Vývoj obličeje, jazyka a zubu
17. 10. 2023
Jan Křivánek
Článkování těla
Článkování těla
Článkování těla – je lidské tělo článkované?
Stejný způsob článkování jako o primitivních druhů
Využívají se stejné signální dráhy
Jsme výsledkem „drobných změn“ ve signálních
drahách a jejich jemného ladění
VÝVOJ OBLIČEJE – NEURÁLNÍ LIŠTA
Doc. Petr Vaňhara
Neuralcrest
https://www.youtube.com/watch?v=1zpV5rzWXMA&ab_channel=GetAnimatedMedical
Vývoj od zygoty
https://www.youtube.com/watch?v=FhhWG3XzARY&ab_channel=FacultyofDentistry%2CUniversityofToronto
Vývoj obličeje
https://www.youtube.com/watch?v=iLbqzTlZ6yA&ab_channel=Osmosis
• 5 mm embryo appears as Carnegie
Stage 13 from ectopic pregnancy.
• Week 4-5, 26 - 30 days, 3 - 5 mm,
Somite Number 21 - 29
• Ectoderm: Neural tube continues to
close, Caudal neuropore closes,
forebrain
• Mesoderm: continued segmentation
of paraxial mesoderm (21 - 29
somite pairs), heart prominence
• Head: 1st, 2nd and 3rd pharyngeal
arch, forebrain, site of lens placode,
site of otic placode, stomodeum
• Body: heart, liver, umbilical, early
upper limb bulge
Zárodek měří cca 8 mm a je ohnut konvexitou dorzálně
Hlavový oddíl zárodku je mohutný a směřuje ventrálně
Na hlavovém oddílu se rýsují základy oka (oční váčky a ploténka čočky) a nosní dutiny v podobě nosních (čichových) jamek
Lidský zárodek na konci 1. měsíce vývoje
Ventrálně od temenního a týlního hrbolku - žaberní (faryngový) aparát
Žaberní oblouky (arches) - zakládá se jich 6
Žaberní vklesliny (clefts) (ektodermové žaberní brázdy) - celkem 4
Žaberní výchlipky (pouches) (entodermové žabermí brázdy) - celkem 5, oddělené od vkleslin obturujícími
membránami - membranae obturantes
Lidský zárodek na konci 1. měsíce vývoje
FARYNGOVÝ APARÁT
Doc. Petr Vaňhara
Vklesliny Výchlipky
1. Žaberní oblouk (mandibulární) je rozdělen ve:
- Výběžek pro horní čelist - processus maxillaris
- Výběžek pro dolní čelist - processus mandibularis
Základy obličeje se začínají rýsovat koncem 4. týdne okolo primitivní ústní jamky - stomodeum
Zakládá se 5 výběžků:
- nepárový frontonazální výběžek
- párové maxilární výběžky
- párové mandibulární výběžky
Podklad výběžků tvoří ektomezenchym, který do nich vcestoval z dolního mezencefalického a horního rhombencefalického
úseku crista neuralis
Povrch výběžků kryje ektoderm, jenž vystýlá i stomodeum; výběžky jsou zpočátku od sebe odděleny hlubokými zářezy. Jde o
dynamický proces - začíná na přelomu 4. a 5. týdne vývoje a je ukončen zhruba v 8. týdnu.
Spočívá v proliferaci ektodermu i ektomezenchymu výběžků a jejich dalším členění, přesunech (migraci) výběžků, v
rozdílných růstových rychlostech (změny jejich velikosti) a ukončen splynutím (fúzí) výběžků.
Vývoj obličeje
VÝVOJ OBLIČEJE
processus maxillares
processus mandibularis
nasální plakoda
stomodeum
2. faryngový oblouk
processus frontonasalis
stomodeum
Doc. Petr Vaňhara
VÝVOJ OBLIČEJE
Doc. Petr Vaňhara
VÝVOJ OBLIČEJE 4th week
Doc. Petr Vaňhara
• Čichové jamky jsou ohraničeny valy – mediální a laterální nosní valy
• Zbytek čelního valu vytvoří area triangularis (základ pro hřbet a hrot nosu)
• Mediální nosní valy spolu srostou a vsouvají se mezi maxilární výběžky jako intermaxilární segment (dávají vznik střední části horního
rtu, části horní čelisti v oblasti řezáků a části patra – primární patro)
VÝVOJ OBLIČEJE
Doc. Petr Vaňhara
Frontonazální výběžek (vyvine čelo, nos - kořen, hřbet, špička a křídla a střední část horního rtu - philtrum)
Po vytvoření jamek se okolní ektomezenchym rozdělí ve 2 podkovovité valy :
Processus nasalis medialis
Processus nasalis lateralis
Trojúhelníkovitá oblast mezi mediálními nosními výběžky se nazývá area triangularis
Pravý a levý processus nasalis medialis splynou ve střední rovině v
nepárový intermaxilární segment
Z horního úseku segmentu se vyvine hřbet a špička nosu (dorsum et apex
nasi)
Dolní úsek segmentu (tzv. area infranasalis) proliferuje směrem k ústnímu
otvoru a vsune se mezi mediální konce obou processus maxillares a dá
původ střední části horního rtu (philtrum)
Jednotný horní ret vznikne až po srůstu intermaxilárního segmentu s
processus maxillares
Z area triangularis, která se během fúze mediálních nosních výběžků
přemístí nad intermaxilání segment, pochází radix nasi
Laterální nosní výběžek se nachází nad maxilárním výběžkem a je původně
oddělen žlábkem: nasomaxilární žlábek (okulonazální rýha)
Intermaxilární segment
VÝVOJ OBLIČEJE
Maxilární výběžky srostou
1. s intermaxilárním segmentem (vytvoření horní čelisti a rtu)
2. s laterálními nosními valy (zbytek horní čelisti a křídla nosu)
Laterální nosní valy jsou od maxilárních zpočátku odděleny rýhou – sulcus nasolacrimalis, která se uzavře a vytvoří slzný kanálek
Doc. Petr Vaňhara
7. týden
VÝVOJ OBLIČEJE
Doc. Petr Vaňhara
Vývoj obličeje - shrnutí
Z primitivní ústní jamky - stomodeum
Stomodeum spojuje primitivní ústní otvor s tělním povrchem
Dno jamky (oro-)faryngová membrána
*
Vývoj ústní a nosní dutiny
membrana
oropharyngea
Po proděravění orofaryngové membrány komunikace s faryngem
Strop stomodea - mezenchym a ektoderm čelního výběžku
Nosní plakody → Nosní jamky → Nosní kanálky - rostou
dozadu a dolů až se přiblíží ke stropu stomodea
lens
Dutina nosní
Dolní úsek intermaxilárního segmentu – philtrum
Špička a hřbet nosu - střední a horní úsek intermaxilárního segmentu
Nosní křídla (okraj nosních dírek) z laterálních nosních výběžků
Nos je zpočátku plochý – roste ventrálně, čímž dojde k jejich vyzvednutí nad úroveň ostatních výběžků
Vývoj nosu a nosních dutin
V polovině 6. týdne se oronazální dutina začne dělit pomocí horizontální přepážky v definitivní:
nosní dutinu a ústní dutinu
Začíná v 6. týdnu, končí cca v 10. týdnu
3 základy:
a) mediální patrová ploténka - vyrůstá ze zadní strany intermaxilárního segmentu (splynulých processus nasales
mediales) - pol. 6. týdne; má klínovitý tvar a derivuje malý úsek patra před papila incisiva, zvané primární patro
Vývoj patra (palatogeneze)
b) laterální patrové ploténky (patrové výběžky) – vyrůstají z mediální strany processus maxillares - konec 6. týdne - původ
tzv. sekundárního patra
Patrové ploténky zpočátku rostou kaudálně (po stranách základu jazyka), koncem 7. týdne se zvedají do horizontální polohy
„horizontalizace patrových plotének“ (kaudální sestup jazyka způsobený vertikálním růstem výběžků pro dolní čelist), mediální
konce plotének rostou proti sobě - poč. 8. týdne se setkají a pak srostou
Vývoj patra (palatogeneze)
Místo srůstu je patrné na orální straně patra jako
raphe palati
Vývoj patra (palatogeneze)
Ve stejném čase srostou přední hrany laterálních patrových plotének s nepárovou mediální ploténkou - jednotné patro
V linii srůstu všech tří částí se otevírá Foramen incisivum
Mezenchym primárního patra a patra sekundárního (až na krátký oddíl dorsální) pak osifikuje (intramembranózně) a patro se rozliší na:
Patro tvrdé - palatum durum
Patro měkké - palatum molle a čípek (uvula)
Vývoj patra (palatogeneze)
Hard palate
Primary
palate
Soft palate
Secondary
palate
VÝVOJ OBLIČEJE - PATRO
• primární patro (intermaxilární segment)
• sekundární patro (laterální patrové ploténky)
Doc. Petr Vaňhara
Horizontalizace a srůst patrových ploténekVÝVOJ OBLIČEJE - PATRO
Doc. Petr Vaňhara
Vývoj předsíně dutiny ústní
6. týden - předsíň dutiny ústní se vyvine z tzv.
vestibulární (labiogingivální) lišty
Zakládá se na volném okraji výběžků ohraničujících
primitivní ústní otvor
Předsíň ústní dutiny odpovídá štěrbině, jež zůstala
po rozpadu centrálních buněk vestibulární lišty
Vývoj zubu
…od iniciace po prořezání
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
Epitelo – (ekto)mezenchymové interakce
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
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
Z ektomezenchymu se konstituují základy zubních papil
lamina basalis ameloblastica
Youtube channel
Youtube channel
Stádium zvonku
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
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
Do sekrece skloviny se postupně zapojí všechny ameloblasty a každý vytváří jeden hranol skloviny (prizma)
Růst 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 této periody jsou 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
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 hvězdicovitého retikula
Zůstane pouze
Stratum intermedium + vnitřní ameloblasty
Výživa ameloblastů
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/
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
Odontoblasty a ameloblasty se během ukládání matrix
od sebe vzdalují
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
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 (HERS)
(Paul T Sharpe, Development 2016)
Myší řezáky
• 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
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
DSPPcerulean/DMP1cherry genetically modified mice
DSPPcerulean/DMP1cherry
Reporter mice enabling to study
the differentiation of odontoblasts
and perform study of dentin
microstructure development.
DSPP – dentin sialophosphoprotein
(odontoblast-specific)
DMP1 – dentin matrix protein 1
(expressed by hard-tissue forming
cells)
(Vijaykumar et al., Genesis, 2019)
DSPP+
DMP1+
DSPP+
and
DMP1+
Root dentin
Crown dentin
DSPPcerulean/DMP1cherry
DSPPcerulean/DMP1cherry genetically modified mice
DSPPcerulean/DMP1cherry
Reporter mice enabling to study
the differentiation of odontoblasts
and perform study of dentin
microstructure development.
DSPP – dentin sialophosphoprotein
(odontoblast-specific)
DMP1 – dentin matrix protein 1
(expressed by hard-tissue forming
cells)
(Vijaykumar et al., Genesis, 2019)
Root dentin
Crown dentin
DSPPcerulean/DMP1cherry
In what aspects exactly does dentin differ?
Does the continously-growing incisor reflects the situation in brachyodont teeth?
What are the causative factors?
300 µm
100 µm 100 µm
300 µm
100 µm 100 µm
Does the continously-growing incisor reflects the situation in brachyodont teeth?
Maxillary incisor (sagittal) Mandibular incisor (sagittal)
1 mm 1 mm
50 µm
In what aspects exactly does dentin differ?
OBSERVED DIFFERENCES
Odontoblast processes
• Straightness
• Width
• Density
• Dentin w/o processes
In what aspects exactly does dentin differ?
µCT density
Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)
Element analysis
OBSERVED DIFFERENCES
• Elements distribution
• Dentin density
What are the causative factors?
Klein et al., Development, 2008
Does the type of adjacent dental epithelium influence development
of the microstructure of adjacent ROOT/CROWN dentin?
Spry-deficient animals have
ectopic enamel on the
lingual (root-analogue) side
of incisor.
Role of adjacent epithelium during the dentin development
Enamel
Enamel
EnamelCementum
l t pe pr pr
a llar nc sor
n
hallo n
e
n hallo n
e
n
hallo n
e
er lean
1 herr
e
hallo n
e
1 herr
n er lean
1 herr
e
1 herr
0 µm
0 µm
0 µm
0 µm
Wildtype
Maxillary incisor
Enamel
Cementum
Enamel
Enamel
Wildtype Spry2+/- / Spry4-/Type
of adjacent epithelium controls the dentin microstructure development
Developmental, molecular, structural and functional differences on the labial-lingual axis
Lavicky et al., JBMR, 2022
Josef Lavicky
Magdalena
Kolouskova