Александр Постолаки

Репаративная регенерация — «Чаша Грааля» в стоматологии третьего тысячелетия Часть I. Форма и эволюция

Мы продолжаем начатую нами тему об особенностях строения эмали и формообразования зубов человека с точки зрения спиральной биосимметрии, которая позволяет лучше рассмотреть скрытые от обычного взора биомеханические свойства зубных тканей и расширить горизонт их изучения. В предыдущих публикациях в журнале «ДентАрт» основной акцент был поставлен на минимальное вмешательство во внутреннюю среду зубов со сложнейшей степенью организации и удивительной компактностью структурных элементов эмали. Многогранные свойства эмали позволяют обеспечивать полноценное функционирование каждого зуба как органа, как живой единицы, лишь в едином комплексе тканей объединенных в понятие зубочелюстной системы, а ее сохранение служит важным индикатором здоровья всего организма человека. В этой статье обсуждаются вопросы возможной репаративной регенерации в стоматологии настоящего и будущего, а также перспективы развития биотехнологий, положительные и отрицательные стороны.

«В основе всего должны быть простые идеи.
Как только мы придем к этому открытию,
оно покажется таким прекрасным,
таким неповторимым, что мы скажем друг другу: неужели раньше могло быть иначе?».

Джон Уиллер

«Я не жду, что мои взгляды будут сразу приняты; человеческий ум привыкает видеть вещи определенным образом, и те, кто в течение части своего поприща рассматривали природу с известной точки зрения, обращаются лишь с трудом к новым представлениям».

Антуан Лавуазье

Как показывает история, научные представления непрерывно меняются. Постепенно меняются и физические теории, лежащие в их основе, хотя и не столь быстро. Однако в этих теориях со держится зерно истины, которое непрерывно разрастается. Научная революция XVII XVIII вв. скорее возродила, чем разрешила конфликт между атомистами. Породив новые теории и противоречивые взгляды философов на основы мироздания, она оказала, в разной степени, влияние на развитие множества разветвляющихся отраслей знания. Беспрецедентный научно технический прогресс XX века не мог не сказаться на развитии современной биологии и медицины, внедрив в их арсенал тончайшие физические, химические и математические методы, применение которых привело к накоплению большого фактического материала. На их основе наука сплела сложнейшую паутину объяснения невероятно широкого круга явлений — от элементарных «кирпичиков» материи до Вселенной в целом, включая и феномен жизни (рис. 1).

Различные теории, доказавшие свою жизнеспособность, оказались связанными между собой не только общими истоками, но и структурно и даже функционально, как различные органы в едином организме. Однако накопление новых фактов шло быстрее, чем их анализ и синтез в рамках представлений каждой конкретной научной школы. 

Сейчас уже невозможно провести резкую грань между биологией и химией, химией и физикой или между физикой и космологией. И чем шире становится область применения отдельных теорий, тем теснее и глубже становятся эти связи. И все новые и новые открытия сменяют друг друга с такой быстротой, что мы не успеваем ни осмыслить, ни опробовать их. Остается надеяться, что XXI век станет временем их осознания.

Современные научные, научно технические и прикладные направления, объединенные под общим названием высоких технологий, стали определяющими в развитии мирового сообщества. Ожидается создание сверхбыстродействующих компьютеров и нейрокомпьютеров, разработка и изготовление наномашин роботов вели чиной с молекулу, «атомная сборка» всевозможных материалов, использование которых открывает перед человечеством невиданные перспективы во всех сферах деятельности — от проектирования до создания устройств и механизмов с минимальными энергозатратами, в том числе и разнообразных типов искусственной жизни. Не даром, определяя 21 главную научную технологию XXI века, журнал «Business Week» ставит на нотехнологии на четвертое место, а Интернет — только на четырнадцатое. Наномедицина — это новое междисциплинарное направление медицинской науки, объединяющее физику, химию и биологию. Eе методы только начали выходить из лабораторий, и большая их часть существует пока лишь в виде проектов. Анализируя сложившуюся ситуацию и тенденции научного и экономического развития в странах мира, многие эксперты полагают, что именно высокотехнологичные методы станут основополагающими в XXI веке, но будут широко доступны, по разным оценкам, только через 40 50 лет. Однако целый ряд последних открытий, разработок и инвестиций в наноотрасли привел к тому, что все больше аналитиков сдвигают эту дату на 10 15 лет в сторону уменьшения. Среди наиболее вероятных научных прорывов в медицине ближайшего будущего эксперты называют восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани и получение новых материалов напрямую из заданных атомов и молекул (рис. 2).

Как известно, в обычных условиях эмаль не способна к регенерации, а возникающие механические повреждения не ликвидируются. Факт самопроизвольного исчезновения белого кариозного пятна или исчезновения его под воздействием реминерализующих растворов не отождествляется с регенерацией, так как в основе это го лежит процесс поступления в эмаль ионов кальция, фосфора и других минеральных компонентов. И этот факт признается всеми специалистами в стоматологии как непреложная истина. Данный метод профилактики кариеса зубов (впервые был предложен Евгением Боровским и Петром Леусом в 1972 г.) существует и по сей день, хотя, как сказал сам профессор Петр Леус в интервью на страницах ДентАрта в 1999 году, он его уже не рекомендует. Авторы пришли к выводу, что кальция достаточно в слюне, поэтому можно ограничиться фтористыми полосканиями или использованием фторсодержащей пасты.7 В свою очередь профессор Владимир Окушко (2010) обращает внимание на то, что в жизнедеятельности человеческого зуба решающую роль играет не слюна, а пульпа. Это касается и процессов минерализации эмали.8 Может быть, сей час это еще звучит фантастично, но вполне воз можно, что наступит такое время, когда разрушенная эмаль, словно мифическая птица Феникс, символ вечного обновления, сможет воз рождаться вновь на многострадальных зубах, находящихся под игом кариеса.

Вспомним, что в историю медицины Гиппократ (ок. 460 370 гг. до н. э.) вошел как искуснейший врач, который в свое время предложил заливать рану кипящей смолой и прижигать ее каленым железом. Так лечили раны более 2000 лет, и подобный подход никто не осмеливался оспаривать. Правда, теперь нам даже трудно представить себе такое, но когда то это было объектив ной реальностью. И таких примеров из далекого прошлого достаточно много. Одно из изречений Гиппократа гласит: «Лечит болезни врач, но излечивает природа». Стоит ли окончательно и бес поворотно исключать версию о возможной, пусть даже искусственной регенерации эмали, покажет время, а пока этот вопрос, как нам кажется, надо вновь оставить открытым.

Исследователи во всем мире все глубже проникают в тайны наномира и все больше способны в нем что то менять. Наномеханизмам на основе ДНК пророчат светлое будущее в самых различных областях. Американский химик Нед Симэн считает, что «ДНК — это лучший строи тельный материал в мире» и область применения ограничивается лишь фантазией современных ученых.9 Вероятно, с помощью нанотехнологий человек научится регулировать рост и развитие ряда тканей, комбинируя в лечении стоматологических заболеваний различные методы с применением стволовых клеток и культуры тканей.10 Культура ткани, культура клеток — метод, позволяющий сохранять жизнеспособность клетки и выращивать клетки, ткани, небольшие органы (или их части) животного, включая человека, или растения вне организма на/в питательной среде. Эту сохраняемую или выращиваемую часть выделяют из живого организма.

Три первых важных открытия в области разработок методов культуры тканей произошли на стыке XIX XX веков. В 1885 г. В. Ру показал, что клетки куриного эмбриона сохраняют жизнеспособность в солевом растворе вне тела животного. В 1907 г. Р. Харрисон сообщил об удивительном факте: ему удалось несколько недель сохранять живыми в пробирке клетки зародыша лягушки. В 1913 г. А. Каррель доказал, что в асептических условиях клетки могут расти в культуре в течение длительного времени, если их обеспечить необходимыми питательными веществами. Каррель провел эксперименты по трансплантации органов и в дальнейшем усовершенствовал хирургические методы пересадки не только кровеносных сосудов и почек, но и целых конечностей от одного животного другому. Проведение таких операций на людях не представлялось возможным еще в течение 50 лет, пока Жан Доссе не доказал, что успех трансплантации органов зависит от генетических и иммунологических факторов. И только в 1950 г. в США была впервые получена культура клеток человека.

Способность клеток к росту в культуре привела к развитию методов клонирования, хранения и слияния клеток, а также использования их в качестве источника гормонов и других секретируемых материалов. Это вызвало определенный прорыв в области стоматологии. С 80 х годов прошлого века в практической пародонтологии получил широкое распространение метод на правленной регенерации тканей, который при водит к регенерации не только костной ткани, но и связочного аппарата и цемента корня зуба, задерживая при этом апикальную миграцию де сенного эпителия.11 Заместительное восстановление органо тканевых участков в пораженной области организма, или тканевая инженерия, является одной из важных проблем современной медицины. В настоящее время в мире существует большое количество разнообразных остеопластических имплантатов (костных замените лей) для остеосинтеза и остеопластики, применяемых в стоматологии, травматологии, нейро хирургии, ортопедии и челюстно лицевой хирургии. При костной хирургии восстановление должно происходить как за счет специфической структуры и свойства трансплантата или имплантата (коллагены, гидроксиапатиты, биокерамика и т. д.), так и за счет активации собственных клеточных элементов и усиления регенерации костной ткани в целом.

Исследования в этом направлении успешно продолжаются. Сравнительно недавно в средствах массовой информации было опубликовано сообщение о новом научном открытии М. Зильбермана (2009) из Университета Тель Авива (Израиль), благодаря которому люди смогут получить способ замены утраченных костных тканей при помощи технологии регенерации из особых растворимых волокон. Инновация также может послужить в качестве базовой технологии для восстановления тканей мышц, артерий, периферических нервов и кожи. С помощью 3D матрицы и созданных из специального материала тонких волокон устанавливается форма и размер не достающей костной ткани и в управляемом ре жиме регулируется ее рост и восстановление. Волокна обладают свойством вырабатывать внутри организма лекарства и белки, а те медикаментозные препараты, которые особенно уязвимы к разрушению в организме, 3D матрица позволяет удерживать вместе.12

В США в 2010 году А. Кадемоссеини и Х. Фернандес предложили метод «построения» тканей и органов из отдельных клеток по принципу детского конструктора, из кубиков и блоков, и даже не исключается возможность использования стволовых клеток. Важным преимуществом «микрокладки» из клеток является то, что выращивание тканей различных форм и размеров можно осуществлять в небольших лабораториях, без необходимости привязки к крупным исследовательским центрам и институтам.13 По видимому, подобные технологии в скором будущем также найдут широкое применение в медицине, в том числе и при заболеваниях пародонта, таких как пародонтит, пародонтоз, занимающих ведущее место в мире наравне с кариозной болезнью. В последние годы возникло новое направление в медицине, изучающее регенераторные свойства стволовых клеток, и в ближайшее время ожидается феноменальный, грандиозный рывок в лечении множества болезней, в том числе и стоматологических. Как известно, костный мозг как плацдарм кроветворения состоит из двух видов стволовых клеток — предшественников всех клеток организма: гемопоэтических и стромальных (их намного меньше). Если гемопоэтические стволовые клетки, имеющиеся во взрослом организме, универсальными не являются и используются для восстановления поврежденных участков только в данном месте и для определенного вида ткани (костные — для кости, мышечные — для мышц и т. д.), то стромальные стволовые клетки костного мозга — универсальны. Из них можно вырастить любые клетки. Они поступают с кровотоком в поврежденный орган или ткань и на месте, под влиянием различных сиг нальных веществ, превращаются в нужные специализированные клетки, которые замещают погибшие. Основу науки о стромальных клетках около 30 лет назад заложили советские ученые А. Я. Фриденштейн и И. Л. Чертков. В 1999 году стромальные клетки «открыли» заново американские ученые, после чего количество работ в этой области клеточной биологии начало лавинообразно нарастать. Постепенно, впрочем, выяснилось, что одни и те же клетки могут формировать сразу несколько типов тканей. А в 2002 году К. Верфэльи из Университета Миннесоты объявила об обнаружении некоего универсального типа взрослых стволовых клеток. В 2009 году ученым удалось перепрограммировать взрослые клетки организма в плюрипотентные (способные специализироваться в клетки любо го типа) без использования вирусов, как проводилось это ранее и было довольно небезопасно. Перепрограммировать — значит вернуть в начальное состояние (например, как в эмбрионе), когда они еще не дифференцировались. Активно ведутся поиски по созданию метода лечения зубов с применением стволовых клеток без применения пломбировочных материалов. По мнению П. Йелик (2006) из Гарвардской школы стоматологии, менее чем через десять лет стоматологи смогут использовать стволовые клетки из собственных тканей пациента (костного мозга, крови или здоровых зубов), которые, например, заполнят трещину в зубе или регенерируют пульпу внутри него, так что не будет необходимости в прохождении корневых каналов. Еще в 1978 году в Советском Союзе была начата трудоемкая работа по созданию «коллекции кле точных культур человека, животных и растений». И теперь без широкого использования клеточных культур невозможно интенсивно развивать исследования в области молекулярной и клеточной биологии, молекулярной генетики и биотехнологии.

Важно отметить, что в 2009 году международная группа ученых методом генной инженерии выявила единственный ген, который создает женщину. Согласно данным исследования, этот ген определяет развитие женского организма и, по утверждению специалистов, предотвращает появление других половых признаков (рис. 4). В том же году ученые из Цюриха обнаружили гены, которые отвечают за формирование зубной эмали и рост целых зубов. Они же вовлечены и в образование стволовых клеток зубного эпителия, которые в свою очередь формируют амелобласты. Проф. Т. Митсиадис считает, что понимание генных механизмов позволит создавать новые ткани для будущих технологий трансплантации при замене травмированных и больных зубов, хотя только на стволовые клетки ставку делать не стоит. Сейчас подобные исследования проводятся во многих странах мира, в том числе и в Украине. Еще в 2003 году была разработана технология выращивания новых зубов на месте уда ленных, и в недалеком будущем, как считает ав тор идеи проф. В. Митченок, она позволит избе жать многих проблем, связанных с процедурой протезирования.

Внушительного прогресса добилась группа ученых под руководством Такаси Цудзи из Университета наук Токио. Ранее японские исследователи научились выращивать зародыши зубов (в поперечнике около 500 мкм) и даже внедрили их в десны грызунов. В 2009 году им удалось вы растить полноценный коренной зуб, но они еще не научились контролировать рост определенных видов зубов, а также положение бугорков на них. Однако, как отмечается, технология может быть перенесена на человека не ранее, чем через 15 лет. Сегодня «этически чистым» источником стволовых клеток могут служить стволовые клетки из молочных зубов и зубов мудрости, способные преобразовываться в одонтобласты. Это означает, что с помощью таких базовых клеток можно будет лечить (то есть восстанавливать, а не пломбировать) повреждeнные зубы. Х. Блау и ее коллеги из Стенфордского университета на основании результатов проведенных ими экспериментов пришли к выводу, что все живые организмы могут обладать одинаковой способностью к восстановлению, но эта способность ограничена генетической структурой, и здесь могут помочь методы генной инженерии.

Ранее ученые полагали, что усилению регенеративной способности человека может помочь клеточная терапия. Однако практический опыт показал, что она имеет весьма ограниченную эффективность. Следует отметить, что изучение свойств живых клеток и их использование в медицине, по нашему мнению, будет целесообразнее проводить с учетом накопившихся за последний век знаний о биологическом поле, 


которое «обеспечивает целостность взрослого организма, взаимосвязь процессов, информационно поддерживает регенерацию тканей и органов. Имен но благодаря биологическому полю организм «знает», какой и в каком объеме должна быть восстанавливаемая ткань, каким должен быть регенерируемый орган». Еще в начале ХХ века крупнейший ученый А. Г. Гурвич, более тридцати лет занимавшийся изучением клеточного по ля электромагнитной природы, носителем которого является хроматин ядра клетки, неожидан но открыл наличие второго типа поля, неэлектромагнитной природы, обусловленного геометрической формой клетки — полем формы, которое он назвал биологическим (рис. 5). Согласно А. Г. Гурвичу, биологическое поле клетки организует нормальное протекание внутриклеточных процессов.

К середине 50 х годов планомерные интенсивные научные работы в этой области практически прекратились. Интерес ко всему направлению возобновился с 70 х годов в бывшем СССР. Но особенно активно и целе направленно это происходило в Германии, где был создан Международный институт биофизики, в котором ученые планомерно исследовали и исследуют проблемы биологических излучений, основываясь на новейших достижениях квантовой физики с учетом научного наследия Гурвича. Необходимо отметить то, что именно в последние годы мировое научное сообщество вновь акцентировало свое внимание на этом уникальном открытии.

Профессор Владимир Окушко (2005) придерживается взгляда, что «жизнь — не форма существования каких то специфических тел, а форма энергопотоков». Именно с этой точки зрения клиницистам следует более бережно относиться к зубным тканям, с учетом важности протекающих в них физиологических процессов, от которых за висит благополучное функционирование не только зубочелюстной системы, но и организма человека в целом. На основании многолетних исследований автор также убедительно доказывает существование особого биологического энергоинформационного потока, формирующего, организующего и поддерживающего структуру вещества и обеспечивающего ему способность к целесообразной биологической изменчивости.

Применение небольших молекул для строительства наноструктур внутри клеток может стать новым способом понимания и регулирования происходящих в клетках превращений, что раньше было затруднено из за небольшого числа биосовместимых реакций. Одна из самых больших проблем в достижении желанных результатов заключается в разработке практических методов построения достаточно сложных наноструктур (рис. 6). Извлечение уроков от самой природы может дать толчок развитию многих областей нанотехнологии.

«Безразлично, в какой одежде
или в каком иероглифе принесется осколок знания. Благо знания во всех краях мира будет иметь почетное место. В нем нет ни старого, ни молодого,
ни древнего, ни нового.
В нем совершается великая, неограни ченная эволюция».

Николай Рерих

Человек издавна наблюдал природу, восхищался ею и учился у нее. Несмотря на значительные достижения в области естествознания, нас не перестает изумлять видовое разнообразие организмов на планете и то, что в каждом случае пластика живых форм безупречна: при минимуме затрат достигается максимальный эффект. Наука наших дней подтверждает древнюю философскую идею о единстве микро и макромира, в которой, как в фокусе, отражаются фундаментальные проблемы (части целого, конечного и бесконечного), имеющие важнейшее мировоззренческое значение. Н. К. Рерих (1874-1947), русский живописец, ученый и философ, подчеркивал, что ошибочно думать, будто подробности незначительны на пути восхождения к познанию; по его мнению, следует быть открытым ко всему полезному, и тем более к тому, что уже за свидетельствовано веками:

«Как внимательно замечает все камни следующий за учителем.
Не минует его ничто постороннее. Лишь плохой ученик скажет:

— Учитель, я в восхищении разбил себе нос».

Наблюдение и вдумчивое изучение первоис точников поможет оценить множество характер ных мельчайших подробностей и определений (рис. 7)

Впервые в 70 х годах ХХ века ученые обрати ли внимание, что все физические законы, действующие во Вселенной, поразительным об разом приспособлены для создания самых благоприятных условий жизни человека. Дальнейшие углубленные исследования показали, что физические, химические и биологические законы во Вселенной, сила земного притяжения и электромагнитные волны, строение атомов и элементов, словом, все существующие законы созданы для обеспечения идеальных условий жизни человека. Еще в древности было замечено, что повторяющийся элемент живой природы сообщает особую гармонию и ритмичность ее представителям. Вполне возможно, что имеет место также наличие «модуля» в каждой отдельной структуре, который объединяет, соразмеряет иногда самые неожиданные по характеру элементы одного и того же организма. В повторяемых элементах природы отражена закономерность целого.

Причем, природа оперирует небольшим числом типов геометрических форм, но она умело их комбинирует и выбирает оптимальный способ приспособления к внешним условиям жизни. Человек всегда пытался не только познать окружающий мир, но и найти объяснение про исходящим явлениям. К примеру, смысл эзотерической геометрии Пифагора (VI в. до н. э.) состоял в обнаружении принципов, на которых основаны красота и порядок в природе. Пифагорейцы впервые назвали Вселенную словом Космос, что в буквальном переводе означает строй, порядок, прекрасное устроение. К тако му же выводу пришел еще много веков назад Платон (ок. 427 347 до н.э.), который считал, что сложные частицы элементов имеют форму многогранников, при дроблении эти многогранники дают треугольники, которые и являются истинными элементами мира. Достигнув самой совершенной формы, природа берет эту форму в качестве элементарной и начинает строить следующие формы, используя последние в качестве «единичных».35,36 Нил Шубин, профессор анатомии, известный палеонтолог и один из первооткрывателей легендарного тиктаалика (промежуточного звена между рыбами и наземными животными), одну из глав в написанной им книге «Внутренняя рыба» (2010) начинает следующими словами: «Изучение зубов не занимает много времени на занятиях по анатомии — мы тратим на них всего минут пять… Но в наших небольших зубах осталось очень много того, что связывает нас с другими живы ми существами, и разобраться в наших телах, не разобравшись в зубах, совершенно невозможно» (рис. 8).

С этих позиций дальнейшее исследование эволюционного развития зубочелюстной системы, от простейших позвоночных до человека, представляется нам актуальным и перспективным направлением для обнаружения еще не раскрытых особенностей строения ее структур и, может быть, еще неизвестных взаимосвязей с организмом, сохранившихся на генетическом уровне. Как писал известный физик теоретик Я. И. Френкель (1894-1952), «не надо искать старое в новом, а надо находить новое в ста ром». Еще выдающийся французский математик, физик и философ А. Пуанкаре (1854-1912) справедливо утверждал, что «…истинная, единственная цель науки — раскрытие не механизма, а единства». По мнению Е. Распис (2008), «возможно, что при переходе человечества от более простых технологий к классу новейших технологий следует учитывать уже известные особенности наномасштаба, его специфику, которая ярче всего проявляется в нано технологии живого, а именно в его самоорганизации с наноуровня».

Продолжение следует.

Поделиться с друзьями: