NARZĄD ZĘBOWY (3) ROZWÓJ Uzębienie Pierwotne (mleczne) rozwija się już w okresie płodowym docelowo 20 zębów (2 siekacze, jeden kieł oraz 2 zęby trzonowe), w każdym kwadrancie szczęki górnej i dolnej. Stałe uzębienie powstaje gdy szczęki rosną i ostatecznie się kształtują - 32 zęby (2 siekacze, jeden kieł, 2 zęby przedtrzonowe i 3 trzonowe Czas pomiędzy lata dzieciństwa, to okres uzębienia mieszanego ETAPY POWSTAWANIA ZĘBA Zapoczątkowanie procesu: powstanie z nabłonka pierwotnej jamy ustnej pierwotnych prążków nabłonkowych (ok. 34 dnia życia płodowego), a następnie (tydzień później ulega pogrubieniu i dzieli się na listewkę przedsionkową i listewkę zębową. Ta ostatnie wrasta w głąb mezenchymy w postaci lokalnych guzków stanowiących zawiązki przyszłych pojedynczych zębów, noszących nazwę pączków. Morfogeneza: wyznaczenie kształtu zęba (poprzez namnażanie i przemieszczanie się komórek) Histogeneza: dalsze różnicowanie tkanek zawiązka z wytworzeniem zmineralizowanych (zębina, szkliwo, cement), jak i miękkich (miazga, błona ozębna) tkanek zębowych. Proces jest sterowany wzajemnym oddziaływaniem nabłonka oraz mezenchymy (neuromezenchyma pochodzenia neuralnego) Jakkolwiek proces ma charakyer ciągły, dla celów dydaktycznych dzielimy go na stadia: pączka, czapeczki, dzwonka Stadium pączka (8-0 tydzień) Stadium dzwonka wczesne (4-7 tydzień) późne zacznie się 8 tygodnia (pojawienie się tkanek twardych) Brodawka zęba Stadium czapeczki wczesne ( tydzień) siateczka Węzeł szkliwny Formowanie korzenia Stadium czapeczki późne (2-3 tydzień) Nabłonek zewnętrzny Nabłonek wewnętrzny korona korzeń Listewka zębowa Zawiązek zęba stałego Warstwa pośrednia Pierwotna brodawka pętla szyjki (nabłonkowa pochewka korzenia Hertwiga-Bruna) Uwaga! Podane czasokresy stadiów rozwojowych odnoszą się do zawiązków zębów mlecznych. Proces formowania zębów stałych jest opóźniony w czasie i trwa znacznie dłużej (zęby te osiągają znacznie doskonalszą strukturę) okres pojawienia się zawiązków w stadium pączka wynosi dla trzech (I,II,III) stałych zębów trzonowych odpowiednio: I. 4 miesiąc ciąży II. 6 miesiąc po urodzeniu III. 4 5 rok życia Stadium Pączka Etapy. wrastanie nabłonka w neuromezenchymę, okres jego intensywnego namnażania i tworzenia guzkowatych wpukleń - pączków Każdy pączek jest otoczony mezenchymą. Nabłonkowy pączek wraz z mezenchymą tworzą zawiązek zęba, który w czasie rozwoju wytworzy ząb wraz z otaczającymi tkankami język Blaszka zębowa Blaszka przedsionkowa pączek Rozwijająca się żuchwa 4. Pączek 2. Nabłonek j. ustnej 3. Mezenchyma 4. Kom. neuromezenchymalne
Stadium późnej czapeczki Zachodzi zróżnicowanie kształtu narządu szkliwotwórczego ( matryca kształtu przyszłego zęba). Wyróżniają się w nim wyraźnie: nabłonek zewnętrzny, nabłonek wewnętrzny, siateczka narządu szkliwotwórczego warstwę pośrednią. W zagłębieniu narządu szkliwotwórczego neuromezenchyma tworzy pierwotną brodawkę zęba STADIUM PÓŹNEJ CZAPECZKI c.d. W obszarze nabłonka wewnętrznego wyłania się grupa komórek tworzących tzw. pierwotny węzeł szkliwny. Komórki węzła produkują liczne cząstki sygnalizacyjne Nabłonek. zewnętrzny NS Siateczka NS warstwa pośrednia Woreczek zębowy Sznur szliwny Węzeł szkliwny Nablonek wewnętrzny NS Brodawka zęba Proces ma charakter cykliczny i jest kontrolowany przez inne cząstki sygnalizacyjne (w tym czynniki wzrostu EGF oraz FGF-4). Wpływają one na tworzenie w zawiązkach zębów wielokorzeniowych 2-3 wtórnych węzłów szkliwnych odpowiedzialnych z tworzenie guzków i korzeni. Brak tych cząstek indukuje apoptozę węzła pierwotnego (nie powstają węzły wtórne), co w siekaczach i kłach ogranicza ilość przyszłych korzeni do jednego Stadium dzwonka (wczesne) Siateczka NS Rozgałęzione, połączone ze sobą komórki siateczki stanowią drogi komunikacji między nabłonkiem zewnętrznym a wewnętrznym. Produkowane przez komórki proteoglikany wiążą wodę co zapewnia miejsce dla tworzącego się szkliwa Obecne w brodawce pierwotnej komórki neuromezenchymalne migrują i tworzą warstwę preodontoblastówów oddzieloną błoną podstawową od wartwy preameloblastów W woreczku zębowym (WZ) zwiększa się ilość włókien kolagenowych (produkcja cementu zacznie się znacznie później niż zębiny i szkliwa) Pochewka Hertwiga-Bruna (pętla szyjki PS) ulega pogłębieniu PS WZ Stadium dzwonka (późne) W nabłonek zewnętrzny wpuklają się naczynia włosowate. Po wykształceniu się odontoblastów zanika błona podstawna między preamyloblastami i odontoblastami. Powstanie bezpośrednich kontaktów między tymi komórkami prowadzi do wyróżnicowania dojrzałych ameloblastów. Odontoblasty rozpoczynają produkcję zębiny, następnie ameoblasty rozpoczynają produkcję szkliwa, tworzy się połączenie zębinowo-szkliwne Odonto- i ameloblasty produkują składniki organiczne odpowiednich tkanek, które następnie ulegają mineralizacji. Stadium późnego dzwonka rozpoczyna się z chwilą powstania pierwszych pokładów tkanek twardych (jednocześnie brodawka przyjmuje miano miazgi zęba Podstawowe czynności narządu szkliwotwórczego tzn. części zawiązka zęba pochodzącej z nabłonka (w różnych okresach rozwoju) Produkcja szkliwa przez wyróżnicowane komórki nabłonka wewnętrznego - ameloblasty (wyłącznie w obszarze korony zęba) Indukuje utworzenie warstwy odontoblastów - poprzez wpływ na migrację komórek neuromezenchymalnych ku powierzchni pierwotnej brodawki zęba (zarówno w koronie jak i korzeniu zębą). Indukuje tworzenia cementu pierwotnego - poprzez nabłonek pętli szyjki (wyłącznie w obszarze korzenia) Umożliwia transport tlenu i materiałów odżywczych do ameloblastów w trakcie produkcji szkliwa Rezerwuje miejsce dla rozwijającego się zęba i wpływa na modelowanie jego kształtu.? 2
----------Powierzchnia miazgi--------???? Miazga 24 3 ---------- Zębina-----------------Istnieją następujące typy (kolejne etapy powstawania zębiny):. pierwotna powstająca w pierwszym okresie (formowanie korony) 2. wtórna, której formowanie rozpoczyna się z chwilą wyrzynania się zęba (w szlifie widać granicę między tymi dwoma typami w postaci wyraźnej linii Owena 3. tzw. trzecia zębina (odczynowa) produkowana jest przez odontoblasty w odpowiedzi na zmiany próchnicze czy działania stomatologa. Tzw. zębina reparacyjna posiada odmienną budowę (może być podobna do kości) i jest tworzona a w odpowiedzi na infekcje bakteryjne przez komórki pochodne wieloczynnościowych komórek macierzystych znajdujących się w miazdze zęba. odontoblasty 2. zębina 3. ameloblasty 4. szkliwo osteoblasta (wł. Tomesa) ODONTOBLAST PRODUKCJA ZĘBINY (PREZĘBINY) Zębina Schemat Prezębina Prezębina SYNTEZA KOLAGENU (znakowanie 3H proliną) Cykl życiowy odontoblasta: Sieć końcowa odontoblasta *Preodontoblast *Wydzielniczy wysoki (do 50 um) Siateeczka szorstka bogaty w ER i aparat Golgiego. *Przejściowy: o słabszej polaryzacji i częściowej redukcji organelli *Starczy: niski, o b. zredukowanych organellach, Jądro zawierający krople lipidowe. Golgi i śledzenie jego losów wraz z upływem czasu. ME Siateeczka szorstka Fosfosialoproteina zębinowa (DSPP) ZĘBINA PREZĘBINA Zahamowanie mineralizacji Mineralizacja nukleacja Fosfosialoproteiny Fosfoforyny sialoproteina Białka GLA Enzymy: fosfatazy proteinazy chondroitynazy fosfolipazy Natywne proteoglikany OD Transport wypustkowy Wzrost kryształów oraz ich stabilizacja stanowi główny produkt wydzielniczy odontoblastów i jest niezbędna dla prawidłowego wytwarzania zębiny w czasie dentynogenezy jest proteolitycznie cięta na mniejsze podjednostki o odmiennej czynności niż pierwotny produkt wydzielniczy - AKTYWUJĄ PROCES MINERALIZACJI): zębinową fosfoproteinę (DPP - fosfoforyna), zębinową sialoproteinę (DSP) oraz zębinową glikoproteinę (DGP) proces ten jest katalizowany przez metaloproteinazy istoty międzykomórkowej (MMP-2 oraz MMP-20). zaburzenia genetyczne dotyczace białek zębiny oraz zaburzona czynność metaloproteinaz prowadzą do defektów w formowaniu i zęba i strukturze zębiny (dentinogenesis imperfecta). 3
SZKLIWO I JEGO FORMOWANIE UDZIAŁ PROTEOGLIKANÓW W MINERALIZACJI ZĘBINY AMELOBLAST AMELOBLASTY (A) położenie i budowa położenie i budowa Rejon wzrostu Macierz szkliwa Prezębina zawiera: proteoglikany bogate w chondroitynosiarczany (dekoryna i biglikan) i bogate w keratosiarczany (lumikan i fibromodulina) szczytowa A Fibrylle W prezębinie występuje wyraźny gradient: w kierunku zębiny zachodzi spadek zawartości siarczanów chondroityny i dochodzi do wzrostu zawartości keratosiarczanów. Pozbawione reszt cukrowcowych białka rdzeniowe dekoryn i biglikanów są punktami regularnego sieciowania kolagenu (osnowa dla tworzenia i układu kryształów), a keratosiarczany są pulą sekwestrującą jony Ca++ potrzebne do mineralizacji. Ziarna wydzielnicze Sieć końcowa! poł. m.komórkowe Golgi Siateczka szorstka Jądro Mitochondria Wakuole zagęszczające Cechy budowy ameloblasta: w jego cyklu życiowym ulegają zmianie * wysoka wybitnie spolaryzowana komórka, jadro przypodstawne, * mitochondria zlokalizowane podjądrowo * długi obszar ponadiądrowy zajęty obwodowo przez ER, centralnie przez aparat Golgiego * na terenie ap. Golgiego wakuole zagęszcające; w części szczytowej komórki, zwłaszcza w wypustce Tomesa, ziarna wydzielnicze Sieć końcowa!! poł. m.komórkowe * dwa zespoły połączeń międzykomórkowych Formowanie szkliwa (amelogeneza) Cykl życiowy ameloblasta. Stadium przedwydzielnicze 2. stadium wydzielnicze 3. Stadium przejściowe Stadia czynnoś4. stadium dojrzewania ciowe (szkliwa) 5. Stadium regresji 2 2 3 4 5. W stadium przedwydzielniczym preameloblasty przekształcają się w komórki wydzielnicze (stają się wyższe i rozbudowują ER i aparat Golgiego) 2. W stadium wydzielniczym komórki produkują silnie uwodnione, specyficzne białka szkliwa (zawartość minerałów jest niska). 3. W stadium przejściowym produkcja białek szkliwa ustaje (, ameloblasty stają się niższe ER i aparat Golgiego ulegają redukcji. 4. Stadium dojrzewania: rozpoczyna się z chwilą osiągnięcia przez szkliwo pełnej grubości (mineralizacja wynosi wtedy ok. 30%). Następnie kryształy zwiększają swą szerokość i grubość, a woda i większa część białek zostają usunięte (fagocytoza przez ameloblasty). Ameloblasty okresowo zmieniają charakter swej błony (koronkowa v. gładka) 5. W stadium regresji ameloblasty nadal zmniejszają wysokość i ograniczają czynność; rola: ochrona szkliwa przy erupcji zęba, w okresie końcowym przyczyniają się do powstania złącza nabłonkowo-szkliwnego. BIAŁKA SZKLIWA I ICH LOKALIZACJA (chrom. X Y) *Tuftelina (produkowana jako pierwsza) *Amelogeniny (ok. 90% produkowanych białek) *Enameliny (wszystkie białka nie będące amelogeninami ) w tym *Ameloblastyny Prawidłowe formowanie szkliwa wymaga: - produkcji macierzy organicznej - nukleacji (zainicjowanie procesu krystalizacji) - powstania specjalnego układu matrycowego, który umożliwi prawidłowy wzrost kryształów, - usunięcia białek regulujących te procesy, - zachowanie tych, które zapewnią końcowe dojrzewanie kryształów, a w końcu, pozostając, zapobiegną fuzji kryształów ( i w efekcie nadmiernej kruchości szkliwa). WYPUSTKA AMELOBLASTA (w stadium wydzielniczym) Zawiera ziarna wydzielnicze zawierające natywne: *amelogeniny ameloblasta (Tomesa) *białka nieamelogeninowe: enameliny, ameloblastyny, tuftsyny + produkty ich częściowej proteolizy (zwłaszcza enamelin) ROLA AMELOGENIN W MINERALIZACJI KOMÓRKA wydzielanie resorp cja dojrzewanie agregacja HODOWLA KRYSZTAŁOW IN VITRO A przd B-po dodaniu amelogenin formo wanie Nanosfery: rozdzielacze Enamelolizyna usywanie odc. C terminalnych (hydrofilnych) Agregacja nanosfer : hydrofobowa 4
Proteinazy (mataloproteinazy) TWORZENIE MATRYCY ORGANICZNEJ SZKLIWA I RANDOMIZACJA (w przeciwieństwie do kolagenu, białka rozpraszają się bezładnie w masie szkliwa) niezbędne dla prawidłowej mineralizacji szkliwa Enamelolizyna (MMP20) Kalikreina 4 (KLK4) Mutacje genów dla tych enzymów jak również mutacje genów dla białek szkliwa: amelogenin (AMELX), ENAMELIN (ENAM), AMELOBLASTYN (AMBN) powodują zmiany o typie amelogenesis imperfecta W obrazie klinicznym szkliwo jest cienkie, słabo zmineralizowane (ma podobny stopień uwapnienia jak zębina) i łatwo odpada od zębiny. AMELOBLASTY Z WYPUSTKAMI TOMESA ISTOTA MIĘDZYPRYZMATYCZNA (produkowana jako pierwsza) szkliwo ME Wzrost szkliwa M ob ięd sz zy ar pr w yz zr m os at tu yc zn y? Obszar wzrostu pryzmatu Tomesa Strefa podjądrowa ameloblastów (mitochondria) Szkliwo początkowe: brak podziału na pryzmaty i istotę międzypryzmatyczną A. pryzmaty B. istota międzypryzmatyczna Widoczne kryształy (kąt ustawienia między A i B ok. 450 Szkliwo końcowe: brak podziału na pryzmaty i istotę międzypryzmatyczną 5
Pochodne woreczka zębowego (mezenchyma) * cement * błona ozębna (więzadło ozębnowe): Obie tkanki produkowane są in concerto (także z kością zębodołu). * Głównym zadaniem cementu jest silne zakotwiczenie więzadeł. Stąd substancja międzykomórkowa cementu tworzona jest póżniej niż włókna więzadłowe. * Błonę ozębną tworzy tkanka łączna (zbita i luźna). Włókna kolagenowe ulegają, w swej środkowej części, bardzo szybkiej przebudowie, co pozwala na przesunięcia w trakcie wyrzynania zębów. Błona ozębna zawiera pozostałości narządu szkliwotwórczego (nabłonkowej pochewki Hertwiga Bruna) w postaci pereł Malasseza. * Tworzenie cementu zapoczątkowane zostaje przez tak zwaną błonkę szklistą (zawiera zarówno wczesne produkty odontoblastów jak i nabłonka pochewki. Te ostatnie wpływają na rekrutację / aktywację cementoblastów. C E M E N T K O Ś Ć Przebudowa cementu i kości jest regulowana układami sygnalizacyjnymi (w tym RANK/RANKL i osteoprotegeryna) Regulacja rozwoju zęba - podsumowanie (I) Powstanie różnego różnych tkanek, nadanie odmiennego kształtu zębom (siekacze, kły, zęby przedtrzonowe, trzonowe) jest wynikiem ciągłego wzajemnego oddziaływania tkanki nabłonkowej i mezenchymy (neuromezenchymy) Sygnały o charakterze parakrynnym oddziaływają sekwencyjnie i wzajemnie (zmiany wywołane sygnałami jednej tkanki, powodują tworzenie sygnałów zwrotnych drugiej tkanki). Większość sygnałów ma charakter czynników wzrostu TGFβ (do tej rodziny należą morfogenetyczne białka kości - BMP), FGF oraz czynniki z rodziny Hegehog i Wnt. Regulacja genów (dla czynników transkrypcyjnych i receptorów) wpływa na wrażliwość komórek na kolejne sygnały oraz na wysyłanie własnych sygnałów (stąd proces ma charakter ciągły: opisy kolejnych stadiów rozwojowych służy celom dydaktycznym). We wczesnym etapie nabłonek produkuje sygnał o typie: FGF i BMP wywołujące aktywację licznych genów komórek mezenchymalnych (w tym Pax9, Msx,Dsx) Komórki mezenchymy wydzielają aktywinę, FGF i BMP4, które oddziaływają na nabłonek i indukują powstanie listewki zębowej. Regulacja rozwoju zęba (II) dalsze etapy (morfogeneza). Sygnały z listewki powodują powstanie pączków oraz lokalne zagęszczenie mezenchymy. Aktywacja genów dla czynników transkrypcyjnych Runx2 oraz Fgf3 reguluje przekształcanie zawiązka nabłonkowego od stadium guzka do stadium czapeczki. Pod wpływem BMP produkowanego nadal przez komórki mezenchymy wyłania się w nabłonku wewnętrznym narządu szkliwotwórczego czapeczki grupa komórek w których zostają zablokowane podziały tworzących węzeł szkliwny) Komórki węzła szkliwnego wykazują ekspresję wielu genów, w tym dla cząstek sygnalizacyjnych: BMP, FGF, SHH, Wnt. Cząstki te, bezpośrednio lub pośrednio, regulują dalsze przemiany zawiązka zęba: ilość guzków korony, ilość korzeni (powstają wtedy dodatkowe, wtórne węzły szkliwne. Wymienione sygnały pochodzące z węzła pierwotnego, a w przypadku zębów wielokorzeniowych z węzłów wtórnych, wraz z sygnałami z mezenchymy brodawki (BMP, FGF, Wnt) decydują o dalszych przemianach komórek zawiązka, o ich różnicowaniu, podjęciu produkcji tkanek twardych i ich mineralizacji. 6