Исследование стволовых клеток оказывает существенное влияние на жизнь миллионов людей во всем мире. Данные о биологии стволовых клеток побуждают биомедицинское сообщество трансформировать эти находки для клинического применения. Успешное внедрение в практику методов длительного культивирования стволовых клеток и клеток-предшественников различных тканей животных и человека, выделенных из эмбрионов, плодов и взрослых организмов, создали предпосылки для разработки технологий заместительной клеточной и тканевой терапии [1].

Стволовые клетки представляют собой неспециализированные клетки, которые могут дифференцироваться в более зрелые с приобретением в процессе дифференцировки специализированных функций. Различают ЭСК, фетальные и соматические стволовые клетки.

Особый интерес представляют ЭСК, поскольку они обладают такими важными свойствами, как:

— тотипотентность — способность к дифференцировке в различные клетки и ткани и бесконечной пролиферации симметричным делением;

— способность при введении их в организм находить зону повреждения и фиксироваться там, выполняя утраченную функцию;

— теломеразная активность; при каждой репликации часть теломер утрачивается (Hayflicklimit); стволовые, половые и опухолевые клетки обладают теломеразной активностью, концы их хромосом надстраиваются, т.е. эти клетки способны проходить потенциально бесконечное количество клеточных делений, они бессмертны [2].

Фетальные стволовые клетки — примитивный тип клеток, которые развиваются в различные органы тела, но исследование фетальной ткани пока было ограничено несколькими типами клеток: нейральными стволовыми клетками (включая клетки нервного гребня), гематопоэтическими стволовыми клетками, клетками-предшественниками островковых клеток поджелудочной железы [3].

Соматические стволовые клетки представляют собой относительно недифференцированные клетки, которые способны дифференцироваться в ограниченное число клеточных типов, образующих ткани взрослого организма, например головной мозг, костный мозг. Данный вид клеток поддерживает дифференцировку клеток в тканях на протяжении всей жизни взрослого организма, обладая потенциалом мульти- и унипотентного созревания [4].

МСК обнаружены в костном мозге человека (см. таблицу),

Кость обладает внутренней способностью к регенерации как в качестве ответа на повреждение, так и во время развития скелета и непрерывного ремоделирования на протяжении всей взрослой жизни [26]. Тем не менее существуют сложные клинические ситуации, при которых необходима дополнительная стимуляция регенеративных процессов в костной ткани (например, реконструкция обширных костных дефектов, причиной которых могут быть травмы, инфекции, опухоли) или случаи, когда регенеративный процесс будет скомпрометирован аваскулярным некрозом, атрофическими процессами и остеопорозом. Во всех упомянутых случаях нормальное течение регенерации костной ткани либо нарушено, либо просто недостаточно.

Для регенерации костной ткани требуется четко направленная и эффективная дифференцировка стволовых клеток в остеогенную среду (lineage). В идеале необходимо снизить вероятность спонтанной дифференциации стволовых клеток в расходящиеся линии во время трансплантации. Кроме того, это было бы полезным для исследования остеогенеза и развития костей и может способствовать развитию исследований стволовых клеток для терапевтического применения [27].

Доказано, что существует ряд химических соединений, которые оказывают содействие остеогенной дифференцировке стволовых клеток в условиях in vitro.

Дексаметазон — синтетический стероидный препарат, который используется для пролиферации и созревания клеточных культур. Он часто применяется в комбинации с L-аскорбиновой кислотой (витамин С) и β-глицерон-фосфатом [28]. Как показывают многочисленные исследования, он является мощным индуктором остеогенеза in vitro и in vivo [29].

Особую роль в регенерации костной ткани играют моноциты. Выделяя индуктивные цитокины, способствующие миграции эндотелиальных клеток, они активируют каскад воспалительных реакций, ответственных за реваскуляризацию и регенерацию тканей в месте повреждения. После перехода моноцитов из крови в ткани они становятся макрофагами. Моноциты также запускают триггерный механизм против микробной инвазии посредством лизирования и удаления мертвых клеток и тканей.

Моноциты и макрофаги в человеческом организме имеются в изобилии, и их получение не составляет трудностей; это не вызывает также каких-либо юридических или этических проблем в отличие от ЭСК. Таким образом, они являются привлекательным источником для клеточной терапии и исследований в данной области [30].

Использование экзогенных цитокинов и факторов роста, которые необходимы для регенерации костной ткани, может привести к различным клеточным реакциям, таким, как стимулирование клеточной адгезии, распространение, миграция и остеогенная дифференциация. В костной регенерации использовалось большое количество факторов роста — морфогенетические белки кости (BMPs), фактор роста фибробластов (FGFs), инсулиноподобные факторы роста-I и -II (IGF-I/II), тромбоцитарные факторы роста (PDGF) и NEL-like молекулы-1 [31, 32], а также сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF, способный регулировать регенерацию сосудистых тканей во время формирования новой кости) [33]. В процессе формирования новой кости необходимо обеспечить адекватную васкуляризацию тканей для выживания клетки, интеграции и функциональности новообразованной кости [34].

Для челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии актуальны МСК, выделенные из стромы костного мозга. Благодаря их способности модулировать иммунный ответ аллогенная трансплантация этих клеток может осуществляться без существенного риска иммунного отторжения.

Особое внимание следует уделить стволовым клеткам из зубных фолликулов. Считается, что клетки зубного фолликула могут дифференцироваться в клетки тканей пародонта, в том числе в остеобласты и цементобласты.

В результате исследования у крыс зубных фолликулов первых нижних моляров, удаленных хирургическим путем, было установлено, что клетки зубных фолликулов, растущих на дифференцированной питательной среде стволовых клеток, в течение 2 нед дают группы специализированных клеток, к примеру группы остеобластов [35].

В последнее время значительный интерес вызывают стволовые клетки жировой ткани (Adiose-DerivedStemCells-ASCs). Они обладают свойствами, сходными со свойствами мультипотентных стромальных/стволовых (МСК) костного мозга, однако относительная доступность, простота и безопасность получения ASCs наделяют их немалыми преимуществами [36]. Остеогенная дифференцировка ASCs может быть индуцирована добавлением в культуральную среду β-глицерофосфата, аскорбиновой кислоты, дексаметазона, витамина D₃ в различных комбинациях или даже по отдельности. Например, для запуска остеогенной программы дифференцировки мышиных ASCs достаточно 15 сут культивирования при наличии ретиноевой кислоты [37]. β-трикальций-фосфат вследствие абсорбции протеинов из питательной среды выступает триггером формирования остеобластного фенотипа ASCs даже без дополнительных остеогенных факторов [38]. Эксперименты на животных продемонстрировали возможность применения культивированных и направленно дифференцированных ASCs для восстановления костной ткани на моделях повреждения плоских и трубчатых костей [39, 40]. На собаках и крысах показана эффективность ASCs в регенерации периодонта зубов через 2—3 мес после имплантации, что может быть актуальным для хирургической стоматологии [41].