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牙髓坏死的年轻恒牙易折断、脱落，影响患者健康。研究人员围绕调控干细胞球体（SHED）缺氧状态展开研究。结果显示，接种 50,000 个细胞的 SHED 球体效果最佳，能有效促进血管化牙髓再生。该研究为牙髓再生治疗提供新方向。
在口腔医学领域，年轻恒牙牙髓坏死是个令人头疼的问题。这些牙齿一旦牙髓坏死，就变得脆弱不堪，极易发生骨折，严重的甚至会脱落。想象一下，孩子们正处于成长发育的关键时期，却因为牙齿问题而面临诸多困扰，不仅影响美观，还会导致咬合紊乱、颞下颌关节疾病等，给他们带来心理和经济上的双重负担。而血管化的牙髓组织对于牙齿的发育和维持活力至关重要，就像土壤对于植物生长一样，只有牙髓组织健康，牙齿才能茁壮成长。
传统的干细胞治疗在牙髓组织工程中虽有潜力，但也面临重重挑战。比如，牙齿根管的结构极为复杂，狭窄细长，还通过小小的根尖孔与根尖周组织相连。在牙髓坏死后，这种缺血的环境让植入的干细胞很难存活。之前研究人员尝试将二维（2D）细胞聚集体，也就是含有乳牙脱落干细胞（SHED）的细胞片移植到 “死” 的年轻恒牙根管中，虽然能让牙髓样组织再生，恢复部分临床功能，但 2D 细胞片存在明显缺陷，它的成牙分化潜能和旁分泌功能不足，与牙本质小管的整合效果也不理想，难以形成牙髓 - 牙本质复合体。
为了解决这些难题，来自国内的研究人员开启了一项意义重大的研究。他们将目光聚焦在三维（3D）培养的间充质干细胞球体（MSCs 球体）上。研究发现，MSCs 球体在 3D 微环境中展现出强大的优势，它的干性、旁分泌功能和多向分化能力都得到增强，而且能促进细胞聚集体与牙本质小管紧密结合，有利于牙髓 - 牙本质复合体的形成。然而，新的问题又出现了，MSCs 球体的大小与细胞的活性和功能密切相关，过大的球体会因为中心区域缺氧而出现坏死，释放有毒物质，影响细胞活性；但适度的生理性缺氧却能促进 MSCs 的存活、增殖、迁移、分化和血管生成潜能。如何平衡 MSCs 球体的活力和功能，成为亟待解决的关键问题。
经过一系列深入研究，研究人员得出了令人振奋的结论。他们利用反应 - 扩散模型，优化了 SHED 球体的细胞密度和大小，成功建立了适度的生理性缺氧环境。其中，接种 50,000 个细胞的 SHED 球体表现最为出色，它的促血管生成潜能、融合能力和重新附着能力都达到了最佳状态。与传统的 SHED 细胞片相比，这种优化后的 SHED 球体在促进血管化牙髓再生方面效果显著，能形成更紧密的牙髓 - 牙本质复合体。此外，通过高通量转录组测序和 RT - qPCR 分析，进一步证实了球体促进血管生成和成牙分化的能力。这一研究成果意义非凡，为 SHED 球体在牙髓再生治疗中的临床应用开辟了新的道路，也为其他基于干细胞的治疗提供了宝贵的参考。该研究成果发表在《Acta Biomaterialia》上。
研究人员开展这项研究主要运用了以下关键技术方法：首先，利用 COMSOL 6.1 进行模拟建模，以此来描述氧气在 SHED 球体中的分布情况，定量分析氧气扩散；其次，通过高通量转录组测序，全面了解基因表达变化，探索 SHED 球体促进血管生成和成牙分化的分子机制；最后，采用 RT - qPCR 分析，对特定基因的表达水平进行验证，进一步确认研究结果的可靠性。研究中使用的 SHED 细胞来源于健康 7 - 8 岁儿童临床收集的乳牙前牙髓。
下面详细介绍研究结果：
- 氧气在 SHED 球体中的分布情况：研究人员为了定量了解氧气在聚集体中的扩散，运用 COMSOL 6.1 进行模拟建模，依据扩散方程计算氧气（O2）在 SHED 球体中的分布。通过这个模型，清晰地展现出不同条件下氧气在球体内的扩散规律，为后续优化缺氧条件提供了理论依据。
- SHED 球体的综合性能评估：研究人员在 Thermo Scientific? Nunc 96 孔板中，以 25,000 - 100,000 个细胞的接种密度培养 SHED 球体，球体大小在 300 - 800μm 之间。经过对内部缺氧、活力、血管生成潜能、融合和重新附着能力等方面的综合评估，发现接种密度为 50,000 个细胞的 SHED 球体整体性能最优。这一结果表明，通过精准调控细胞密度，可以实现 SHED 球体性能的优化。
- SHED 球体促进血管化牙髓再生的能力：与成熟的 SHED 细胞片相比，SHED 球体在促进血管化牙髓再生方面表现更为突出，能够形成更致密的牙髓 - 牙本质复合体。这一发现为牙髓再生治疗提供了更有效的方法，有望改善患者的治疗效果。
- 分子机制探究：借助高通量转录组测序和 RT - qPCR 分析，研究人员深入探究了 SHED 球体促进血管生成和成牙分化的分子机制。结果证实，SHED 球体具有促进血管生成和成牙分化的能力，进一步揭示了其作用的内在原理。
研究结论表明，缺氧在调节间充质干细胞球体（尤其是 SHED 球体）的活力和功能方面起着关键作用。通过优化细胞密度和球体大小建立适度的生理性缺氧环境，能够平衡细胞活力和血管生成潜能。这一研究成果不仅为牙髓再生治疗提供了新的策略，也为干细胞在其他临床应用中的研究奠定了基础。在讨论部分，研究人员指出，这项研究为理解缺氧在干细胞球体功能中的作用提供了新的视角，未来可以在此基础上进一步探索干细胞在不同疾病治疗中的应用，推动干细胞治疗领域的发展，为更多患者带来希望。
