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Sci Transl Med:激光疗法助力牙齿再生新革命
发布时间:2015-07-28 10:47:06作者:瑞弗健康





      导言:为了找到更好的治疗牙疼办法,研究人员已经开始将目光转向再生医学,特别是在干细胞促进组织修复方面。美国科学家研究结果发现,经过短短5分钟的激光疗法之后,一颗牙齿牙质的再生速度是对照组的两倍。

 

俗话说,“牙疼不是病,疼起来真要命!”


牙痛是口腔科疾病中最常见的症状之一。它主要由牙体、牙周组织方面的疾病所引起,如龋齿、急性牙周炎、牙本质过敏、牙齿折裂等。但也可能由颌面部肿瘤、三叉神经痛等其它方面的疾病引起。在治疗方法上,一般采取止痛治疗,暂时缓解疼痛,待炎症消退后再做牙髓病的专科治疗。在进行专科治疗的时候,目前一般都使用钻头这样的工具来治疗病牙。因此很多病人对钻头望而生畏。


不过,现在一项关于牙齿修复和干细胞生物学的最新研究或许会给牙病患者带来福音。这种方法是通过使用一种低功率激光疗法,刺激人体干细胞发挥特定技能,以使牙齿再生。这种微创治疗方法提供了一种简单的思路——用低功率激光取代牙钻,这为将来修复或促使牙齿再生提供了可能,更为再生医学领域描绘了光明的前景。


传统疗法的不足


当牙齿有缺口或损坏时,牙科医生通常会用陶瓷或者其他一些惰性材料来修补,但是这些材质随着时间的推移会慢慢变质,反而使病情反复和恶化。为了找到更好的治疗办法,研究人员已经开始将目光转向再生医学,特别是在干细胞促进组织修复方面。


近些年来兴起的干细胞疗法,通常需要添加其他生长因子或者化学物质,来诱导休眠的干细胞分化成所需的细胞类型。这些化学物质按照不同的要求,或直接应用于接受者的身体,或加入已经从人体中采集的干细胞中,然后对这些细胞进行培养,以便后期植入人体。但是,这种治疗方法目前尚未进入诊所,原因在于其需要进行精确地控制以避免干细胞分化失控。

 

新疗法促进牙质再生


美国国立卫生研究院牙科和颅面研究所的Praveen Arany及其同事,想知道他们是否可以利用干细胞来治疗牙齿,从而避开利用人体现有机制添加化学物质的治疗方法。“现有的牙齿结构中有我们所需要的一切——成体干细胞、生长因子和完全正确的条件。”Arany称。所以,他们尝试用激光疗法,因为激光可以促进心脏、皮肤、肺和神经组织的再生。而且研究人员此前早已发现低光疗法能起到刺激头发生长和活化肌肤细胞的作用,但是其具体机制还未明确。研究人员首先记录了涉及其中的分子机制,为治疗方案奠定基础。为了模拟损伤的牙齿,Arany的研究小组使用牙钻从一只老鼠的牙齿中取出了一块牙质——它是位于牙釉质下方的一个坚硬且钙化的组织。这种组织的硬度高于骨头,是构成牙齿的重要组成部分之一。然后,他们使用低功率激光照射在暴露的牙齿组织及其下方的软组织上。这样,激光就能到达牙齿干细胞进入牙髓的深处。


同时,研究人员也对与这颗牙齿相邻的一颗牙齿进行激光治疗。结果发现,经过短短5分钟的激光疗法之后,一颗牙齿牙质的再生速度是对照组的两倍。大约12周以后,测试证实了激光刺激疗法的简单有效——新牙质形成了。除了在实验室促使老鼠的牙质再生,研究人员目前还在人体外使用人类干细胞成功使牙质再生。尽管如此,他们仍然需要为牙齿做一层保护套,因为成人的干细胞并不能产生釉质。

 

发现生长因子


         研究小组还对微生物培养物进行了实验,他们发现,激光间接激活了一种叫做TGF-β的生长因子,它能刺激牙齿中的干细胞,从而促进牙质再生。更重要的是,这些生长因子无处不在,并以多种组织类型存在。同时在许多其他生物进程中都发挥着关键性作用,例如发育、免疫反应、伤口愈合以及恶性肿瘤。实质上,低功率激光引起的是“微损伤”——自由生长因子激活干细胞并促进其再生。位于波士顿的美国东北大学干细胞生物学家James Monaghan如是表示。“只要能进入干细胞,这就是一种有前途的方法。”Arany称,“在这个机制中,有一个治疗的最有效点,介于低功率激光应用程序之间,而且生长因子TGF-β能提供更为广泛的生物学可能性。”简单而低成本的过程也是一种优势。Arany表示,“病人在手术后也会感觉到不舒服。正如所预期的那样,在所有的治疗过程中,低功率设置的激光疗法本身几乎是看不出来的。”


哈佛大学生物工程学教授David Mooney说:“我们如果能让牙齿在自身的基础上再生、而不是把整颗牙齿换掉,那么这将会成为相关领域的重大突破。”不过,研究人员也指出,由于牙釉质的结构与形成过程极其复杂,因此,目前还无法使整颗牙齿完全重生。为了利用干细胞进行组织再生,科学界仍在积极地探索中。或许,随着研究的不断深入,像好莱坞大片《X战警》中令人印象深刻的骨骼、组织的强大再生能力将不再是幻想,而是一步步变为现实。



原文资料:


Rapidadvancements in the field of stem cell biology have led to many current effortsto exploit stem cells as therapeutic agents in regenerative medicine. However,current ex vivo cell manipulations common to most regenerative approachescreate a variety of technical and regulatory hurdles to their clinicaltranslation, and even simpler approaches that use exogenous factors todifferentiate tissue-resident stem cells carry significant off-target sideeffects. We show that non-ionizing, low-power laser (LPL) treatment can insteadbe used as a minimally invasive tool to activate an endogenous latent growthfactor complex, transforming growth factor–β1 (TGF-β1), that subsequently differentiateshost stem cells to promote tissue regeneration. LPL treatment induced reactiveoxygen species (ROS) in a dose-dependent manner, which, in turn, activatedlatent TGF-β1 (LTGF-β1) via aspecific methionine residue (at position 253 on LAP). Laser-activated TGF-β1 was capable of differentiating human dental stem cells in vitro.Further, an in vivo pulp capping model in rat teeth demonstrated significantincrease in dentin regeneration after LPL treatment. These in vivo effects wereabrogated in TGF-β receptor II (TGF-βRII) conditional knockout (DSPPCreTGF-βRIIfl/fl)mice or when wild-type mice were given a TGF-βRIinhibitor. These findings indicate a pivotal role for TGF-β in mediating LPL-induced dental tissue regeneration. More broadly,this work outlines a mechanistic basis for harnessing resident stem cells witha light-activated endogenous cue for clinical regenerative applications.

 




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