Zusammenfassung Zähne bestehen aus vielen Geweben, die von unflexiblem und hartnäckigem Zahnschmelz bedeckt sind. Im Gegensatz zu den meisten anderen Geweben werden Zähne bei einer Entzündung äußerst kälteempfindlich. Die Mechanismen dieses Kälteempfindens sind nicht geklärt. Hier klären wir die molekularen und zellulären Komponenten des zahnmedizinischen Kältesensorsystems auf und zeigen, dass die sensorische Übertragung von Kältereizen in Zähnen Odontoblasten erfordert. TRPC5 ist ein Kältesensor in gesunden Zähnen und reicht zusammen mit TRPA1 zur Kälteerkennung aus. Der Odontoblast scheint der direkte Ort der TRPC5-Kältetransduktion zu sein und stellt aufgrund der relativen Empfindlichkeit von TRPC5 gegenüber intrazellulärem Kalzium und der fehlenden Desensibilisierung einen Mechanismus für eine verlängerte Kältewahrnehmung bereit. Unsere Daten liefern konkrete funktionelle Beweise dafür, dass die Ausstattung von Odontoblasten mit dem TRPC5-Kältesensor die traditionellen Funktionen von Odontoblasten erweitert und sie zu einem bisher unbekannten integralen zellulären Bestandteil des zahnärztlichen Kältesensorsystems macht. |
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Odontoblasten, die Zellen , die das Dentin eines Zahns bilden, haben eine neu entdeckte Funktion: Sie erkennen Kälte, die Zahnschmerzen verursachen kann; Doch Wissenschaftler haben auch einen Weg gefunden, den kälteempfindlichen Zähnen den Weg zu versperren.
MASSACHUSETTS ALLGEMEINES KRANKENHAUS
BOSTON – Forscher berichten in Science Advances, dass sie eine neue Funktion für Odontoblasten entdeckt haben, die Zellen, die Dentin bilden, die Hülle unter dem Zahnschmelz, die das weiche Zahnmark bedeckt, das Nerven und Blutgefäße enthält.
„Wir haben herausgefunden, dass Odontoblasten, die die Zahnform unterstützen, auch für die Erkennung von Erkältungen verantwortlich sind“, sagt der Pathologe Jochen Lennerz, MD, PhD, einer der Hauptautoren der Arbeit und medizinischer Direktor des Center for Integrated Diagnostics am General Hospital. von Massachusetts. (MGH).
„Diese Forschung verleiht dieser Zelle eine neue Funktion, was aus grundlagenwissenschaftlicher Sicht spannend ist. Aber jetzt wissen wir auch, wie wir in diese Kälteerkennungsfunktion eingreifen können, um Zahnschmerzen zu verhindern.“
Zähne, die durch Kälte schmerzen, können viele Gründe haben. Viele Menschen verspüren starke Erkältungsschmerzen, wenn sie beispielsweise ein Loch in einem Zahn haben, der aus einer unbehandelten Alveole resultiert.
Aber auch durch altersbedingte Zahnfleischerosion können Zähne sehr kälteempfindlich werden. Einige Krebspatienten, die mit platinbasierten Chemotherapien behandelt werden, reagieren im gesamten Körper extrem empfindlich auf Kälte. „Eine Brise im Gesicht macht sich als extremer Zahnschmerz bemerkbar, der bei manchen Patienten sogar dazu führen kann, die Behandlung abzubrechen“, sagt Lennerz.
Zahnschmerzen sind bekanntermaßen schwer zu untersuchen. Die Härte eines Zahns macht es schwierig, dieses Gewebe zu untersuchen, und um beim Menschen Zahnschmerzen hervorzurufen, ist das Öffnen des Zahns erforderlich. Deshalb führte das Forscherteam Experimente an Mäusen durch, deren Backenzähne unter Narkose gebohrt wurden.
Mäuse mit Zahnläsionen zeigen durch ihr Verhalten Schmerzen; Sie trinken beispielsweise bis zu 300 % mehr Zuckerwasser als ihre Wurfgeschwister ohne Zahnschäden. In früheren Forschungen hatte das Forscherteam TRCP5 entdeckt, ein vom TRCP5-Gen kodiertes Protein, das in vielen Teilen des Körpers in Nerven exprimiert wird. Ihre frühere Entdeckung ermöglichte es den Forschern, sich auf TRCP5 als Vermittler von Kälteschmerzen zu konzentrieren.
Durch die Untersuchung genetisch veränderter Mäuse, die nicht über das TRCP5-Gen verfügten , stellten die Forscher fest, dass Mäuse mit verletzten Zähnen kein erhöhtes Trinkverhalten zeigten und sich wie Mäuse ohne Zahnverletzungen verhielten.
„Wir haben jetzt eindeutige Beweise dafür, dass der TRCP5-Temperatursensor Kälte durch den Odontoblasten überträgt und die Nerven aktiviert, was zu Schmerzen und Überempfindlichkeit gegenüber Kälte führt“, sagt Lennerz. „Diese Kälteempfindlichkeit könnte die Art und Weise des Körpers sein, einen geschädigten Zahn vor weiteren Verletzungen zu schützen.“
Konkret öffnet das TRCP5-Protein als Reaktion auf Kälte Kanäle in der Odontoblastenmembran und ermöglicht so anderen Molekülen wie Kalzium, in die Zelle einzudringen und mit ihr zu interagieren. Wenn beispielsweise die Zahnpulpa aus einer tiefen Höhle entzündet ist, ist TRCP5 im Überfluss vorhanden, was zu einer verstärkten elektrischen Signalübertragung über Nerven führt, die aus der Zahnwurzel austreten und zum Gehirn wandern, wo die Empfindung wahrgenommen wird. Schmerz.
Wenn das Zahnfleisch altersbedingt zurückgeht, können die Zähne überempfindlich werden, weil Odontoblasten Kälte in einem neu freigelegten Bereich des Zahns spüren.
„Die meisten Zellen und Gewebe verlangsamen bei Kälte ihren Stoffwechsel, daher werden Spenderorgane auf Eis gelegt“, sagt Lennerz. „Aber TRPC5 macht Zellen bei Kälte aktiver, und die Fähigkeit von Odontoblasten, Kälte durch TRPC5 zu spüren, macht diese Entdeckung so spannend.“
Lennerz bestätigte das Vorhandensein des TRPCS-Proteins in extrahierten menschlichen Zähnen, was eine technische Meisterleistung darstellte. „Unsere Zähne müssen nicht in hauchdünne Schichten geschnitten werden, um sie unter dem Mikroskop zu untersuchen“, sagt Lennerz, der die Zähne zunächst entkalken und in Epoxidharz einlegen musste, bevor er sie schnitt und die TRPC5-Kanäle darin identifizierte Odontoblasten.
Das Forschungsteam identifizierte außerdem ein Wirkstoffziel, um die Kälteempfindlichkeit der Zähne zu minimieren. Nelkenöl wird seit Jahrhunderten als Heilmittel gegen Zahnschmerzen eingesetzt. Der Wirkstoff im Nelkenöl ist Eugenol , das TRCP5 blockiert.
Eugenolhaltige Zahnpasten sind bereits auf dem Markt, aber die Ergebnisse dieser Studie könnten zu wirksameren Anwendungen zur Behandlung von Zähnen führen, die überempfindlich auf Kälte reagieren. Und es könnte neue Anwendungen für Eugenol geben, beispielsweise die systemische Behandlung von Patienten mit extremer Kälteempfindlichkeit aufgrund einer Chemotherapie. „Ich bin gespannt, wie andere Forscher unsere Erkenntnisse anwenden werden“, sagt Lennerz.
Diskussion
Dentinempfindlichkeit als thermomechanische Sensation
Ziel dieser Studie war es, den molekularen Mechanismus der Kälteerkennung in Zähnen herauszufinden. Mit einem neuartigen Kiefer- und Nervenpräparat, das es uns ermöglichte, die von intakten Zähnen übertragene elektrische Aktivität aufzuzeichnen, identifizierten wir TRPC5 und TRPA1 als molekulare Kältesensoren und Odontoblasten als Ort der Kältetransduktion.
Mit diesem experimentellen Modell konnten wir eine wichtige Lücke in unserem Verständnis von Zahnschmerzen schließen, da es das erste Modell ist, das die Bewertung des sensorischen Zahnsystems in seinem gesamten anatomischen und zwangsläufig physiologischen Kontext bei transgenen Mäusen ermöglicht. Dies ist wichtig, da die funktionelle Zahnanatomie im Gegensatz zu jedem anderen Körperteil komplexe Probleme bei der Erkennung schädlicher physikalischer Reize mit sich bringt.
Die Lage der Odontoblasten-Zellschicht im äußersten Bereich der Zahnpulpa macht sie zu einer natürlichen Barriere zwischen den mineralisierten Hartgeweben und der weichen Zahnpulpa. Jeder Odontoblast hat einen Fortsatz, der in einen Dentinkanälchen hineinragt, wo er in Dentinflüssigkeit eingetaucht ist. Sein Körper und sein Zellfortsatz sind innerhalb der ersten 100 μm der Odontoblasten-Predentin-Grenze von marklosen Sinnesnerven umgeben. Diese einzigartige hierarchische Anordnung, vom Zahnschmelz auf der Makroskala über mit Flüssigkeit gefüllte Mikrotubuli im Dentin bis hin zu Ionenkanälen auf molekularer Ebene, bildet die strukturelle Grundlage für die thermische Schmerzkodierung.
Zusammenfassend klären unsere Daten die molekularen und zellulären Komponenten des zahnmedizinischen Kältesensorsystems und zeigen, dass die sensorische Übertragung von Kältereizen in Zähnen Odontoblasten erfordert . Daher reichen kultivierte Neuronenmodelle allein nicht aus, um die funktionelle Komplexität der Zahnkälteerkennung zu erfassen. TRPC5 ist ein Kältesensor in gesunden Zähnen und reicht zusammen mit TRPA1 zur Kälteerkennung aus.
Unter entzündlichen Erkrankungen des Menschen mit verletzter oder offener Zahnpulpa ist die TRPC5-Expression in sensorischen Axonen erhöht.
Der Odontoblast scheint der direkte Ort der TRPC5-Kältetransduktion zu sein und stellt aufgrund der relativen Empfindlichkeit von TRPC5 gegenüber intrazellulärem [Ca2+] und der fehlenden Desensibilisierung einen Mechanismus für eine verlängerte Kältewahrnehmung bereit. Im Gegensatz dazu wird TRPM8 bei Entzündungen herunterreguliert und kann aufgrund seiner gegensätzlichen biophysikalischen Eigenschaften und seiner Lage in prädentinalen Odontoblasten des koronalen Schmelzes vorübergehendere Kältereaktionen auslösen oder auf eine andere Funktion hinweisen (z. B. als Osmosensor ähnlich zu TRPM8 in der Hornhaut).
TRPC5 ist nicht nur ein Odontoblasten-Kältesensor, sondern kann auch anhaltende Schmerzen signalisieren und bei Entzündungen als Sensor für oxidativen Stress fungieren.
In dieser Hinsicht könnte TRPC5 ein wirksames Ziel für die Behandlung von Dentinüberempfindlichkeit und entzündlichen Zahnschmerzen sein. Der Hauptbestandteil von Nelkenöl (Syzygium aromaticum), Eugenol, wird seit Jahrhunderten als Analgetikum in der Zahnheilkunde verwendet und hemmt TRPC5-Ströme.
Im evolutionären Wettrüsten zwischen Zähnen und Nahrung befriedigt der Odontoblast mit seinem verlängerten Fortsatz, der sich über die Grenze zwischen Dentin und Zahnschmelz hinaus erstreckt, den Bedarf an einem spezialisierten Nozizeptor innerhalb einer robusten Hülle. Wir schlagen vor, dass Odontoblasten uns auf Zahnschäden durch extrakorporale Objekte mit niedrigerer Temperatur aufmerksam machen.
