Vývoj zubu
…od iniciace po prořezání
18. 5. 2020
Migrace neurální lišty k orálnímu epitelu
Tvorba dentální lišty (epiteliální ztluštění)
Stádium pupene
Stádium čepičky
Stádium zvonku
Stádium apozice (tvorba tvrdých zubních tkání)
Tvorba kořene
Prořezávání (erupce)
Počátek vývoje dentice
Orální epitel
Změna směru
dělení buněk
(Ekto)mezenchym
Epiteliální
ztuštění
Dentální vs. Vestibulární lamina
Ektodermo – (ekto)mezenchymové interakce
Ektodermo-ektomezenchymové interakce
Složitý reciproční
interakční systém
• Transplantace ektomezenchymu pod orální ektoderm indukuje jeho přeměnu v buňky
produkující proteiny skloviny
• Transplantace ektomezenchymu řezáku pod ektoderm moláru - řezák
• Transplantace ektomezenchymu moláru pod ektoderm řezáku - molár
• vnitřní sklovinný epitel (pseudoameloblasty) indukuje diferenciaci odontoblastů z
ektomezenchymu
Odontogeneze (vývoj zubů)
zuby dočasné stejně jako trvalé dentice se vyvíjejí z ektodermu a ektomezenchymu
• Původem z ektodermu – sklovina (ameloblasty), ERM
• Původem z ektomezenchymu – zubní dřeň, dentin, zubní cement, periodoncium, alveolus
• Identická morfogeneze
• Proliferace, migrace, embryonální indukce, apoptóza
Primární informace pro vývoj zubů (počet, velikost) obsažena v ektomezenchymu
(poškození kraniálního konce crista neuralis nebo odstranění cristy způsobí anodoncii)
Ektomezenchym indukuje proliferaci a diferenciaci ektodermu dásňového valu v odontogenní
epitel a primární zubní lištu se základy zubů
Vzájemná interakce ektomezenchymu a orálního ektodermu nakonec vyúsťuje k tvorbě
kompletního orgánu
Evolučně silně konzervované vývojové cesty
Mají ptáci zuby?
Mají ptáci zuby?
• Ptáci ztratili zuby asi před 70-80 miliony let
• Konzervované vývojové molekulární cesty k tvorbě zubů se dají experimentálně
re-aktivovat
• In vitro co-culture a in vivo transplantace
Myší ektomezenchym Kuřecí orální epitel
Přehled vývojových stádií zubu
Ztluštění Pupen Čepička Zvonek
Vývoj dočasné dentice
Kondenzace ektomezenchymu pod ektodermem dásňového valu na budoucí horní a dolní
čelisti (po založení předsíně - vestibulum oris) - ve druhé polovině 6. týdne
nitroděložního života
Ektomezenchym stimuluje buňky bazální vrstvy ektodermu gingiválního valu k mitózám a
ty vyrůstají v podobě kompaktní lišty pásu proti ektomezenchymu - primární zubní lišta
Lišta je od počátku obloukovitě zakřivena
Stadium zubního pupene
Po založení maxilární a mandibulární zubní lišty se na každé utváří 10 zubních pupenů
(primordia)
Pupeny proliferují z volného a proti ektomezenchymu obráceného okraje lišty a směřují
většinou mírně labiálně nebo bukálně
Tvorba primordií: konec 7. - zač. 8 týdne
(na maxilární zubní liště později než na liště mandibulární)
Stádium zubní čepičky
9. - 10. týden vývoje
působením signálních molekul produkovaných buňkami kondenzovaného ektomezenchymu
pod zubními pupeny
z ektomezenchymu se konstituují základy zubních papil
Histologická diferenciace buněk: buňky na povrchu zubního váčku se stávají kubickými až
nízce cylindrickými, zatímco vnitřní buňky tvarově polymorfní (základ budoucího retikulárního
epitelu zubního pohárku) / k obdobnému procesu i v zubní papile
bazální membrána - lamina basalis ameloblastica
lamina basalis ameloblastica
Youtube channel
Youtube channel
Stádium zvonku (pozdní čepičky/pohárku)
10. - 12. týden vývoje
Orgán skloviny - nasedá na zubní papilu
Zřetelné 4 vrstevné uspořádání sklovinného orgánu:
Vnitřní sklovinný epitel - Hranice s
ektomezenchymem na povrchu zubní papily.
Štíhlé buňky (až 50 um) tloušťky cca 4 um.
Buňky nasedají na l. basalis ameloblastica.
Stratum intermedium - složeno ze 3 - 5 vrstev
oválných až značně oploštělých buněk
oddělených intercelulárními štěrbinami
spojených desmozomy
Pulpa skloviny (hvězdicovité retikulum) epitelové
buněčné retikulum - buňky
hvězdicovité a často svými výběžky vzájemně
anastomozují
Vnější sklovinný epitel - bývá zpočátku tvořen
kubickými, později plochými buňkami, má též
bazální membránu
Sklovinný uzel (enamel knot)
Stádium zubní lišty
6 - 7. týden
Stádium pupene
8. týden
Stádium zubní čepičky
9. - 10. týden
Stádium zvonku
11. - 12. týden
Stadia vývoje primární dentice
Apozice
zač. 4. m. intra
utero
Erupce
post partum
(po porodu)
Stadia vývoje primární dentice
• Období tvorby tvrdých tkání zubu
• Začíná ve druhé polovině 4. měsíce fetálního vývoje
Korunka – vzniká nejdříve (dentin, sklovina)
ukládání skloviny a zuboviny začíná v oblasti růstového
(signálního) centra a z něho se proces šíří apikálně
Tvorba skloviny = amelogeneze
Tvorba zuboviny = dentinogeneze
Kořen – vzniká později (dentin a cement)
Tvorba cementu = cementogeneze
Místo prvotní
mineralizace
Stadium apozice
(Krivanek, Adameyko, Fried, Front Physiol. 2017)
Buněčné typy v zubu a jejich původ
https://www.youtube.com/watch?v=QLNBjHgUHSU
Časový sled při vývoji primární a sekundární dentice
Vývoj zubní korunky
• Změna polarity buněk ve vnitřním sklovinném epitelu (IEE)
• Prvně se tvoří preameloblasty (dříve diferencuje epitel než ektomezenchym)
• Na základě vzájemných interakcí s epitelem se začínají diferencovat preodontoblasty
• Zánik lamina basalis ameloblastica
• Diferenciace preodontoblastů v odontoblasty = zahájení sekrece dentinu
• Následuje maturace preameloblastů v ameloblasty = zahájení sekrece skloviny
repolarizace buněk vnitřního sklov. epitelu
→ preameloblasty
repolarizace buněk zubní papily
→ preodontoblasty
Zánik lamina basalis ameloblastica – maturací
preameloblastů v ameloblasty
Amelogeneze
Apexy diferencovaných ameloblastů po repolarizaci směřují proti uložené dentinové matrix a
odontoblastům, baze obráceny proti stratum intermedium
Štíhlé a dlouhé buňky (50 um), apikální domény buněk obsahují Golgiho ap. a gER, tvorba
sekrečních zrn
Výdej zrn - ekrinním způsobem, a to nad spojovacími komplexy
Sekreční zrna obsahují proteiny tvořící kostru pro mineralizace skloviny:
Amelogeniny (90 %)
Hlavní produkt sekretorní fáze ameloblastů
kulovité polymery, regulace růstu sklovinných hranolů
Non-amelogeniny
Enamelin - Nukleace a usměrnění růstu krystalů
Ameloblastin – adhezivní molekula
Kalikrein 4 – Proteasa secernovaná ameloblasty na konci sekretorní fáze
Tuftelin – stabilizuje spojení s dentinem
Enzymatické proteiny
Metaloproteinázy (MMP20) – degraduje amelogenin
alkalická a kyselá fosfomonoesteráza a serinproteináza1
Amelogeneze
Do sekrece skloviny se postupně zapojí všechny ameloblasty a každý vytváří jeden hranol
skloviny (prizma)
Hranoly narůstají od apikálních konců ameloblastů
růst však neprobíhá kontinuálně, ale periodicky (s pravidelným střídáním fáze maximální
sekreční aktivity a fáze odpočinkové (klidové)
v průběhu jednoho cyklu se prizma prodlouží přibližně o 15-30 mikrometrů projevem jsou
na zubních výbrusech Retziusovy čáry - končí v perikymatech
délka periody asi 4 dny
Sekrece prizmat - 3 fáze:
- ukládání organické matrix - proteiny, mukopolysacharidy, lipidy
- mineralizační - v matrix se tvoří krystalizační centra, kde se ukládá hydroxylapatit v podobě
submikroskopických krystalů
- maturační - růst krystalů spojený s úbytkem organické matrix (až 0,5 -1%)
Amelogeneze
Inkrementální (přírůstkové) linie skloviny
projev periodické aktivity ameloblastů nebo společné mineralizace většího počtu denních
přírustků prizmat
a) Denní linie
- Způsobují příčné pruhování prizmat (cross-striation), velmi tenké
- Střídání fáze intenzivní sekrece s fází odpočinkovou
b) Retziusovy linie (sklovinné striae)
- Pozorovatelné v optickém mikroskopu na zubních výbrusech, vzdálenost 15-30 μm
- Od dentinosklovinné hranice k povrchu skloviny
- Tvoří perikymata (labiální plošky předních zubů - incisivi, caninus)
c) Neonatální linie
- Jeho tvorba je způsobená náhlou změnou ve změně výživy
- U zubů primární dentice + M1
- Patří mezi Retziusovy linie
Retziusovy linie
Retziusovy linie
Perikymata
Neonatální linie
Vyvíjí se ještě před zahájením
tvorby prizmat - k fokálnímu
zániku buněk vnějšího
sklovinného epitelu zubního
pohárku (apoptozou)
Skrz takto vzniklé otvůrky
v zevním sklovinném epitelu
penetrují do retikula krevní cévy –
zajištění výživy ameloblastů
Redukce až zánik epitelového
retikula a intracelulární mukoidní
substance
Zůstane pouze
Stratum intermedium + vnitřní
ameloblasty
Výživa ameloblastů
https://pocketdentistry.com/7-enamel-composition-formation-and-structure/
Schematic representation of the various functional
stages in the life cycle of ameloblasts as would occur
in a human tooth
1) Morphogenetic stage
2) Histodifferentiation stage
3) Initial secretory stage (no Tomes’ process)
4) Secretory stage (Tomes’ process)
5) Ruffle-ended ameloblast of the maturative stage
6) Smooth-ended ameloblast of the maturative stage
7) Protective stage
https://pocketdentistry.com/7-enamel-composition-formation-and-structure/
Před definitivním skončením sekreční činnosti ameloblasty vytvoří na povrchu skloviny
tenkou vrstvičku organické substance - cuticula dentis
Po ukončení sekrece se ameloblasty zkracují a splynou s buňkami stratum intermedium
vznikne tzv. redukovaný sklovinný epitel - chrání korunku během jejího prořezávání
Zodpovědné procesy:
1. Primární paterning tvaru zubu – sklovinné uzly
2. Počet růstových center v zubním pohárku – míst, kde buňky zahájí sekreční činnost, jsou
definována během diferenciace ameloblastů mechanismy embryonální indukce signálními
molekulami odontoblastů (v genomu buněk sklovinného epitelu exprimují geny, které řídí
rychlost proliferace)
3. Výživa během samotné produkce skloviny (Häkkinen et al., 2019 BioRxiv)
Tvar korunky
Dentinogeneze
Dentinogeneze
Základní hmotu dentinu secernují odontoblasty, které vznikly z povrchové vrstvy
ektomezenchymu zubní papily indukčním působením preameloblastů
Sekreční činnost zahájí první odontoblasty růstového centra, tj. na vrcholu zubní papily
Prekurzory dentinové matrix jsou shromažďovány
v apexech, které směřují proti apexům ameloblastů
Vyloučená matrix je měkká - proteiny rodiny kolagenů
kolagen typu I + III a proteoglykany
(versican, keratansulfát, decorin, chondroitisulfát)
Odontoblasty a ameloblasty se během ukládání matrix
od sebe vzdalují
Do produkce základní hmoty dentinu jsou zapojovány kromě odontoblastů
růstového centra i odontoblasty ostatních oddílů zubní papily
Společnou činností všech odontoblastů se vytvoří dentinový podklad zubní
korunky
V prvních vrstvách matrix jsou pouze retikulární vlákna
Radiální svazečky - Korffovy svazečky - znázornit je lze solemi stříbra (v plášťovém dentinu)
Teprve po uložení Korffových svazečků začnou buňky ukládat kolagenní vlákna (I), jež
probíhají podélně - kolmo na dentinové kanálky
Vápenatění (kalcifikace) dentinové matrix je komplexní pochod
účast enzymu alkalické fosfatázy její aktivita prokázána jak
v tělech, tak i výběžcích odontoblastů
Společně kalcifikují 4 denní přírůstky (submikr.
krystalizační centra – kalcisférity střídané
interglobulárními oblastmi – splývání kalcisféritů)
(síťování kolagenu//fosfoproteiny, glykoproteiny,
osteokalcin/proteoglykany//)
dentinová matrix v těsné blízkosti odontoblastů, nikdy
nevápenatí
= predentin
Ukládání matrix periodicky
4-8 um/den
dokladem jsou von Ebnerovy čáry na
odvápněných řezech
4 denní přírůstky kalcifikují společně
doklad Owenovy linie na zubních
výbrusech (obrázek)
S tloustnutím dentinové matrix se apikální části odontoblastů vytahují v tenčí a tenčí
výběžky a po zvápenatění matrix jsou v ní natrvalo zality jako Tomesova vlákna
v dentinových kanálcích
Vývojodontoblastů
Vývoj odontoblastů
Vývoj zubního kořene
Vývoj zubního kořene
• Dentin zubního kořene se začíná vyvíjet až po uložení dentinového podloží pro zubní korunku
• Vývoj probíhá pod dohledem sklovinného orgánu
• Buňky cervikální kličky proliferují směrem k apexu příštího kořene,
• Proliferující a prodlužující se část zubního pohárku, tvořená pouze vnitřním a vnějším
sklovinným = Hertwigova epitelová kořenová pochva
Cervikální smyčka/klička (Cervical loop)
(Paul T Sharpe, Development 2016)
• Udržování Stem cell niche
• Bohatá signalizace uvnitř epitelu i
do okolí
• Modelový systém pro studium
regenerace a reparace tkání
Dentinogeneze
Induktivním účinkem buněk Hertwigovy pochvy se buňky ektomezenchymu zubní papily
diferencují v odontoblasty, které zahájí ukládání dentinové matrix kořene
Když dentinový kořen dosáhne patřičné tloušťky, Hertwigova pochva se rozpadne a její místo
zaujme ektomezenchym dentálního vaku a pokračuje ukládání zubního cementu
Zbytky Hertwigovy pochvy v periodonciu existují v podobě epitelových perel nebo
Malassezových ostrůvků (ERM)
Tvar zubního kořene: závisí na tvaru apikálního otvoru
Apikální otvor Hertwigovy pochvy
- kruhovitý - nečleněný (primární apikální otvor) - jeden kořen
- rozdělený pomocí horizontálních plotének - nazývají se diafragmy (-ata) na několik
sekundárních apikálních otvorů
Počet diafragmat určuje počet kořenů (větví) zubu
(u vícekořenového zubu diafragmata člení papilu na úseky)
Apikální konec Hertwigovy pochvy
Cementogeneze
• Tvrdá, kosti podobná tkáň, kryjící
kořen zubu
• Nažloutlá barva
• Avaskulární hmota
• Nedochází v něm k přestavbě (na
rozdíl od kostní tkáně)
• cementoklasty
• Může být resorbován
cementoklasty - v období výměny
zubů
• Během života je stále nahrazován
apozicí nových vrstev vitální tkáně
• Tvoří ho:
• Buněčná hmota
• ECM
Zubní cement
Mikroskopická stavba cementu
Cementocyty, Cementoblasty, Cementoklasty (výměna zubů)
Mezibuněčná hmota (ECM) = Cement
Cementoblasty
Buňky, které se aktivně
podílí na tvorbě ECM
Cementocyty
Buňky obklopené cemenózní
tkání, těla uložena v dutinkách,
výběžky v chodbičkách
(obdoba osteocytů v kosti)
Cementoklasty
Podílí se na reserbci
cementu dočasných zubů
Acelulární (primární)
Celulární (sekundární)
Podle
typu ECM
Buňky
Cementová matrix
Kolagenní vlákna a zvápenatělá amorfní hmota
kolagenní vlákna probíhají ve snopečcích,
jejichž orientaci určují síly, které působí
na zuby
Cement podle vzniku dělíme na:
Primární (acelulární)
Neobsahuje cementocyty
V rozsahu celého zubního kořene
Nasedá přímo na zubovinu
Tloušťka: 10 do 200 um
Sekundární (celulární)
Obsahuje cementocyty
Zejména na zubních apexech
Dorůstá až do tloušťky 500 um
Cementogeneze
Začíná až po zániku a rozpadu Hertwigovy epitelové pochvy
Její místo zaujmou ektomezenchymové buňky, které kolem dentinového základu kořene
vytvoří cementogenní plášť
Diferenciací ektomezenchymu
pláště vzniknou cementoblasty
Zpočátku je ukládání cementózní
matrix velmi pomalé, takže
cementoblasty se stačí přemístit
do povrchnějších vrstev
- acelulární (primární) cement
V období těsně před prořezáváním
zubu, produkují cementoblasty
základní hmotu rychle a v takovém
množství, že buňkám znemožňuje
únik a po jejím zvápenatění v ní
zůstanou trvale zality
- celulární (sekundární) cement
Časový sled při vývoji primární a sekundární dentice