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Die nachwachsenden Dritten Nachwuchs im Kiefer

Implantat und künstliches Gebiss könnten bald überflüssig werden: Forscher wollen aus Stammzellen neue Zähne wachsen lassen - auch mit Laserlicht.

Nagetieren wachsen die Schneidezähne stetig nach. Haifisch-Kiefer schieben ununterbrochen neue Zahnreihen nach vorne. Und die Backenzähne von Elefanten werden bis zu sieben Mal erneuert. Doch beim Menschen wächst nach den zweiten Zähnen nichts mehr – außer den Zahnarztrechnungen für Brücken, Implantate oder das Gebiss. Nur in seltenen Fällen sprießt tatsächlich irgendwo noch ein spätes, drittes Beißerchen hervor. Zum kraftvollen Zubeißen reichen diese meist winzigen Zähne zwar nicht, doch sie zeigen, dass im Kiefer Stammzellen für Zahnnachwuchs schlummern. Forscher wollen sie nun aus dem Tiefschlaf wecken.

Laserlicht weckt schlafende Stammzellen

Ein Schritt in diese Richtung ist nun David Mooney von der Harvard University in Cambridge, USA, gelungen. Mit Hilfe von Laserlichtpulsen geringer Energie gelang es seinem Team, menschliche Zahnstammzellen zur Produktion von Zahnbein anzuregen, dem knochigen Gewebe unter dem Zahnschmelz, das auch Dentin genannt wird. Laut der Veröffentlichung im Fachmagazin „Science Translational Medicine“ entstehen durch das Laserlicht im Zahnbein besonders reaktionsfreudige Sauerstoffmoleküle. Dadurch wird ein Wachstumsstimulator (TGF-beta-1) aktiviert, der die schlummernden Stammzellen weckt und dazu anregt, neues Zahnbein zu bilden.
Der Vorteil sei, dass Laser schon heute in der Zahnmedizin verwendet werden, sagt Mooney. Deshalb könnte die Methode vielleicht schon in wenigen Jahren in den Praxen eingesetzt werden. „Es wäre ein großer Fortschritt, wenn wir Zähne regenerieren könnten, anstatt sie zu ersetzen“, sagt Mooney.
Schon vor rund zehn Jahren gelang es Paul Sharpe in seinem Labor am King’s College in London lebende Zähne zu züchten – allerdings außerhalb des Kiefers in der Petrischale. Sharpe gründete sogar eine Firma, Odontis, um den so genannten „Biotooth“ zu produzieren, obwohl er bis dato nur mit Mausstammzellen gearbeitet hatte. Binnen zwei Jahren sollte Odontis erste Tests am Menschen vornehmen und in zwanzig die ersten lebenden Zähne transplantieren. Doch bei der Ankündigung blieb es bislang.

Auch Mooney dürfte mit seiner Laserpuls-Methode keine ganzen Zähne züchten können, meint sein Kollege Jeremy Mao von der Columbia University. Mooney’s Technik löse zwar auf eindrucksvolle Weise ein häufiges Problem: Wenn nämlich bei Kariesbehandlungen ein so tiefes Loch gebohrt werden muss, dass Zahnbein oder sogar das durchblutete Mark verletzt wird. Dann könnte die Laserbehandlung dazu beitragen, dass Zahnbein nachgebildet wird, der Zahn nicht abstirbt und erhalten bleibt. „Ganze Zähne wachsen auf diese Weise aber nicht nach“, sagt Mao, der anders als der Gewebezuchtexperte Mooney gelernter Zahnmediziner ist. Maos Arbeitsgruppe jedoch versucht tatsächlich, ganze Zähne im Kiefer nachzuzüchten. Dazu verwendet der Forscher ein poröses Gerüste aus einem biologisch abbaubaren Polymer, das so geformt wird wie der natürliche Zahn des Patienten und in dessen Kiefer eingesetzt wird. Anders als ein Implantat ist dieses Gerüst aber durchlässig für Zellen und ist durchsetzt mit stimulierenden Substanzen. Diese wachstumsfördernden Stoffe locken diejenigen Zellen aus dem umliegenden Gewebe des Patienten an, die einen Zahn nachbilden können.

Nachwachsende Dritte: Erste Tests am Menschen

Mao testet dieses Verfahren, das bei Ratten schon funktioniert hat, bereits in der Klinik – die ersten Tests überhaupt, die ein natürliches Nachwachsen dritter Zähne beim Menschen möglich machen sollen. Die Patienten seien solche, denen ein Zahn entfernt und ein neuer eingesetzt werden soll, sagt Mao: „Der Zahnarzt wird uns CT-Bilder von dem Zahn schicken, der entfernt werden soll, und wir werden dann ein anatomisch entsprechendes Zahngerüst rekonstruieren und dem Arzt zur Implantation schicken.“ Bei Patienten, die bereits einen Zahn verloren haben, wird das Zahngerüst vom gegenüberliegenden Zahn rekonstruiert. Aber auch Mao rechnet noch nicht damit, einen kompletten Zahn züchten zu können. Den Zahnschmelz und wohl auch Teile des Zahnbeins müssen weiter von einer Krone ersetzt werden.
Die größte Hürde in der Zahnregeneration sieht Mao vor allem darin, im Körper die geeigneten Zellen zu finden, mit denen sich alle Komponenten eines Zahns nachbilden lassen. „Außerdem müssen wir lernen, wie wir diese Zellen so lenken, dass sie einen Zahn mit den richtigen anatomischen Strukturen bilden.“
Damit tatsächlich ein Zahn und kein anderes Organ wächst, sind nicht nur chemische Moleküle, sondern auch ganz simple Mechanik nötig. So ist das Zusammenballen von Zellen auf engstem Raum wichtig, um die Zahnentwicklung zu beginnen. „Diese mechanische Anregung ist für die Zahnregeneration wichtiger als Wachstumsfaktoren“, sagt Don Ingber vom Wyss-Institut für biologisch inspirierte Ingenieurstechnik der Harvard Universität in Cambridge.
Sein Forschungsteam hat ein Gel entwickelt, mit dessen Hilfe das Zusammenpressen der Zellen imitiert wird. Dazu werden die Zahnstammzellen zunächst im Gel verteilt. Sobald es dann in den Körper transplantiert und der normalen Körpertemperatur ausgesetzt wird, schrumpft es zusammen. Dadurch werden die Zellen in unmittelbare Nachbarschaft gebracht – und zur Zahnbildung angeregt: „Sie fangen an, zahnartiges Knochenmaterial zu bilden“, sagt Ingber.

Um einen vollständigen Zahn zu regenerieren, müsse man allerdings die mechanisch aktivierten Zellen noch mit anderen zahnbildenden Zellen kombinieren. Diese sogenannten Epithelzellen, aus denen sich Haut und andere Oberflächen-Organe bilden, hatte Ingber schon 2011 zusammen mit Mesenchym-Zellen in Mäuse implantiert und dort das Wachstum eines kompletten Zahns mit Dentin, Schmelz und Wurzel angeregt. Ähnlich wie bei Mao ist auch Ingbers Ziel, das Gel mitsamt den nötigen Zellen in den Kiefer der Patienten einzusetzen, um so einen neuen Zahn wachsen zu lassen. „Interessant“, kommentiert Mao, allerdings habe Ingber bislang nur Zahnstammzellen aus (Maus-)Embryonen verwendet. „Eine der Hürden vor klinischen Tests dürfte aber sein, eine Stammzellquelle bei Erwachsenen zu finden.“

Kein unnötiges Risiko für neue Zähne

Unklar ist auch noch, ob das künstliche Nachzüchten von Zähnen kein Risiko birgt. Wenn Stammzellen, die sich nicht mehr teilen oder gar Zähne bilden sollen, künstlich angeregt werden, könnten sie auch zu unerwünschten Gewebetypen auswachsen – im schlimmsten Fall sogar krebsartig wuchern. Mao glaubt, dass Zellen aus dem eigenen Körper unter der Kontrolle von Wachstumsfaktoren stehen. Sie zu verwenden sei weniger riskant als fremde Zellen aus dem Labor zu transplantieren. Ob es sinnvoll ist, überhaupt irgendein Risiko einzugehen, ist fraglich. Schließlich geht es nur um ein schönes Lächeln, nicht das Leben. „Die heute eingesetzten Implantate aus Metall sind sehr erfolgreich – und halten sogar Cola und anderen Süßigkeiten stand“, sagt Mao. Doch ideal seien sie nicht, da sie auch zu Entzündungen und Knochenverlust führen können. Außerdem wachsen und verändern sich Kunst-Zähne nicht gemeinsam mit dem umgebenen Kieferknochen, wie es natürliche Zähne tun. Während Forscher wie Mao Zähne bislang nur mit Hilfe künstlicher Gerüste wachsen lassen können, werden in Zukunft wohl die im Kiefer schlummernden Fähigkeiten des Menschen reaktiviert werden, um dritte Zähne sprießen zu lassen – ob nun per Laser oder Spritze. „Ich glaube wirklich, dass das möglich sein wird“, sagt Mao. Wann das sein wird? „Man kann nun mal nicht vorhersagen, wann ein großer wissenschaftlicher Durchbruch passieren wird.“

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