Wie weet, misschien kunnen we in de toekomst zonder implantaten voor ons gebit? Onderzoekers van de TU Berlin werken momenteel aan het regenereren van derde tanden. Het team onder leiding van Dr. Roland Lauster, professor in de medische biotechnologie, heeft in alle labtests met succes aangetoond dat tanden kunnen teruggroeien uit het eigen materiaal van het lichaam. Soms gebeurt dit – niet alleen bij haaien en krokodillen – zelfs vanzelf.

“Er zijn weliswaar geïsoleerde meldingen dat mensen ook voor de derde keer hun achtertanden of zelfs hele nieuwe gebitten kunnen krijgen, maar waarom dit bij sommige mensen wel gebeurt en bij andere niet, is nog steeds grotendeels onbekend”, stelt Lauster vast. Na de laboratoriumsuccessen van de afgelopen jaren gaat het Berlijnse onderzoeksproject van de wetenschappers nu de preklinische fase in.

Want één ding is duidelijk: als een tand verloren gaat, moet deze niet alleen om optische redenen worden vervangen. Een tandkloof kan een aantal gezondheidsproblemen veroorzaken – van een gebrek aan kauwfunctie tot craniomandibulaire disfunctie (CMD), d.w.z. spanning in het hoofd- en nekgebied.

Luister nu naar De IO Show!

Elke week het nieuws van Innovation Origins in je oren!

Groei-informatie

Dr. Jennifer Rosowski ©TU Berlin/PR/Tobias Rosenberg

“In principe gaat de wetenschap ervan uit dat de menselijke kaak ook levenslang toegang heeft tot de informatie die nodig is voor de groei van nieuwe tanden”, zegt Dr. Jennifer Rosowski, onderzoeksassistent bij Roland Lauster, die haar proefschrift heeft gewijd aan het onderwerp van hernieuwbare tanden. De vraag is wat dit proces op gang brengt.

Het is belangrijk om te weten dat haar, tanden of zelfs nagels zich ontwikkelen als gevolg van zogenaamde “mesenchymale condensatie”. Bij tandgroei hopen zich bepaalde voorlopercellen op in de kaak onder de buitenste huidlaag. Deze cellen condenseren en vormen een soort tandkiemen. Als gevolg van deze condensatie beginnen ze via specifieke boodschappersubstanties te interacteren met de omringende cellagen in de kaak.

“Binnen de op deze manier gevormde tandkop worden verschillende celtypes onderscheiden”, zegt Dr. Rosowski. “Het glazuurorgaan, de tandpapilla en de tandrand. Deze weefsels differentiëren geleidelijk aan tot een complete tand.” De informatie over welke tand moet worden gevormd – snijtand of kies – komt uit het omliggende kaakweefsel.

Teelt van pulpcellen

De onderzoekers aan de TU Berlijn willen nu het natuurlijke derde gebit uit het binnenste van een getrokken tand halen. Hun plan is om zogenaamde tandheelkundige pulpcellen zodanig te kweken en te verwerken dat ze een actieve tandkiem vormen. En wanneer deze tandkiem in een patiënt wordt geïmplanteerd, is het de bedoeling dat hij begint te communiceren met het omringende weefsel. Vervolgens moet hij een hele reeks van boodschappen uitzenden die de tandvorming in gang zetten.

Kan er mogelijk iets anders uit deze cel groeien? Anders gezegd: zit er ook een gevaar in groei?

Dr. Rosowski: “De informatie over het type, de positie en de grootte van de tand wordt geregeld door gradiënten van signaalmoleculen in het kaakweefsel. We gaan ervan uit dat de tandkiem, die in de tandkloof is geïmplanteerd, zich aanpast aan de micro-omgeving en de juiste tand vormt. De tandpulpcellen van de patiënt zijn afgeleid van de voorlopercellen van de tandontwikkeling en het is bekend dat alle cellen een zogenaamd cellulair geheugen hebben. Het is daarom onwaarschijnlijk dat de pullcellen een ander celtype produceren. Zolang de cellen niet aan ernstige manipulatie – bijvoorbeeld genetische modificatie – worden onderworpen, is er geen proliferatie te verwachten, aangezien de regeling van het celaantal en de celgrootte door het omringende weefsel ook via boodschappersubstanties wordt uitgevoerd.”

Eigen materiaal in plaats van stamcellen

Overigens wordt er al geruime tijd onderzoek gedaan naar hernieuwbare tanden. En zo hebben andere werkgroepen in het diermodel al het bewijs geleverd: een in de kaak geïmplanteerde tandkiem kan daadwerkelijk teruggroeien tot een complete tand.

Roland Lauster en zijn team zien echter hun eigen methode als een doorslaggevend concurrentievoordeel: “Alle concurrerende onderzoeksgroepen gebruiken embryonale stamcellen om kiemen te produceren. Dit sluit eigenlijk de echte toepassing van de methode uit, omdat het gebruik van stamcellen in de meeste landen ethisch zeer controversieel is en niet wettelijk is toegestaan,” legt Jennifer Rosowski uit. “In plaats daarvan gebruiken wij alleen celmateriaal van de eigen tanden van de patiënt. Op die manier vermijden we alle ethische en juridische zorgen en hebben we het beslissende voordeel dat het in het geval van een echte toepassing het eigen lichaamsweefsel van de patiënt is: De nieuwe tand zou daarom geen afstotingsreactie veroorzaken.”

De voor het onderzoek benodigde tanden werden door de afdeling kaakchirurgie van de Charité Universitätsmedizin Berlijn geleverd in de vorm van chirurgisch verwijderde verstandskiezen. De Berlijnse wetenschappers hebben een speciale kweekmethode ontwikkeld om ervoor te zorgen dat de volwassen cellen die zich daarin bevinden, weer de-differentiëren tot een soort embryonale toestand en zich vervolgens samenvoegen tot een tandkiem. De tandheelkundige pulpcellen worden gescheiden, gereinigd en vervolgens gecultiveerd in microtiterplaten, waarvan het oppervlak wordt bedekt met een hydrogel. De hydrogel voorkomt dat de cellen zich aan de wanden van de titerplaten hechten. Ze zweven vrij in het medium, maar zijn van nature zo geprogrammeerd dat ze streven naar een driedimensionale structuur. Hierdoor condenseren ze zelfstandig, zonder externe druk, tot een soort celkogel. Dit proces duurt 24 uur en de resulterende celkogel is ongeveer 200 tot 500 micrometer groot.

Gepatenteerd proces

“Wij waren de enige groep wereldwijd die heeft aangetoond dat deze onafhankelijke mesenchymale condensatie tot een celkogel, de expressie van verschillende genen en de productie van specifieke boodschappersubstanties op gang brengt”, zegt Jennifer Rosowski. “Deze boodschappers zijn nodig om te interacteren met het omringende kaakweefsel.” het  proces is sindsdien wereldwijd gepatenteerd.

Het team werkt momenteel aan een preklinische pilotstudie, die ongeveer 24 maanden in beslag zal nemen, inclusief voorbereiding en opvolging. Tot nu toe is het basisonderzoek over dit onderwerp – het proefschrift van Dr. Rosowski – gefinancierd uit de begroting van de afdeling. Maar de onderzoekers hopen op verdere ondersteuning. “Voor de pilotstudie hebben we geld aangevraagd bij de BMBF, maar de goedkeuring is nog steeds hangende – de beslissing zal rond september 2019 bekend worden gemaakt”, beschrijft Dr. Rosowski de volgende stappen. “Als de studie succesvol is, zijn er verschillende manieren van exploitatie denkbaar: Van de oprichting van een start-up tot de samenwerking met investeerders.”

Maar daarvoor moet eerst uitgebreid klinisch onderzoek worden uitgevoerd om goedkeuring als medisch product te verkrijgen. Als alles goed gaat, kunnen we er als patiënten over 3 tot 5 jaar gebruik van maken.