Kết thúc của việc trám răng? Các nhà nghiên cứu phát hiện cách nuôi cấy men răng nhân tạo trong phòng thí nghiệm

Một chiếc răng được cấu tạo từ ba lớp: men răng (bên ngoài), ngà răng (ở giữa) và tủy răng (bên trong). Men răng là chất cứng nhất trong cơ thể con người, bảo vệ răng khỏi các tổn thương bên ngoài. Nhưng nó có một đặc tính xấu: sau khi răng phát triển ở thời thơ ấu, men răng không thể tái tạo. Mọi tổn thương đều là vĩnh viễn. Và đó là lý do chúng ta có trám răng, mão răng, cấy ghép. Nhưng một nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Khoa học Răng miệng Quốc tế (Nature) của Đại học Washington trình bày một bước đột phá: một protein được thiết kế bởi AI có khả năng kích thích các tế bào men răng trưởng thành trong phòng thí nghiệm và sản xuất men răng nhân tạo thực sự.

Tại sao men răng lại khó bắt chước đến vậy?

Các tế bào ameloblast (ameloblast) là những tế bào sản xuất men răng. Chúng chỉ hoạt động ở thời thơ ấu, trong quá trình phát triển của răng. Sau đó, chúng chết đi hoặc biến mất. Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã cố gắng "hồi sinh" chúng trong phòng thí nghiệm, nhưng không thành công: các tế bào không trưởng thành đến giai đoạn thích hợp, và chắc chắn không thể sản xuất men răng cứng.

Nguyên nhân chính: Các tế bào ameloblast cần một tín hiệu cụ thể từ các tế bào khác trong răng. Tín hiệu này đi qua một con đường gọi là Notch, và thường được cung cấp bởi các tế bào lân cận trong răng. Nếu không có nó, các tế bào ameloblast không biết rằng chúng cần phải trưởng thành.

Giải pháp: Protein được thiết kế bởi AI

Nhóm nghiên cứu của Đại học Washington, thông qua Viện Tế bào gốc & Y học Tái tạo (ISCRM) và dẫn đầu bởi nhà nghiên cứu Anjali Patni, đã giải quyết vấn đề bằng một cách tiếp cận mới: thiết kế trên máy tính một protein kích hoạt trực tiếp con đường Notch. Đây là một ví dụ tuyệt vời về cách AI đang thay đổi sinh học.

Protein, được gọi là C3-DLL4 (một chất chủ vận hòa tan cho con đường Notch được thiết kế trên máy tính), bỏ qua nhu cầu về tín hiệu từ các tế bào lân cận. Nó kích hoạt trực tiếp con đường trong các tế bào ameloblast, khiến chúng trưởng thành đến giai đoạn sản xuất men răng tiên tiến, được xác định trong số những thứ khác bởi dấu hiệu WDR72.

Thí nghiệm trên chuột: Tạo men răng nhân tạo trong cơ thể sống

Nhóm nghiên cứu không chỉ dừng lại ở phòng thí nghiệm. Họ đã cấy ghép các tế bào ameloblast trưởng thành dưới bao thận của chuột, một túi nhỏ cho phép các tế bào tiếp tục phát triển thành chất giống răng. Sau vài tuần, các tế bào đã tạo ra một chất vôi hóa tương tự men răng. Đây là lần đầu tiên chứng minh rằng men răng nhân tạo được hình thành trong mô sống bằng cách tiếp cận này.

Hướng đi tới đâu?

Điều quan trọng là phải đặt mọi thứ vào đúng bối cảnh: Đây là một nghiên cứu ở giai đoạn tiền lâm sàng rất sớm, còn rất xa mới có thể ứng dụng lâm sàng trên người. Các nhà nghiên cứu mô tả một số thách thức cần giải quyết trước khi có thể nghĩ đến điều trị:

1. Tích hợp với ngà răng. Chỉ men răng thôi là chưa đủ. Cũng cần lớp bên trong của răng. Bước tiếp theo: tạo một organoid phức tạp hơn
2. Cấy ghép trong các mô hình phức tạp hơn. Hiện tại là dưới bao thận. Cần chứng minh nó hoạt động trong môi trường giống hàm
3. Kiểm tra an toàn. Đặc biệt là lo ngại về ung thư, vì tế bào gốc có thể trở nên mất kiểm soát

Nói cách khác, chúng ta đang ở giai đoạn đầu. Đây là bằng chứng về tính khả thi trong mô hình phòng thí nghiệm, không phải là phương pháp điều trị hiện có, và không phải là răng người được tái tạo. Mọi ước tính về thời gian có sẵn trên lâm sàng sẽ chỉ là suy đoán ở giai đoạn này.

Điều này có ý nghĩa gì đối với nha khoa?

Nếu cách tiếp cận này thành công trong tương lai, về mặt lý thuyết, nó có thể cung cấp một giải pháp thay thế cho một số phương pháp điều trị hiện có: sản xuất men răng nhân tạo thay vì trám răng, tái tạo mô răng, và có thể trong tương lai xa, một giải pháp thay thế sinh học cho cấy ghép. Nhưng tất cả những điều này là những kịch bản tương lai, không phải lời hứa.

Ngoài ra, nghiên cứu làm sáng tỏ các bệnh di truyền của men răng. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng gen DLX3 rất quan trọng đối với sự phát triển của các tế bào ameloblast: khi không có nó, các tế bào không thể trưởng thành đúng cách ngay cả khi con đường Notch được kích hoạt. Các đột biến trong gen này có liên quan đến tăng nguy cơ sâu răng và các bệnh về men răng như amelogenesis imperfecta, một bệnh di truyền gây ra men răng bị lỗi từ khi sinh ra. Hiểu được cơ chế này tự nó là một giá trị nghiên cứu quan trọng, ngay cả khi không có ứng dụng lâm sàng ngay lập tức.

Kết luận

Trong nhiều năm, nha khoa được coi là một "lĩnh vực nhàm chán" với sự đổi mới tối thiểu. Nghiên cứu này thay đổi bức tranh, ít nhất là trên phương diện nghiên cứu. Bằng sự kết hợp của AI, sinh học tế bào và thiết kế protein, các nhà khoa học lần đầu tiên đã chỉ ra một cách để kích thích các tế bào men răng của con người trưởng thành và sản xuất một chất giống men răng. Con đường đến ứng dụng lâm sàng vẫn còn dài, nhưng câu hỏi không còn là "liệu" mà là "khi nào": liệu một ngày nào đó, việc trám răng sẽ trở thành quá khứ, và chiếc răng sẽ tự sửa chữa?