分子のカクテル、慎重に設計された足場、生物学的にヒントを得た送達システムの助けを借りて、歯だけでなく体の他の変性部分も修復できる臨床医のツールキットを拡張したいと考えています。

幹細胞は歯髄だけにあるわけではありません。 歯肉や歯を固定する歯槽骨、さらには歯を骨の中にしっかりと固定する細い繊維にも含まれています。 口のさまざまな部分から採取された幹細胞は、わずかに異なる特性を持っています。より速く分裂する幹細胞もあれば、特定の組織を再生する可能性が高い幹細胞もあります (1)。

一見すると、歯の幹細胞は骨髄から抽出された幹細胞と非常によく似ています。 これらは主に間葉系幹細胞に分類され、あらゆる種類の細胞を再生できるわけではありませんが、それでも多くの可能性のある経路を持っています。

「幹細胞が存在する細胞外環境によって、それらの細胞に何が起こるかが決まります」とラビンドラン氏は言う。 歯の内部では、さまざまな歯髄細胞になる途中です。 しかし、分子と遺伝信号の適切な組み合わせによってこの経路が変化し、分子が骨から脂肪まであらゆるものに変化する可能性があります。

科学者が損傷した歯を修復することを想像する方法の 1 つは、幹細胞を歯に送り込み、損傷した細胞を再生するための適切な信号を与えることです。 難しいのは、どの要因がこの結果につながるかを正確に知ることです。 結局のところ、歯窩内で脂肪の塊が成長しても役に立ちません。

アンジェロバ・ヴォルポーニ氏は、幹細胞が歯内で正常に発達するとき、または人工実験室環境で幹細胞に発達シグナル伝達分子が打ち込まれたときの、さまざまな遺伝子の発現レベルを測定した。 このアプローチにより、幹細胞を、たとえば歯の硬い外層の1つである象牙質を生成する細胞に変化させる重要な分子を特定できる可能性がある。 彼女はまた、幹細胞を遺伝子操作して創傷治癒能力を高める方法についても考えています。

一方、ラビンドラン氏は「ブラックボックス」アプローチを採用した。 彼は、細胞から放出され、他の細胞に吸収される RNA およびタンパク質分子の小さなパッケージであるエキソソームに焦点を当てています。 「これらは、いわゆる携帯電話通信の郵便配達員です」とラビンドラン氏は言う。 特定の細胞（たとえば、骨細胞）からのエクソソームは、幹細胞に同じ種類の細胞に変化するように指示できます。 この戦略を使用すると、Ravindran は差別化に関与する各要素を手動で決定する必要がなくなります。 細胞は都合よくすでにそれらをエキソソームにパッケージングしています。