Современные возможности и перспективы мезенхимальных стволовых клеток в ортопедической стоматологии (обзор литературы)

Competing interests. The authors declare no competing interests.

Funding. This research received no external funding.

Cite as: Musaeva H.H. Modern possibilities and prospects of mesenchymal stem cells in orthopedic dentistry (literature review). Bulletin of the Medical Institute “REAVIZ”: Rehabilitation, Doctor and Health. 2025;15(4):214–220.

Адентия остаётся актуальной проблемой в стоматологии, особенно в условиях возрастных изменений, травм, врождённых аномалий и воспалительных заболеваний. Традиционные методы лечения включают протезирование и имплантацию, однако последние десятилетия характеризуются активным развитием регенеративных подходов.

В зависимости от количества отсутствующих зубов различают полную адентию (полное отсутствие зубов) и частичную (отсутствие одного или нескольких зубов). Согласно последним эпидемиологическим данным, частичная адентия встречается у 45–70% взрослого населения, а полная – у 10–30% людей старше 65 лет [1, 2].

Причины развития адентии многофакторны. Среди основных выделяют кариес и его осложнения, заболевания пародонта, травмы, врождённые аномалии зубочелюстной системы, онкологические заболевания, а также неблагоприятные экологические и поведенческие факторы. При этом роль кариеса и заболеваний пародонта в утрате зубов остаётся доминирующей. Отсутствие своевременной стоматологической помощи, особенно в условиях ограниченного доступа к медицинским услугам в сельской местности, способствует быстрому распространению данной патологии.

Последствия частичной и полной адентии выходят далеко за рамки стоматологии. Нарушение целостности зубного ряда ведёт к функциональным изменениям — ухудшается жевательная и речевая функция, изменяется дикция, возникают трудности с приёмом пищи, что, в свою очередь, может привести к дефициту питательных веществ и общесоматическим нарушениям. Исследования указывают на связь между адентией и развитием гастроэнтерологических заболеваний, нарушениями пищеварения и обмена веществ [3, 4].

С эстетической точки зрения отсутствие зубов влияет на форму лица, способствует образованию мимических морщин, изменению профиля, что может вызвать серьёзные психологические проблемы. Исследования, проведённые в последние годы, показывают, что лица с выраженной адентией чаще страдают от тревожных расстройств, социальной изоляции, депрессии и утраты уверенности в себе [5, 6]. Таким образом, адентия имеет не только медицинские, но и значимые психосоциальные последствия.

Регенеративные стоматологические процедуры с использованием мезенхимальных стволовых клеток (МСК) имеют потенциал стать ценной альтернативой стандартным стоматологическим методам лечения, которые обычно основаны на использовании искусственных материалов и/или относительно неконсервативных методов лечения. Ос- новные стоматологические отрасли, такие как эндодонтия, пародонтология и хирургия полости рта, могут выиграть от развития технологии МСК, предоставляя будущим пациентам более консервативное лечение с лучшими долгосрочными результатами [7].

Пародонтальная стоматология борется с инфекциями полости рта, что приводит к потере мягких и твёрдых тканей, поддерживающих зуб, и, в конечном итоге, приводит к потере зуба. Стандартные методы лечения, а также эндодонтия, полагаются на химико-механическую очистку инфицированной области и, если возможно, замену дефектов аутологичными или синтетическими материалами с большим или меньшим успехом. Развитие стоматологических методов лечения MCК может помочь восстановить утраченные ткани и предотвратить дальнейшее повреждение зубов [7].

В настоящее время МСК находятся в центре внимания исследователей из-за очевидных противовоспалительных и регенерирующих ткани эффектов. Мезенхимальные стволовые клетки можно применять как системно путём внутривенного или внутриартериального введения, так и локально в целевую ткань. Оба метода применения следуют одной и той же концепции: секретируя паракринные молекулы (простагландин E2, трансформирующий фактор роста β 1 (TGF- β 1), фактор роста гепатоцитов (HGF), фактор 1, полученный из стромальных клеток (SDF-1), оксид азота (NO), индоламин 2,3-диоксигеназа (IDO), интерлейкины: ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-10, антагонист рецептора ИЛ-1 (ИЛ-1Ra) и растворимый рецептор фактора некроза опухоли-α (ФНО- α )), когда они находятся в воспалительной среде, мезенхимальные стволовые клетки уравновешивают воспаление и обеспечивают протекание регенеративных процессов [8]. Мезенхимальные стволовые клетки стимулируют регенеративные процессы, секретируя противорубцовые (KGF, SDF1, MIP1a, MIP1b), противоапоптотические (STC-1, SFRP2, TGFB1, HGF), ангиогенные (VEGF, TGFB1), митогенные (TGF-a, TGF-B, HGF, IGF-1, FGF-2, EGF) и антибиотические (LL-37) факторы, поддерживающие другие репарационные клетки [9].

В доступной научной литературе относительно мало как исследований in vitro/ex vitro, так и обзорных статей по использованию МСК в стоматологических процедурах.

Именно тот факт, что МСК можно выделить из тканей зубов, обеспечил значительный прогресс не только в регенеративной стоматологии, но и во всей регенеративной медицине [10]. Их можно собирать из зубов и прилегающих структур неинвазивным способом, что делает их легкодоступным источником [11].

Первая популяция дентальных МСК была выделена из ткани пульпы зуба ретенированных третьих моляров в 2000 г. [12]. Эти адгезивные клетки обладают морфологией, подобной фибробластам, и проявляют свойства МСК [13]. Их высокая способность к пролиферации и потенциал многолинейной дифференцировки дают им привилегированный статус, и они считаются важным источником клеток в регенеративной медицине [14]. Стволовые клетки пульпы зуба (DPSC – Dental Pulp Stem Cells) положительны для поверхностных антигенов, таких как CD13, CD29, CD44, CD59, CD73, CD90, CD105, CD146 и STRO-1, равно как и мезенхимальные стволовые клетки. С другой стороны, они не положительны для поверхностных антигенов, таких как CD14, CD19, CD24, CD34 и CD45, которые являются маркерами гемопоэтических стволовых клеток [9]. Имеются данные об их одонтогенном, ангиогенном, миогенном, адипогенном, остеогенном и нейрогенном потенциале дифференциации [13]. Одонтогенный потенциал дифференциации стволовых клеток пульпы задокументирован в многочисленных исследованиях [15]. Стволовые клетки пульпы зуба генерировали ткани, подобные дентину и пульпе, как in vivo, так и in vitro [16]. Учитывая их происхождение из нервного гребня, стволовые клетки пульпы зуба демонстрируют превосходящий нейрогенный потенциал по сравнению со стволовыми клетками костного мозга [17]. Некоторые исследования задокументировали ангиогенный потенциал стволовых клеток пульпы зуба т.е. их способность дифференцироваться в эндотелиальные клетки [18]. Обнаружено, что они генерируют видимые кровеносные сосуды в трёхмерно напечатанных конструкциях гемагглютинина [18]. Принимая во внимание простую структуру ткани зубной пульпы, очевидно, что возможности нейрогенной и ангиогенной дифференциации вносят большой вклад в регенерацию всей пульпы. Имплантация стволовых клеток пульпы в пульпэкто-мированные зубы привела к образованию трёхмерной ткани пульпы с сосудистой и нервной реконструкцией [19]. Также сообщалось о способности стволовых клеток пульпы дифференцироваться в остеобласты и способствовать регенерации кости. Было обнаружено, что они экспрессируют некоторые типичные остеобластические маркеры, такие как щелочная фосфатаза, остеопонтин и остеокальцин [16]. Потенциальные преимущества использования стволовых клеток пульпы в инженерии костной ткани подробно описаны в систематическом обзоре A. Leyendecker Junior и соавт. [20], в котором делается вывод, что стволовые клетки пульпы являются одним из наиболее перспективных источников МСК для реконструкции дефектов костей. Помимо потенциала многолинейной дифференцировки стволовые клетки пульпы также проявляют иммуномодулирующие свойства. Противовоспалительные цитокины (трансформирующий фактор роста-бета (TGF-β), простагландин E2 (PGE2) и интерлейкин-6 (ИЛ-6)) высвобождаются из стволовых клеток пульпы [21]. Выявлено, что стволовые клетки пульпы отвечают за ингибирование острых аллогенных иммунных реакций путём стимуляции Т-клеток к высвобождению TGF-β [22].

Пульпа человеческих молочных зубов (SHED – Stem Cells from Exfoliated Deciduous Teeth), которые отслоились, является ещё одним источником зубных стволовых клеток. Стволовые клетки отслоившихся молочных зубов были впервые получены из пульпы отслоившихся молочных зубов M. Miura и соавт. [23] . Стволовые клетки отслоившихся молочных зубов также называют «незрелыми стволовыми клетками пульпы» из-за незрелой популяции клеток в отслоившихся молочных зубах [24]. Существуют некоторые различия между стволовыми клетками отслоившихся молочных зубов и стволовыми клетками пульпы, такие как более высокая способность к пролиферации, образование сфероподобных кластеров и большее удвоение популяции клеток [23] .

Стволовые клетки из апикального сосочка (SCAP – Stem Cells from Apical Papilla) были впервые обнаружены и выделены из ткани апикального сосочка не полностью развитых зубов W. Sonoyama и соавт. в 2006 году [25]. Апикальный сосочек неплотно прикреплён к верхушкам незрелых постоянных зубов и отличается от пульпы тем, что содержит меньше клеточных и сосудистых компонентов, чем ткань пульпы [26]. Эти стволовые клетки характеризуются высоким пролиферативным потенциалом, способностью к самообновлению и низкой иммуногенностью. Таким образом, SCAP способны давать начало различным линиям клеток, включая остеогенные, одонтогенные, нейрогенные, адипогенные и хондрогенные клетки, что даёт им важную роль в регенеративной стоматологии [27]. Документально подтверждено, что SCAP демонстрируют более высокую скорость пролиферации, чем стволовые клетки пульпы и стволовые клетки периодонтальной связки (PDLSC), но, наоборот, более низкую скорость пролиферации, чем стволовые клетки зубного фолликула (DFSC) [28]. Кроме того, SCAP обладают большей миграционной способностью, оцененной с помощью анализа царапин, чем стволовые клетки пульпы [25]. Они экспрессируют поверхностные антигены, специфичные для мезенхимальных стволовых клеток, такие как CD146, CD90, CD44, CD24 и STRO-1. Напротив, они не экспрессируют поверхностные антигены, специфичные для гемопоэтических стволовых клеток [29]. Стоит отметить, что CD24, который не обнаруживается в BMMSC и DPSC, может использоваться для различения SCAP от этих клеток [27]. Исследования подтвердили, что SCAP способны дифференцироваться в одонтобласты и остеобласты [25, 26, 30]. Они экспрессируют специфические маркеры остеобластов или одонтобластов, такие как щелочная фосфатаза, фактор транскрипции 2, связанный с рантом, остеокальцин, сиалофосфопротеин дентина, сиалопротеин кости и белок матрикса дентина 1 [27]. Поскольку SCAP являются клетками, полученными из нервного гребня, имеются in vitro доказательства их способности к нейрогенной дифференцировке после индукции [30]. Более того, формирование адипоцитов после индукции адипогенной средой или хрящом, идентифицированное с помощью окрашивания альциановым синим в соответствующих условиях культивирования, определенно идентифицирует SCAP как клетки с чрезвычайно высоким потенциалом пролиферации [28]. G. Ding и соавт. задокументировали подавление пролиферации Т-клеток SCAP in vitro посредством апоптоз-независимого механизма, что делает их потенциальным иммунотерапевтическим инструментом [31].

Пародонтальная связка обеспечивает связь между альвеолярной костью и цементом, содержащим клетки-предшественники, которые могут поддерживать гомеостаз тканей и регенерацию тканей пародонта. Эти клетки также демонстрируют характеристики мезенхимальных стволовых клеток [16]. Подобно другим дентальным стволовым клеткам, они экспрессируют поверхностные антигены, специфичные для мезенхимальных стволовых клеток, такие как CD105, CD73, CD44, CD29 и CD10, но не те, которые специфичны для гемопоэтических стволовых клеток, такие как CD14, CD34 и CD45 [13]. Потенциал мультидифференцировки cтволовых клеток пародонтальной связки (PDLSC – Periodontal Ligament Stem Cells) заметен по их способности дифференцироваться в хондрогенные, остеогенные, нейрогенные и адипогенные клетки [16]. Имеются данные об остеогенных и костнорегенерационных свойствах внеклеточных везикул, выделяемых cтволовыми клетками пародонталь-ной связки. Стволовые клетки пародонтальной связки – внеклеточные везикулы вместе с коллагеновыми мембранами были трансплантированы в костные дефекты крыс и показали образование остеоида со структурой, подобной остеобластам, в местах имплантации [32]. Стоит отметить, что высокие терапевтические концентрации (>1,5 мкМ) золедроновой кислоты, которая является азотсодержащим бисфосфонатным препаратом (N-BP), ухуд- шают жизнеспособность, вызывают апоптоз и снижают остеогенную дифференцировку PDLSC [33]. Кроме того, PDLSC также спонтанно экспрессируют маркеры нейронных белков, такие как нестин и белок, ассоциированный с ростом-43 (GAP-43), что открывает путь к потенциальному использованию этих клеток в клеточной терапии нейродегенера-тивных заболеваний [32]. Иммуносупрессивная способность PDLSC была задокументирована в нескольких исследованиях [9]. Cтволовые клетки периодонтальной связки являются единственными МСК, полученными из зубной ткани, которые демонстрируют циклическую секрецию экзосом, вызванную растяжением, и отвечают за подавление продукции ИЛ-1β посредством ингибирования сигнального пути NF-κB [34]. Мононуклеарные клетки периферической крови (PBMNC) известны своей жизненно важной ролью во врождённом и адаптивном иммунном ответе, и сообщается, что PDLSC подавляют их пролиферацию [35]. Трансплантация кондиционированной среды PDLSC привела к снижению уровня мРНК фактора некроза опухоли-α (TNF-α) в заживающих тканях пародонта, тем самым подавляя воспалительную реакцию.

Обнаружено, что мезенхимальные стволовые клетки, полученные из альвеолярной кости (ABMSC – Alveolar Bone-Derived Mesenchymal Stem Cells), имеют благоприятный потенциал остеогенной дифференцировки, сравнимый с мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга, но их потенциал дифференцироваться в хондроциты или адипоциты слабее. Они экспрессируют поверхностные маркеры, аналогичные MSC, такие как CD73, CD90, CD105 и STRO-1, но не экспрессируют гемопоэтические маркеры CD14, CD34 и CD45 [36]. X. Wang и соавт. подтвердили потенциал остеогенной дифференцировки ABMSC в своём исследовании [37]. Трансплантация ABMSC и пористого нано-HA/коллагенового/PLA каркаса в критический размер дефекта нижней челюсти кролика привела к формированию новой кости. Кроме того, экспрессия остеогенных и адипогенных генов была оценена in vitro с помощью обратной транскрипции-полимеразной цепной реакции, и также было обнаружено образование минерализованных узелков и адипоцитов. При трансплантации стромальных клеток, полученных из альвеолярной кости человека in vivo было вызвано значительное эктопическое формирование кости с характеристиками полностью созревшей костной ткани [9]. Мезенхимальные стволовые клетки, полученные из альвеолярной кости, продемонстрировали иммуносупрессивное действие на активацию моноцитов и Т-клеток, аналогичное BMSC, а белковые массивы идентифицировали ИЛ-6 и моноцитарный хемоат- трактантный белок (MCP)-1 как основные цитокины, секретируемые ABMSC. Эти данные свидетельствуют о том, что эти клетки обладают мощными иммуномодулирующими свойствами [9].

Мезенхимальные стволовые клетки, полученные из десны (GMSC - Gingival-Derived Mesenchymal Stem Cells), являются прогениторными или стволовыми клетками, впервые идентифицированными в шиповатом слое десны человека. Было показано, что они демонстрируют мультипотентную дифференцировку и способность к самообновлению, а также иммуномодулирующие свойства [9]. Десна является легкодоступной тканью во время обычных стоматологических процедур, что делает её возможным источником стволовых клеток в регенеративной стоматологии [16]. GMSC обладают свойствами мультипотентных мезенхимальных клеток-предшественников и способностью дифференцироваться в различные типы клеток, такие как хондроциты, остеобласты и адипоциты, что определяется по экспрессии специфических поверхностных антигенов [9]. Было обнаружено, что GMSC образуют отложения с положительным окрашиванием ализарином красным S и повышенной экспрессией остеокальцин in vitro, что указывает на их остеогенную дифференцировку [9]. В недавнем исследовании внеклеточные везикулы, полученные из GMSC, показали высокие уровни экспрессии RUNX2, костного морфогенетического белка (BMP) 2 и 4, а также обильный внеклеточный матрикс и узелки нового костного образования, что подтверждает их значительные остеогенные свойства [38]. Трансплантация GMSC привела к образованию соединительно-подобных тканей, экспрессирующих коллаген I, который отсутствует в PDLSC [9]. GMSC содержат клетки-предшественники для дифференциации в клетки десны, таким образом обладая способностью к автоматической дифференцировке десны in vivo. После трансплантации человеческих GMSC в дефекты десны крыс была получена новая нормальная десневая ткань [9]. Поскольку сфероиды GMSC продемонстрировали потенциал дифференцировки как в нейрональные, так и в шванновские клетки, они считаются перспективными для регенерации нервов и функционального восстановления. 3D биопечатные трансплантаты с GMSCs сформировали нервную ткань с полным покрытием сегментарных дефектов лицевых нервов крыс [9]. GMSCs также известны своими иммуномодулирующими функциями. Они усиливают секрецию нескольких хемокинов и цитокинов и повышают устойчивость к апоптозу, вызванному окислительным стрессом [9].

Зубной фолликул содержит клетки-предшественники клеток периодонтальной связки, цементобластов и остеобластов [16]. Эти клетки похожи на другие зубные стволовые клетки, поэтому они обладают значительной пролиферативной способностью, экспрессируют схожие антигены клеточной поверхности и способны формировать твёрдую ткань как in vitro, так и in vivo [9]. Стволовые клетки зубного фолликула (DFSC - Dental Follicle Stem Cells) демонстрируют более высокий потенциал пролиферации и способность к образованию колоний, чем DPSC, SHED и PDLSC, что имеет решающее значение для их потенциального использования в регенеративной стоматологии [16]. Стволовые клетки зубного фолликула показывают более высокие уровни экспрессии остеогенных маркеров, таких как RUNX2 и ALP, по сравнению с SHED и DPSC [39]. Они также являются незрелыми клетками с меньшим количеством гетерохроматина в ядре и меньшим количеством органелл в цитоплазме по сравнению с PDLSC при ультраструк-турном сравнении [40]. Их потенциал для периодонтальной дифференциации наблюдается по их способности образовывать PDL-подобные структуры или кальцинированные узелки со структурами, подобными кости или цементу in vitro. Кроме того, трансплантация DFSC in vivo может привести к образованию комплекса, подобного цементу/PDL. Документально подтверждено, что DFSC имеют предпочтительный потенциал для одонтогенной дифференциации по сравнению с PDLSC из-за более высокой экспрессии сиалофосфопротеина дентина (DSPP) [16].

Таким образом, полученные из зубной ткани МСК оказались ценным источником стволовых клеток с большим терапевтическим потенциалом. Мезенхимальные стволовые клетки, выделенные из костного мозга, жировой ткани, периодонта, зубного сосочка и пульпы, демонстрируют способность к остеогенной, хондрогенной и фибробластной дифференцировке. Их использование в условиях адентии позволяет активизировать процессы регенерации костной ткани альвеолярного отростка, что особенно важно при подготовке к дентальной имплантации. Современные подходы предусматривают культивирование МСК на биосовместимых носителях и применение факторов роста для направленной дифференцировки в остеобласты.