Как зубы чувствуют холод

У людей с кариесом употребление холодных напитков может вызвать настоящую агонию. «Это уникальный вид боли, настоящее мучение», — говорит Дэвид Клэпхэм, вице-президент и главный научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза. Теперь он и международная группа ученых выяснили, какзубычувствуют холод, и определили всех молекулярных и клеточных игроков, вовлеченных в процесс.Как у мышей, так и у людей зубные клетки, называемые одонтобластами, содержат чувствительные к холоду белки, которые обнаруживают перепады температуры, сообщила 26 марта 2021 года команда в журналеScience Advances.Сигналы от этих клеток могут в конечном итоге вызвать приступ боли в мозгу.

А заодно работа нашла объяснение одному старинному домашнему средству, которое облегчает зубную боль. По словам электрофизиолога Катарины Циммерманн, руководившей работой в Университете Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге в Германии, главный ингредиент гвоздичного масла, которое веками использовалось в стоматологии, содержит химическое вещество, блокирующее белок «датчика холода».

По словам Циммерманн, разработка лекарств, которые нацелены на этот датчик даже более конкретно, потенциально может снизить чувствительность зубов к холоду. 

Таинственный канал

Рис. 1. Одонтобласты, содержащие ионный канал TRPC5 (зеленый), плотно закрывают область между пульпой и дентином в моляре мыши. Длинноволосые отростки клеток заполняют тонкие каналы в дентине, идущие к эмали.

Зубы разрушаются, когда бактерии и кислота разъедают эмаль. По мере эрозии на эмали образуются полости, называемые кариесом. Примерно 2,4 миллиарда человек — около трети населения мира — имеют нелеченный кариес в коренных зубах, которые могут вызывать сильную боль, включая крайнюю чувствительность к холоду.

До сего момента никто не знал, как зубы реагируют на холод, хотя ученые предложили одну теорию. Крошечные каналы внутри зубов содержат жидкость, которая перемещается при изменении температуры. Некоторые исследователи предположили, что каким-то образом нервы могут определять направление этого движения, которое сигнализирует о том, с горячей или холодной едой столкнулся зуб.

«Мы не можем исключить эту теорию», но прямых доказательств этому не было, — говорит Клэпхем. Движение жидкости в зубах — и биологию зубов в целом — трудно изучать. Ученые должны прорезать эмаль — самое твердое вещество в человеческом теле — и еще один жесткий слой, называемый дентином, и все это без измельчения мягкой пульпы зуба, а также кровеносных сосудов и нервов внутри него. Очень часто во время такого процесса зуб разваливается прямо на куски», — говорит Циммерманн.

Циммерманн, Клэпхэм и их коллеги не собирались изучать зубы. Их работа была сосредоточена в первую очередь на ионных каналах — порах в клеточных мембранах, которые действуют как своеобразные «молекулярные ворота». После обнаружения сигнала — например, химического сообщения или изменения температуры — каналы либо закрываются, либо широко открываются, позволяя ионам проникать в ячейку. Это создает электрический импульс, который передается от ячейки к ячейке. Это быстрый способ отправки информации, имеющий решающее значение для мозга, сердца и других тканей.

Около пятнадцати лет назад сотрудники лаборатории Клэпхэма обнаружили, что ионный канал под названием TRPC5 очень чувствителен к холоду. Но команда не знала, где именно в теле TRPC5 задействована способность чувствовать изменение температуры. Однако позже выяснилось, что мыши, у которых не было TRPC5, все еще могли чувствовать холод.

После этого «мы зашли в тупик», — говорит Циммерманн. Однажды команда сидела за обедом, обсуждая проблему, когда идея наконец пришла в голову. «Дэвид сказал:« А какие еще ткани тела чувствуют холод?» Тогда все и вспомнили про зубы.

Зуб целиком

Рис. 2. Слой одонтобластов заключен между сосудами и связан с нервными аксонами и другими клетками пульпы зуба. Контакт с холодом вызывает электрическую активность одонтобластов и окружающей их сети.

«TRPC5 действительно находится в зубах, и особенно в кариозных», — заявил соавтор исследования Йохен Леннерц, биолог из Массачусетской больницы общего профиля, после изучения образцов, взятых у взрослых людей.

Новая экспериментальная установка на мышах убедила исследователей в том, что TRPC5 действительно работает как датчик холода. Вместо того, чтобы вскрыть зуб и исследовать его клетки только в чашке, команда Циммерманн изучила всю систему: челюстную кость, зубы и зубные нервы. Учёные зафиксировали нервную активность, когда ледяной раствор коснулся зуба. У нормальных мышей это холодное погружение вызвало нервную активность, что указывало на то, что зуб ощущал холод. Иначе обстоит дело с мышами, лишенными TRPC5, или с зубами, обработанными химическим веществом, блокирующим ионный канал. По словам Циммерманн, это было ключевым признаком того, что ионный канал может обнаруживать холод. Еще один ионный канал, изучаемый командой, TRPA1, похоже, тоже играл свою роль в этом процессе.

Команда проследила местоположение TRPC5 до определенного типа клеток, одонтобласта, который находится между пульпой и дентином. Например, когда кто-то с обнаженным дентином кусает эскимо, эти клетки, упакованные TRPC5, улавливают ощущение холода и посылают молниеносный сигнал к мозгу.

По словам Клэпхэма, это острое и неприятное ощущение не было изучено так тщательно, как другие области науки. По его словам, зубная боль не может считаться популярной темой, «но она важна и затрагивает многих людей».

Циммерманн отмечает, что путь команды к этому открытию длился более десяти лет. По ее словам, сложно понять функцию отдельных молекул и клеток. «И полноценное исследование может занять много времени».

Источник: medicalxpress.com

Похожие статьи

Подписывайтесь на еженедельный дайджест новых публикаций