Ein Forscherteam der University of Alberta hat bereits 2006 eine Technologie zum Nachwachsen von Zähnen entwickelt – das erste Mal, dass es Wissenschaftlern gelungen ist, menschliches Zahngewebe wiederherzustellen.

Kieferwachstum und die Heilung des Zahngewebes

Mithilfe von gepulstem Ultraschall niedriger Intensität (LIPUS) haben Dr. Tarak El-Bialy von der Fakultät für Medizin und Zahnmedizin und Dr. Jie Chen und Dr. Ying Tsui von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften ein miniaturisiertes System auf einem Chip entwickelt, das eine nicht-invasive und neuartige Möglichkeit bietet, das Kieferwachstum und die Heilung des Zahngewebes zu stimulieren.

„Es ist sehr aufregend, denn wir haben die Ergebnisse gezeigt und haben tatsächlich etwas, das man anfassen und fühlen kann und das sich auf die Gesundheit der Menschen in Kanada und auf der ganzen Welt auswirken wird.“,

Dr. Jie Chen, Fakultät für Elektro- und Computertechnik und Nationales Institut für Nanotechnologie

Fertigstellung des System-on-a-Chip

Das kabellose Design des Ultraschallwandlers bedeutet, dass das winzige Gerät bequem in den Mund des Patienten passt, obwohl es in biokompatible Materialien verpackt ist. Das Gerät lässt sich leicht an einer kieferorthopädischen Klammer oder einer Zahnspange oder sogar an einer abnehmbaren Kunststoffkrone befestigen. Das Team hat außerdem einen Energiesensor entwickelt, der sicherstellt, dass die LIPUS-Energie den Zielbereich der Zahnwurzeln im Knochen erreicht. TEC Edmonton, der exklusive Technologietransferdienstleister der Universität von Arizona, hat vor Kurzem das erste Patent in den USA angemeldet. Derzeit arbeitet das Forschungsteam an der Fertigstellung des System-on-a-Chip und hofft, das miniaturisierte Gerät bis zum nächsten Jahr fertigstellen zu können.

„Wenn die Wurzel gebrochen ist, kann sie jetzt repariert werden. Und weil wir die Zahnwurzel nachwachsen lassen können, könnte ein Patient seinen eigenen Zahn haben und keine Fremdkörper im Mund.“

Dr. Tarak El-Bialy, Fakultät für Medizin und Zahnmedizin

Für Patienten mit Zahnwurzelresorption

Das Gerät ist für Patienten gedacht, die an Zahnwurzelresorption (Wurzelabbau) leiden, einer häufigen Folge mechanischer oder chemischer Verletzungen des Zahngewebes, die durch Krankheiten und Störungen des Hormonhaushalts verursacht werden. Mechanische Verletzungen durch das Tragen kieferorthopädischer Zahnspangen führen zu fortschreitender Wurzelresorption und verkürzen die Tragedauer der Zahnspange. Dieses neue Gerät wirkt dem zerstörerischen Prozess entgegen und ermöglicht gleichzeitig das weitere Tragen der Zahnspange. Da in Nordamerika derzeit etwa fünf Millionen Menschen eine kieferorthopädische Zahnspange tragen, würde der Markt für das Gerät 1,4 Millionen Benutzer umfassen.

Stipendium des Programms „Von der Idee zur Innovation“

Wie es sich für eine wahre Geschichte interdisziplinärer Arbeit gehört hat, lernte El-Bialy Chen bei der Einführungsveranstaltung für neue Mitarbeiter der Universität von Arizona kennen. Nachdem er von Chens Fachwissen im Bereich des Designs nanoskaliger Schaltkreise und der Nanobiotechnologie gehört hatte, erläuterte El-Bialy ihm seine eigene Forschung und fragte, ob Chen dabei helfen könne, ein winziges Ultraschallgerät herzustellen, das in den Mund eines Patienten passt. Die beiden arbeiteten zusammen und erhielten schließlich zusammen mit Tsui ein Stipendium des Programms „Von der Idee zur Innovation“ des Natural Sciences and Engineering Research Council, um ihren Prototypen weiterzuentwickeln.

Tests an einem Kaninchen

El-Bialy entdeckte erstmals, dass neues Zahngewebe gebildet wurde, nachdem er Ultraschall an Kaninchen angewendet hatte. In einer Studie, die im American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics veröffentlicht wurde, verwendete El-Bialy Ultraschall an einem Schneidezahn eines Kaninchens und ließ den anderen Schneidezahn unverändert. Nachdem er die überraschend positiven Ergebnisse gesehen hatte, wandte er sich an Menschen und fand ähnliche Ergebnisse. Er hat auch gezeigt, dass LIPUS das Kieferwachstum in Fällen von Hemifazialer Mikrosomie verbessern kann, einem angeborenen Syndrom, bei dem eine Seite des Kiefers oder Gesichts des Kindes im Vergleich zur anderen normalen Seite unterentwickelt ist. Diese Patienten müssen sich normalerweise vielen Operationen unterziehen, um ihr Gesichtsaussehen zu verbessern. Diese Arbeit an menschlichen Patienten wurde im September 2005 auf der World Federation of Orthodontics in Paris vorgestellt.

„Nachdem wir bewiesen hatten, dass es funktioniert, haben wir uns die Entwicklung eines kleineren Ultraschallgeräts angesehen, mit dem wir den Patienten je nach Bedarf herausnehmen können. Vorher musste ein Patient ein Jahr lang täglich 20 Minuten lang das Ultraschallgerät ertragen, und das ist eine große Herausforderung.“

Dr. Tarak El-Bialy, Fakultät für Medizin und Zahnmedizin

Die Forscher arbeiten derzeit daran, ihren Prototyp in ein marktreifes Modell umzuwandeln und erwarten, dass das Gerät innerhalb der nächsten zwei Jahre der Öffentlichkeit zugänglich sein wird.

Quelle: https://www.ualberta.ca/

Leider konnte ich nichts über das marktreife Modell finden. Falls du mehr weißt, schreibe es in die Kommentare. Danke.

Stammzellen sind der Schlüssel zur Wundheilung, da sie sich im ganzen Körper zu spezialisierten Zelltypen entwickeln – auch in den Zähnen. Nun hat ein internationales Forscherteam einen Mechanismus gefunden, der eine mögliche neue Lösung für die Zahnreparatur bieten könnte.

Die in der Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt, dass ein Gen namens Dlk1 die Aktivierung von Stammzellen und die Geweberegeneration bei der Zahnheilung fördert. Die Arbeit wurde unter der Leitung von Dr. Bing Hu von der Peninsula Dental School der Universität Plymouth in Zusammenarbeit mit Forschern aus aller Welt* durchgeführt.

Zellen tragen zur Bildung des Zahndentins bei

Dr. Hu und sein Team entdeckten eine neue Population mesenchymaler Stammzellen (die Stammzellen, aus denen Skelettgewebe wie Muskeln und Knochen bestehen) in einem kontinuierlich wachsenden Schneidezahnmodell der Maus. Sie zeigten, dass diese Zellen zur Bildung des Zahndentins, des harten Gewebes, das den Hauptteil des Zahns bedeckt, beitragen.

Vor allem aber zeigte die Arbeit, dass diese Stammzellen, wenn sie aktiviert werden, über ein molekulares Gen namens Dlk1 Signale an die Mutterzellen des Gewebes zurücksenden, um die Anzahl der produzierten Zellen zu steuern. Diese Arbeit ist die erste, die zeigt, dass Dlk1 für das Funktionieren dieses Prozesses unerlässlich ist.

Neuartige Lösung der Zahnbehehandlung

Im selben Bericht wiesen die Forscher auch nach, dass Dlk1 die Aktivierung von Stammzellen und die Geweberegeneration in einem Zahnwundheilungsmodell verbessern kann. Dieser Mechanismus könnte eine neuartige Lösung für die Reparatur von Zähnen, die Behandlung von Problemen wie Karies und Bröckelschäden (Karies) und die Traumabehandlung darstellen.

Weitere Studien nötig

Um die Ergebnisse für klinische Anwendungen zu validieren, müssen weitere Studien durchgeführt werden, um die geeignete Behandlungsdauer und -dosis zu ermitteln, aber diese ersten Schritte in einem Tiermodell sind aufregend, wie Dr. Hu erklärt.

Was die Autoren sagen

“Stammzellen sind so wichtig, weil sie in Zukunft von Labors verwendet werden könnten, um Gewebe zu regenerieren, das durch eine Krankheit beschädigt wurde oder verloren gegangen ist – deshalb ist es wichtig zu verstehen, wie sie funktionieren. Durch die Entdeckung der neuen Stammzellen, die den Hauptkörper eines Zahns bilden, und durch den Nachweis ihrer lebenswichtigen Verwendung von Dlk1 bei der Regeneration des Gewebes haben wir wichtige Schritte zum Verständnis der Stammzellenregeneration gemacht. Die Arbeit fand in diesem Stadium in Labormodellen statt, und es sind noch weitere Arbeiten erforderlich, bevor wir sie beim Menschen anwenden können. Aber es ist ein wirklich großer Durchbruch in der regenerativen Medizin, der in Zukunft große Auswirkungen auf die Patienten haben könnte.”

Dr. Hu, Institute of Translational and Stratified Medicine (ITSMed) der Universität

“Wir sind von den jüngsten Fortschritten in der Gruppe von Dr. Bing Hu begeistert. Diese neue Arbeit, zusammen mit einer kürzlich im EMBO Journal veröffentlichten, hochwirksamen Arbeit über eine andere Art von Stammzellen im Zahn, nämlich epitheliale Stammzellen, bringt Plymouth an die Spitze der weltweiten zahnmedizinischen und kraniofazialen Stammzellenforschung und regenerativen Medizin. Wir gehen davon aus, dass diese Forscher Zahnpatienten bald zeit- und kosteneffizientere Lösungen für schwerwiegende Zahnprobleme – von Trauma bis Karies – bieten werden.”

Professor Christopher Tredwin, Leiter der Peninsula Dental School

Die vollständige Studie trägt den Titel Transit Amplifying Cells Coordinate Mouse Incisor Mesenchymal Stem Cell Activation und ist ab sofort in Nature Communications zu sehen.

Die Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China, den National Institutes of Health, der Deutschen Forschungsgemeinschaft, den Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen der Europäischen Union, dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung und dem Biotechnology and Biological Sciences Research Council unterstützt.

*Vollständige Liste der an der Studie beteiligten Institutionen

China: Peking University, Capital Medical University, Shenyang Stomatological Hospital und Second Hospital of Shandong University
Dänemark: Universität von Süddänemark, Universität von Kopenhagen
Deutschland: Max-Planck-Institut für Molekulare Biomedizin und Technische Universität Dresden
Saudi-Arabien: König-Faisal-Universität
Singapur: Nationale Universität von Singapur
Schweiz: Universität Genf
England: Universität von Plymouth
Kalifornien, USA: Keck Graduate Institute;
Texas, USA: UT Health San Antonio

Quellen:
Info: Universität von Plymouth – https://www.plymouth.ac.uk/news/scientists-uncover-new-tooth-repair-method
Foto: Pixabay/geralt