Hydrogel systems and organoid models in regenerative dentistry

Full Text

Введение
Ротовая полость представляет собой важнейшее функциональное звено, обеспечивающее поддержание не только стоматологического, но и общего соматического здоровья. Зубы как высокоспециализированные биологические образования играют ключевую роль в процессах жевания, артикуляции речи и сохранении анатомо-функциональной целостности челюстно-лицевой области. Структура зуба включает твёрдые ткани — эмаль, дентин и цемент, а также мягкотканные компоненты, представленные пульпой зуба и периодонтальной связкой, каждая из которых выполняет строго определённые функции и вносит вклад в поддержание гомеостаза полости рта и организма в целом [1].
Формирование зубочелюстных структур начинается в эмбриональном периоде. Уже на 6–8-й неделе внутриутробного развития под зубной пластинкой происходит закладка эмалевого органа, формирующегося из клеток эктодермального происхождения при активном участии мезенхимальных стволовых клеток. В интервале между 12-й и 14-й неделями эмалевый орган последовательно проходит стадии колпачка и колокольчика, характеризующиеся нарастанием морфологической и функциональной дифференцировки [2]. Наружный слой эмалевого органа формирует эпителиальную оболочку, поддерживающую его пространственную конфигурацию, тогда как внутренняя поверхность становится источником цилиндрических клеток, определяющих форму коронки зуба и впоследствии дифференцирующихся в амелобласты, синтезирующие эмалевый матрикс. Одновременно скопление мезенхимальных стволовых клеток под внутренним эмалевым эпителием приводит к формированию зубного сосочка, клетки которого дифференцируются в одонтобласты — основной источник дентинового матрикса. Окружающий эмалевый орган зубной фолликул служит зачатком периодонтальной связки и других опорных тканей зуба [1, 2].
По мере дифференцировки одонтобласты секретируют органический матрикс, который подвергается минерализации с образованием дентина, тогда как амелобласты откладывают эмалевый матрикс на его поверхности, формируя коронковую часть зуба. Параллельно с развитием коронки осуществляется формирование корня, включающее отложение дентина и цемента. Цементобласты обеспечивают образование цемента, а фибробласты зубного фолликула — развитие периодонтальной связки, посредством которой зуб фиксируется в альвеолярной кости. В совокупности эти строго скоординированные процессы приводят к завершённому формированию зубных структур в челюстях плода. После рождения сформированные зачатки зубов прорезываются через ткани десны, формируя временный прикус, который в дальнейшем физиологически сменяется постоянным зубным рядом, включающим 32 зуба у здорового взрослого человека [1, 2].
Несмотря на сходство механизмов формирования временных и постоянных зубов, утрата постоянного зуба у человека не сопровождается его естественным восстановлением. Это обусловлено рядом биологических факторов, включая сложную морфологию корневых структур, снижение регенераторного потенциала стволовых клеток во взрослом возрасте и ограниченные анатомические возможности челюстей [1, 2]. Вследствие этого потеря зубов, связанная с инфекционными процессами, травмами, эндокринными нарушениями, онкологическими заболеваниями или врождёнными аномалиями, приводит к значительным функциональным и эстетическим нарушениям. Дополнительным осложняющим фактором является сложный микробиологический состав полости рта, который существенно ограничивает эффективность восстановительных вмешательств [1]. Установлено также, что патология зубочелюстной системы может оказывать системное влияние, усугубляя течение сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета, язвенной болезни и хронических поражений почек [3].
У  лиц  молодого  возраста  распространённость  кариеса  зубов  составляет  94,2%,  заболеваний  пульпы  и  периапикальных  тканей  —  47,4%,  воспалительных  заболеваний  пародонта  —  86,8% [4].  Данное обстоятельство обусловило активный поиск терапевтических подходов, направленных не только на восстановление формы, но и на регенерацию утраченных тканей. В клинической практике широко применяются современные реставрационные и ортопедические материалы, включая пломбировочные и герметизирующие композиции на основе смол, минеральный триоксидный агрегат, производные эмалевого матрикса, нанокомпозиты, а также дентальные имплантаты из титана и диоксида циркония, керамические коронки и мостовидные протезы, ортодонтические конструкции и остеопластические материалы на основе биоактивного стекла [5].
Минеральный триоксидный агрегат широко используется в эндодонтии благодаря выраженным герметизирующим свойствам и высокой биосовместимости, а также способности индуцировать минерализацию дентина, однако его клиническое применение сопряжено с определёнными технологическими трудностями, связанными с манипуляционными характеристиками и временем схватывания [6]. Производные эмалевого матрикса, известные под торговым наименованием Emdogain®, на протяжении более трёх десятилетий применяются преимущественно в пародонтологии, способствуя формированию бесклеточного цемента, восстановлению периодонтальной связки и альвеолярной кости, а также стимулируя ангиогенез и регенерацию мягких тканей [5]. Вместе с тем животное происхождение данного материала обусловливает потенциальные иммунологические и этические ограничения.
Следует отметить, что подавляющее большинство используемых в настоящее время стоматологических материалов обеспечивает преимущественно заместительное или поддерживающее восстановление утраченных структур, не приводя к полноценной биологической регенерации тканей. Даже биологически активные материалы, применяемые в эндодонтических и пародонтологических вмешательствах, в большинстве случаев лишь частично активируют репаративные процессы. В связи с этим возрастает интерес к разработке биологически ориентированных терапевтических стратегий, направленных на активацию и модуляцию собственных регенераторных механизмов организма [5, 6].
В данном контексте тканевая инженерия зубочелюстной системы рассматривается как одно из наиболее перспективных направлений современной стоматологии. Классическая триада тканевой инженерии, включающая клеточные элементы, биоматериалы и биоактивные сигнальные молекулы, лежит в основе создания функционально активных конструкций, способных инициировать и поддерживать регенерацию тканей [1, 7]. Однако высокая структурная и функциональная сложность зубных и околозубных тканей, включая эмаль, дентин, пульпу и пародонт, существенно затрудняет разработку универсальных и клинически воспроизводимых регенеративных решений.
Современные достижения в области биоматериалов и технологий работы со стволовыми клетками значительно расширили возможности тканевой инженерии в стоматологии. В экспериментальных и прикладных исследованиях используются стволовые клетки, полученные из отслоившихся молочных зубов, тканей верхушечного сосочка, периодонтальной связки, пульпы зуба, зубного фолликула, а также мезенхимальные стволовые клетки, выделенные из костного мозга, десны и жировой ткани [8]. Как правило, данные клеточные популяции комбинируются с биоинженерными матрицами и сигнальными молекулами для направленного восстановления тканей в зоне дефекта.
Особый интерес в последние годы вызывают гидрогелевые биоматериалы и органоидные модели, которые открывают принципиально новые возможности для регенеративной стоматологии [9]. Гидрогели, обладая трёхмерной архитектурой и выраженными гидрофильными и вязкоупругими свойствами, способны имитировать характеристики нативного внеклеточного матрикса полости рта, обеспечивая благоприятную микросреду для пролиферации и дифференцировки клеток [10]. В свою очередь, органоидные модели, формируемые из стоматологических стволовых клеток, позволяют воспроизводить ключевые структурные и функциональные особенности тканей зуба в трёхмерном формате, что делает их ценным инструментом для изучения процессов развития, патогенеза и регенерации [11, 12].
Интеграция гидрогелей нового поколения с органоидными технологиями способствует формированию инновационных регенеративных стратегий, потенциально обеспечивающих более эффективное и долговременное восстановление тканей зубочелюстной системы. В настоящем обзоре обобщены современные достижения, существующие ограничения и перспективы развития тканевой инженерии зубов с акцентом на гидрогелевые и органоидные подходы, а также рассмотрены ключевые факторы, способствующие трансляции биотехнологических инноваций в клиническую стоматологическую практику.
Методология поиска исследований
Настоящий обзор выполнен в формате аналитического нарративного обзора с элементами систематизированного поиска литературы, направленного на обобщение современных данных о применении гидрогелевых систем и органоидных моделей в регенеративной стоматологии.
Поиск научных публикаций осуществлялся в международных и отечественных библиографических базах данных PubMed/MEDLINE, Scopus, Web of Science, а также в российской научной электронной библиотеке eLibrary.ru. Дополнительно анализировались материалы клинических исследований, зарегистрированных в базе ClinicalTrials.gov.
Временной интервал поиска охватывал период с 2015 по 2025 год, что позволило включить наиболее актуальные исследования, отражающие современное состояние и перспективы развития гидрогелевых и органоидных технологий. В отдельных случаях в обзор включались более ранние фундаментальные работы, имеющие принципиальное значение для понимания концептуальных основ. 
Поисковые запросы формировались с использованием комбинаций ключевых слов и логических операторов AND/OR. Основные поисковые термины включали:
“hydrogel”, “dental tissue engineering”, “regenerative dentistry”, “pulp regeneration”, “periodontal regeneration”, “tooth organoid”, “dental organoid”, “organ-on-a-chip”, “dentin-on-a-chip”, “biomimetic scaffold”, “injectable hydrogel”*.
Для русскоязычных источников использовались эквивалентные термины: гидрогелевые системы, регенеративная стоматология, тканевая инженерия зубов, органоидные модели, регенерация пульпы, пародонтальная регенерация.
Критериями включения являлись:
    1.    оригинальные экспериментальные исследования (in vitro и in vivo);
    2.    клинические исследования и клинические серии;
    3.    систематические и нарративные обзоры, посвящённые гидрогелям и органоидным моделям в стоматологии и смежных областях;
    4.    публикации на русском и английском языках в рецензируемых научных журналах.
Критериями исключения служили:
    1.    работы, не имеющие прямого отношения к стоматологии или регенерации тканей зубочелюстной области;
    2.    публикации с недостаточным описанием методологии;
    3.    тезисы конференций без полнотекстовой версии и нерецензируемые источники.
Отбор публикаций проводился в несколько этапов: первичный скрининг по названию и аннотации, последующий анализ полного текста и оценка научной релевантности. При анализе включённых источников особое внимание уделялось типу используемых гидрогелей, клеточным источникам, характеристикам органоидных моделей, экспериментальным и клиническим конечным точкам, а также ограничениям и трансляционному потенциалу представленных технологий.
Полученные данные были обобщены и структурированы с акцентом на клиническую применимость и перспективы внедрения гидрогелевых систем и органоидных моделей в практику регенеративной стоматологии
Усовершенствованные гидрогели для регенерации тканей зуба
Гидрогели представляют собой сшитые полимерные системы, формирующие трёхмерные гидрофильные сетчатые структуры, способные сохранять пространственную и механическую целостность в водной среде [13]. Совокупность их физико-химических свойств — регулируемая вязкоупругость, высокая степень гидратации, биосовместимость и возможность целенаправленной модификации состава — обусловила широкое применение гидрогелей в тканевой инженерии зубочелюстной системы [10-12]. Структурное и функциональное сходство с нативным внеклеточным матриксом позволяет данным материалам формировать благоприятную микросреду, способствующую адгезии, пролиферации и дифференцировке клеток, что определяет их значительный потенциал в регенеративной медицине.
Результаты современных исследований свидетельствуют о высокой перспективности гидрогелей как терапевтических биоматериалов в стоматологии. Они находят применение при регенерации пульпы зуба [14] и восстановлении тканей пародонта [15], выполняя функции как контролируемых систем высвобождения противовоспалительных и биоактивных веществ, так и пространственных каркасов для формирования минерализованных тканей, включая дентин и эмаль [16]. По мере развития регенеративно-ориентированных стоматологических технологий роль гидрогелей в создании функциональных и биомиметических лечебных подходов продолжает возрастать. В связи с этим особое внимание уделяется анализу их полимерного происхождения, принципов конструирования и специфики клинического применения.
В зависимости от источника полимеров гидрогели принято подразделять на синтетические, природные и композитные. В тканевой инженерии зубов наиболее широко используются синтетические полимеры, такие как полиэтиленгликоль и его диакрилатные производные, полимолочная кислота, сополимеры полимолочной и гликолевой кислот, поликапролактон и поливиниловый спирт [17-20]. Данные материалы, как правило, получают путём полимеризации виниловых или винил-активированных мономеров в контролируемых условиях [21]. Синтетические гидрогели характеризуются воспроизводимыми механическими свойствами, прогнозируемой деградацией и стабильным гелеобразованием, однако нередко уступают природным аналогам по уровню биосовместимости и биоактивности, в частности в отношении минерализации и антимикробного действия [22].
Природные гидрогели, получаемые из животных, растительных или микробных источников, обладают выраженной биологической активностью и высокой тканевой совместимостью, что делает их особенно привлекательными для стоматологического применения. К данной группе относятся децеллюляризованный внеклеточный матрикс, коллаген, желатин, гиалуроновая кислота, фибрин, кератин и хитозан [23-31]. В стоматологии также широко используются полимеры растительного происхождения, включая камеди и слизистые экстракты, а также микробные полисахариды — экзополисахариды, альгинат, целлюлоза и ксантановая камедь [23-31]. Несмотря на очевидные преимущества как синтетических, так и природных гидрогелей, наибольший интерес в научной литературе вызывают композитные системы, сочетающие в себе достоинства обеих групп. Такие гидрогели формируются путём физического смешивания или химического сшивания различных полимеров и могут дополнительно модифицироваться органическими или неорганическими компонентами, включая биоактивные наночастицы, аминокислоты и лекарственные вещества [32]. Комбинация нескольких функциональных компонентов позволяет целенаправленно настраивать свойства материала и значительно повышать его терапевтическую эффективность.
Важным аспектом проектирования гидрогелей является согласование скорости деградации материала с физиологическими сроками репарации стоматологических тканей. Слишком быстрая деструкция каркаса может приводить к утрате механической поддержки до завершения матриксного синтеза, тогда как избыточно медленное рассасывание препятствует клеточной инфильтрации и ремоделированию тканей. Показано, что при регенерации дентинно-пульпарного комплекса оптимальными являются гидрогели, демонстрирующие частичную деградацию в течение первых четырёх недель и практически полную резорбцию к восьмой неделе, что способствует формированию дентинного моста и сохранению жизнеспособности пульпы [33]. Аналогично, каркасы с постепенным рассасыванием, соответствующим 4–6-недельному периоду заживления тканей пародонта, способствуют восстановлению периодонтальной связки и заполнению дефектов альвеолярной кости [34]. Эти данные подчёркивают необходимость использования настраиваемых систем с фермент-чувствительными или гидролитически расщепляемыми связями, обеспечивающих контролируемую деградацию в соответствии с кинетикой регенерации.
Среди композитных гидрогелей, оптимизированных для стоматологических задач, наибольшее распространение получили пептидные системы, материалы с включением фосфата кальция или гидроксиапатита, гидрогели, содержащие костные морфогенетические белки, а также метакрилированный желатин [7, 35-37]. Выбор конкретного состава определяется типом целевой ткани и характером патологического процесса, а архитектура материала может варьировать в зависимости от используемой технологии изготовления. В физиологических условиях при проникновении кариозной полости в дентин вблизи пульповой камеры одонтобласты инициируют сигнальные каскады, запускающие дентиногенез. Однако ограниченное понимание механизмов формирования репаративного дентина и эмали существенно осложняет разработку эффективных регенеративных подходов [38]. В клинической практике для сохранения жизнеспособности пульпы применяется метод прямого покрытия пульпы биосовместимыми материалами, однако данный подход не обеспечивает полноценного восстановления всех тканей зуба [5]. В связи с этим в настоящее время активно разрабатываются регенеративные методики, основанные на использовании гидрогелевых систем, насыщенных биоактивными молекулами, наноструктурами, лекарственными средствами или стволовыми клетками.
На сегодняшний день описан широкий спектр гидрогелевых конструкций, предназначенных для регенерации дентина, пульпы, эмали, периодонтальной связки, цемента и альвеолярной кости. Эти системы реализуются в различных морфологических формах, включая инъецируемые гидрогели, адгезивные покрытия, электроформованные мембраны, пористые каркасы и микро- или наногелевые капсулы. Для их получения применяются такие технологии, как трёхмерная печать, эмульгирование, фотополимеризация in situ, лиофилизация, газовое вспенивание, электроформование и микролитьё [39]. В клинической практике гидрогелевые материалы используются в рамках эндодонтических, пародонтологических и остеорегенеративных вмешательств, направленных на лечение корневых каналов, заболеваний пародонта и дефектов челюстно-лицевой области [16].
Современные гидрогелевые композиции всё чаще дополняются биологически активными компонентами, усиливающими их терапевтическое действие. Наиболее часто такие системы применяются в виде инъекционных форм или пространственных каркасов, изготавливаемых с использованием аддитивных технологий и методов физико-химического формования [40].
Таким образом, совершенствование гидрогелевых систем рассматривается как один из ключевых факторов ускорения трансляции регенеративных технологий в клиническую стоматологическую практику.
    Функциональные гидрогелевые системы
Современные гидрогелевые материалы целесообразно рассматривать и классифицировать с позиций их функциональных свойств, определяющих биологическую активность и клиническую применимость. Возможность тщательной настройки состава, структуры и физико-химических характеристик гидрогелей позволяет проектировать системы, ориентированные на решение конкретных биомедицинских и стоматологических задач, а также на создание условий, благоприятных для регенерации тканей зубочелюстной системы.
Функциональная вариабельность гидрогелей обусловлена как природой исходных полимеров, так и особенностями сшивки, архитектурой полимерной сети и включением биоактивных компонентов. Это делает возможным формирование материалов, способных не только выполнять роль пассивного каркаса, но и активно участвовать в регуляции клеточного поведения, воспалительного ответа, ангиогенеза и процессов тканевого ремоделирования.
В рамках данного раздела рассматриваются основные функциональные характеристики гидрогелевых систем, имеющие наибольшее значение для регенеративной стоматологии. К ним относятся остеоиндуктивные и остеокондуктивные свойства, обеспечивающие восстановление минерализованных тканей; адгезивные качества, важные для стабильной фиксации материала в условиях среды полости рта; ангиогенные и иммуномодулирующие эффекты, определяющие формирование благоприятного регенераторного микроокружения. Отдельное внимание уделяется гидрогелям, содержащим пре-, про- и постбиотики, а также системам с антимикробной и антиоксидантной активностью. Кроме того, рассматриваются так называемые «умные» гидрогели, чувствительные к изменениям рН и температуры, которые обеспечивают контролируемое высвобождение терапевтических агентов и адаптацию материала к локальным условиям патологического очага.
Остеоиндуктивные и остеокондуктивные гидрогели
Остеоиндуктивные и остеокондуктивные гидрогелевые системы занимают центральное место в современной регенеративной стоматологии, прежде всего при восстановлении альвеолярной кости. В терминологическом отношении под остеоиндуктивными гидрогелями понимают материалы, способные непосредственно инициировать формирование костной ткани за счёт активации и направленной дифференцировки стволовых и прогениторных клеток в остеогенном направлении. Остеокондуктивные гидрогели, в свою очередь, формируют трёхмерную поддерживающую матрицу, обеспечивающую адгезию, миграцию и пролиферацию остеогенных клеток, а также рост костной ткани в пределах дефекта [41].
Для остеогенных целей в стоматологии наиболее часто применяются гидрогели на основе природных полимеров, включая коллаген, желатин, пептидные матрицы, альгинат и фиброин шёлка, которые характеризуются высокой биосовместимостью и способностью поддерживать клеточную активность [24, 27]. Существенное усиление остеоиндуктивных и остеокондуктивных свойств достигается при создании композитных гидрогелей, содержащих костно-ассоциированные минеральные компоненты, такие как гидроксиапатит, фосфаты кальция и диоксид кремния, а также биоактивные молекулы, включая костные морфогенетические белки и амелогенин [7, 29, 42]. Подобные композиции обеспечивают сочетание механической поддержки с биохимическими сигналами, необходимыми для активации остеогенеза.
Показательным примером многофункционального подхода является разработка биоактивных коаксиальных гидрогелевых каркасов для регенерации дефектов альвеолярной кости на экспериментальной модели у крыс [23]. В основе данной конструкции использовался гидрогель, полученный из децеллюляризованной подслизистой основы тонкой кишки, обогащённый экзосомами мезенхимальных стволовых клеток костного мозга с целью повышения биологической активности. Для формирования коаксиальной архитектуры был создан внешний слой из гидрогеля с включением гидроксиапатита, из которого методом шаблонного литья формировались полые каркасы. После этого конструкции обрабатывались раствором антимикробного пептида GL13K, обладающего способностью ингибировать формирование бактериальных биоплёнок. Внутренняя полость каркаса заполнялась экзосом-содержащим гидрогелем, что обеспечивало пространственное разделение остеогенных и антимикробных функций.
Экспериментальные данные показали, что коаксиальные гидрогелевые каркасы сохраняют механическую стабильность при нагрузке, проявляют выраженную антимикробную активность в отношении Staphylococcus aureus, Fusobacterium nucleatum и Streptococcus sanguis, а также демонстрируют высокую цитосовместимость с эндотелиальными клетками человека и мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга. В условиях in vivo на модели дефекта альвеолярной кости нижней челюсти крысы данные конструкции способствовали активной регенерации костной ткани. Особое значение имело формирование биомиметической микросреды, обеспечивающей эффективную миграцию клеток и индукцию неоангиогенеза как в центральных, так и в периферических зонах каркаса. При сравнении с коммерчески доступным костнопластическим материалом Bio-Oss® было показано, что при сходных показателях коллагенообразования и костной регенерации коаксиальные гидрогелевые каркасы обладали дополнительными преимуществами, включая стимуляцию ангиогенеза и поддержание антимикробной среды, что не наблюдалось при использовании стандартного трансплантата.
Дополнительным подтверждением клинического потенциала остеокондуктивных гидрогелевых систем является применение индивидуализированных имплантатов, изготовленных с использованием аддитивных технологий. В одном из клинических наблюдений у пациента 46 лет с выраженным дефицитом альвеолярной кости после утраты зубов был использован персонализированный каркас, напечатанный методом трёхмерной печати из рассасывающегося поликапролактона [20]. На основании данных внутриротового сканирования был создан анатомически точный цифровой дизайн имплантата, который затем был реализован с помощью 3D-печати. Оценка результатов включала клиническое наблюдение, компьютерную томографию и гистохимические методы. Было зарегистрировано увеличение объёма альвеолярной кости на 364,69 ± 2,53 мм³ и полноценная интеграция имплантата с окружающими тканями, что свидетельствует о высокой эффективности персонализированного подхода в реконструкции альвеолярного отростка.
В совокупности представленные данные демонстрируют, что остеоиндуктивные и остеокондуктивные гидрогелевые системы, особенно в композитном и пространственно организованном исполнении, обладают выраженным потенциалом для восстановления альвеолярной кости. Их способность одновременно поддерживать остеогенез, ангиогенез и антимикробную защиту делает данные материалы перспективной основой для разработки клинически значимых регенеративных технологий в стоматологии.
Адгезивные гидрогели
Адгезивные гидрогелевые системы в последние годы заняли важное место среди функциональных биоматериалов, применяемых в тканевой инженерии зубочелюстной системы. Их клиническая значимость обусловлена способностью воспроизводить свойства внеклеточного матрикса мягких тканей, обеспечивать локальную механическую поддержку и создавать условия, благоприятные для адгезии, миграции и пролиферации клеток. Указанные характеристики особенно востребованы в условиях влажной и динамичной среды полости рта, где стабильная фиксация материала имеет принципиальное значение для эффективности регенеративных вмешательств.
В качестве основы адгезивных гидрогелей чаще всего используются природные биополимеры, такие как коллаген, желатин, гиалуроновая кислота и хитозан, а также синтетические полимерные системы, включая полимолочную кислоту, сополимеры полимолочной и гликолевой кислот и поливиниловый спирт [43]. Адгезивные свойства данных материалов могут быть целенаправленно усилены за счёт химических модификаций, обеспечивающих прочное сцепление гидрогеля с твёрдыми тканями зуба — эмалью и дентином — а также с тканями пародонта. Дополнительным преимуществом адгезивных гидрогелей является возможность контролируемого высвобождения биологически активных веществ, что делает их эффективными носителями факторов роста, антимикробных агентов и клеточных элементов, включая стволовые клетки, для поддержки процессов тканевой регенерации.
Показательным примером функционализации адгезивных гидрогелей является разработка адгезивной и антимикробной системы для пародонтологического применения, основанной на включении дубильной кислоты — природного полифенольного соединения с выраженными антиоксидантными и антибактериальными свойствами — в матрицу альгинатного гидрогеля, модифицированного фенилбороновой кислотой [44]. В условиях in vitro данный гидрогель продемонстрировал устойчивость к циклическим механическим нагрузкам, способность к самовосстановлению структуры и выраженную антимикробную активность в отношении Porphyromonas gingivalis. Существенным результатом стало также значительное снижение формирования бактериальной биоплёнки, что имеет принципиальное значение для профилактики и лечения воспалительных заболеваний пародонта в клинической практике.
В целом, адгезивные гидрогелевые системы представляют собой перспективный класс биоматериалов, способных сочетать механическую стабильность, биологическую активность и целенаправленную доставку терапевтических агентов, что делает их особенно актуальными для применения в регенеративной пародонтологии и эндодонтии.
Ангиогенные гидрогели
Формирование адекватной сосудистой сети является ключевым условием успешной и долговременной регенерации тканей, в особенности при восстановлении пульпы зуба, тканей пародонта и альвеолярной кости. Эффективная васкуляризация обеспечивает доставку кислорода, питательных веществ и сигнальных молекул, а также выведение метаболитов, тем самым определяя жизнеспособность клеточных элементов и функциональную состоятельность вновь образованных тканей. В связи с этим разработка ангиогенно-активных гидрогелевых систем рассматривается как одно из приоритетных направлений тканевой инженерии зубочелюстной системы.
В научной литературе для создания ангиогенных гидрогелей широко применяются материалы природного происхождения, в частности желатин, коллаген и пептидные матрицы, которые часто комбинируются с биологически активными факторами роста, такими как сосудистый эндотелиальный фактор роста и фактор роста фибробластов. Подобные комбинации способствуют стимуляции пролиферации и миграции эндотелиальных клеток, а также формированию новых микрососудов в зоне регенерации [16].
Перспективный подход был продемонстрирован в исследовании, посвящённом созданию инъекционного гидрогеля на основе химического сшивания природных полимеров — пектина и желатина. Разработанная система позволяла инкапсулировать и пролонгированно высвобождать фармакологически активные вещества, включая ципрофлоксацин для профилактики инфекционных осложнений и дефероксамин, обладающий выраженным ангиогенным и противовоспалительным действием. Экспериментальные данные показали, что данный гидрогель характеризуется контролируемой биодеградацией и стабильным замедленным высвобождением лекарственных агентов в течение продолжительного времени. Наряду с этим материал демонстрировал выраженную антибактериальную активность в отношении как грамположительных, так и грамотрицательных микроорганизмов, высокую биосовместимость и способность усиливать васкуляризацию как в условиях in vitro, так и in vivo на экспериментальной модели у крыс [14].
Иммуномодулирующие гидрогели
Иммуномодулирующие гидрогелевые системы в последние годы привлекают всё большее внимание в рамках тканевой инженерии зубочелюстной системы благодаря их способности целенаправленно регулировать локальные иммунные реакции и формировать благоприятную регенеративную микросреду. В отличие от традиционных пассивных каркасов, такие материалы рассматриваются как активные регуляторы воспалительного ответа, что имеет принципиальное значение для успешного восстановления тканей зуба и пародонта.
Концептуально иммуномодулирующие гидрогели разрабатываются с целью модуляции воспалительных процессов либо посредством включения биологически активных молекул, таких как кверцетин, интерлейкин-10, трансформирующий фактор роста β или кортикостероиды, либо за счёт использования наноструктурированных компонентов. К последним относятся липосомы, содержащие оксид железа и фосфатидилсерин, наночастицы на основе хитозана, а также наночастицы биоактивного стекла, обладающие способностью влиять на поведение иммунных клеток [45]. В условиях остеогенеза данные гидрогелевые системы играют ключевую роль при регенерации тканей пародонта, пульпы зуба и альвеолярной кости, обеспечивая баланс между про- и противовоспалительными реакциями, ограничивая чрезмерную иммунную активацию и создавая условия для эффективного тканевого восстановления. Дополнительным преимуществом иммуномодулирующих гидрогелей является возможность контролируемого высвобождения терапевтических агентов и направленного воздействия на различные популяции иммунных клеток [45]. За счёт точной настройки иммунного ответа такие системы повышают выживаемость клеток, способствуют неоангиогенезу и обеспечивают более устойчивую функциональную интеграцию регенерированных тканей.
Современные экспериментальные исследования подтверждают, что гидрогелевые материалы способны активно модулировать как врождённые, так и адаптивные звенья иммунитета, тем самым влияя на регенеративный потенциал стоматологических тканей. Показано, что гидрогели, содержащие биологически активные мотивы, включая пептиды аргинил-глицил-аспарагиновой кислоты, фенилборонатные эфиры или наночастицы, нагруженные цитокинами, способствуют сдвигу поляризации макрофагов от провоспалительного фенотипа M1 к противовоспалительному и прорегенеративному фенотипу M2. Этот процесс сопровождается усилением секреции интерлейкина-10 и трансформирующего фактора роста β при одновременном снижении экспрессии провоспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли α и интерлейкин-6 [46, 47]. Формирование M2-доминирующей микросреды приводит к уменьшению воспаления, стимуляции ангиогенеза и активизации ремоделирования внеклеточного матрикса.
Помимо воздействия на макрофаги, иммуноинженерные гидрогелевые системы способны регулировать инфильтрацию Т-лимфоцитов за счёт модуляции хемокиновых градиентов или локальной доставки иммунных лигандов, тем самым снижая риск чрезмерной иммунной активации, способной нарушать процессы регенерации тканей [48]. В совокупности данные эффекты позволяют гидрогелям одновременно подавлять патологическое воспаление и поддерживать формирование регенеративной микросреды.
Экспериментальные данные также указывают на то, что не только состав, но и физико-механические свойства гидрогелей, включая жёсткость и пористость, оказывают существенное влияние на иммунный ответ. Так, было показано, что гидрогели с микропористой архитектурой, сформированные из отожжённых частиц, способны активировать адаптивные иммунные реакции и ускорять процессы регенеративного заживления ран [48]. В другом исследовании установлено, что гепарин-содержащие гидрогели, нагруженные интерлейкином-4, эффективно индуцируют поляризацию макрофагов в фенотип M2 и усиливают остеогенную дифференцировку клеток посредством активации сигнального пути TGF-β1/Smad [49].
Гидрогелевые системы с пре-, про- и постбиотическими компонентами
Интеграция пре-, про- и постбиотических компонентов в состав гидрогелевых биоматериалов открыла принципиально новые возможности в регенеративной стоматологии, сформировав направление терапевтических подходов, ориентированных на модуляцию микробиома полости рта. Такие биоактивные гидрогелевые системы способны целенаправленно влиять на состав и функциональное состояние оральной микробиоты, поддерживать рост комменсальных микроорганизмов и подавлять патогенные виды, ассоциированные с развитием пародонтита и инфекционно-воспалительных поражений пульпы зуба [50, 51].
В качестве пробиотических компонентов в гидрогелях наиболее часто используются штаммы родов Lactobacillus, Weissella cibaria, Streptococcus salivarius (K12, M18) и Bifidobacterium, которые могут быть инкорпорированы в полимерную матрицу для формирования устойчивой и сбалансированной микробной экосистемы. Поддержание такого микробного равновесия способствует снижению выраженности воспалительной реакции, уменьшению бактериальной нагрузки и созданию условий, благоприятных для регенерации тканей зубочелюстной системы [50]. Дополнительный эффект достигается за счёт включения пребиотических субстратов, таких как инулин, аргинин, ксилит и фруктоолигосахариды, которые селективно стимулируют рост полезной микрофлоры и способствуют формированию защитного микробного профиля полости рта [51].
Особый интерес представляют постбиотики — биологически активные метаболиты, синтезируемые пробиотическими микроорганизмами. Данные соединения обладают выраженными антимикробными, противовоспалительными и прорегенеративными свойствами, при этом не несут рисков, связанных с введением живых микроорганизмов. Гидрогелевые системы, содержащие постбиотические компоненты, обеспечивают пролонгированное и контролируемое высвобождение активных веществ, что делает их перспективными для применения в пародонтальной регенерации, лечении заболеваний пульпы зуба и в качестве функциональных покрытий для дентальных имплантатов [50, 52].
Показательным примером микробиом-ориентированного подхода является использование экзополисахаридов, полученных из штамма Weissella cibaria EIR/P2, в качестве антимикробных и антиоксидантных агентов при регенерации тканей пародонта. В условиях in vitro было продемонстрировано, что данные экзополисахариды снижают формирование биоплёнки Streptococcus mutans приблизительно на 70 %. Кроме того, исследования на культурах фибробластов периодонтальной связки человека показали высокую цитосовместимость материала и повышение жизнеспособности клеток, что свидетельствует о его потенциале в качестве биополимерной матрицы для регенерации тканей [53].
Антимикробные гидрогели
Антимикробные гидрогелевые системы представляют собой важный класс функциональных биоматериалов, предназначенных для профилактики и подавления инфекционно-воспалительных процессов за счёт контролируемого и пролонгированного высвобождения противомикробных агентов. В качестве активных компонентов в таких системах используются антибиотики (в частности, ципрофлоксацин, доксициклин), антимикробные пептиды, наночастицы металлов (серебра, оксида цинка), а также природные соединения, обладающие выраженной антимикробной активностью, включая хитозан и эфирные масла [54]. Подавление бактериального роста в зоне применения гидрогеля позволяет существенно снизить риск вторичного инфицирования и создать условия, благоприятные для регенерации пульпы зуба, репарации тканей пародонта и остеоинтеграции дентальных имплантатов.
Следует отметить, что ряд гидрогелей обладает собственной антимикробной активностью, обусловленной химической природой полимерной матрицы. Так, хитозан-содержащие системы способны ингибировать рост микроорганизмов за счёт взаимодействия с клеточными стенками бактерий, что в ряде случаев позволяет отказаться от введения дополнительных антимикробных препаратов. Данное свойство особенно ценно в условиях растущей антибиотикорезистентности и необходимости минимизации лекарственной нагрузки.
Показательным примером эндодонтического применения антимикробных гидрогелей является разработка композитных пористых каркасов на основе смеси хитозана, желатина и микрочастиц дентина. Эти конструкции были исследованы с использованием клеток апикального сосочка человека и продемонстрировали высокую способность к адсорбции белков и адгезии клеток, что сопровождалось усилением их пролиферации и направленной дифференцировки [55]. Наряду с этим каркасы проявляли бактериостатическую активность в отношении Enterococcus faecalis в условиях in vitro, микроорганизма, играющего ключевую роль в развитии и хронизации эндодонтических инфекций.
Антиоксидантные гидрогели
Антиоксидантные гидрогелевые системы разрабатываются с целью снижения выраженности окислительного стресса, который играет существенную роль в патогенезе воспалительных процессов и дегенеративных изменений тканей полости рта [43, 56]. Избыточное образование активных форм кислорода в зоне повреждения приводит к нарушению клеточного гомеостаза, повреждению белков, липидов и нуклеиновых кислот, а также снижению регенераторного потенциала тканей, что особенно актуально при заболеваниях пульпы, пародонта и костной ткани.
Антиоксидантная активность данных гидрогелей обеспечивается за счёт включения в их состав различных классов антиоксидантных соединений, в том числе полифенолов, таких как куркумин и ресвератрол, витаминов С и Е, а также ферментативных антиоксидантов, включая супероксиддисмутазу и каталазу. Эти вещества способны эффективно нейтрализовать активные формы кислорода, тем самым снижая уровень окислительного повреждения тканей в области регенерации. Поддержание редокс-баланса способствует сохранению жизнеспособности стоматологических стволовых клеток и созданию условий, благоприятных для их пролиферации и дифференцировки.
Особое значение антиоксидантные гидрогелевые системы приобретают при регенерации пульпы зуба, восстановлении тканей пародонта и заживлении костных дефектов, где длительное присутствие воспалительных медиаторов и оксидативного стресса может существенно ограничивать эффективность лечения. Контролируемое и пролонгированное высвобождение антиоксидантных компонентов из гидрогелевой матрицы обеспечивает устойчивый терапевтический эффект, снижает интенсивность воспалительной реакции и способствует более полноценному восстановлению структуры и функции тканей [57, 58].
pH- и термочувствительные гидрогели
Гидрогели, способные переходить из зольного в гелевое состояние в ответ на изменения физиологических параметров среды, таких как рН или температура, принято относить к так называемым «умным» гидрогелевым системам. Данные материалы рассматриваются как перспективные носители для целенаправленной и высокоэффективной доставки терапевтических агентов в регенеративной стоматологии. Их ключевое преимущество заключается в способности адаптироваться к локальным условиям патологического очага и обеспечивать формирование геля непосредственно в зоне повреждения.
В качестве основы для pH- и термочувствительных гидрогелей чаще всего используются такие полимеры, как поли(N-изопропилакриламид), хитозан, метакрилоилированный желатин, альгинат и некоторые белковые или полисахаридные матрицы [32]. Наличие в их структуре функциональных групп — изопропильных, сульфатных, аминных и карбоксильных — обеспечивает чувствительность материала к температурным и кислотно-щелочным изменениям. Благодаря этому гидрогели сохраняют текучее состояние при комнатной температуре или нейтральном рН, но быстро формируют устойчивую гелевую структуру при температуре тела либо в условиях локального ацидоза, характерного для инфицированных и воспалённых тканей зуба [59].
Дополнительным функциональным преимуществом данных систем является возможность инкапсуляции широкого спектра биологически активных компонентов, включая факторы роста, антибиотики, наночастицы и стволовые клетки. После введения в область дефекта такие гидрогели обеспечивают точную адаптацию к форме повреждённой ткани, надёжную фиксацию в условиях влажной среды полости рта и контролируемое высвобождение терапевтического содержимого, что существенно повышает эффективность регенеративного лечения.
Показательным примером клинически ориентированной разработки является создание термочувствительного антиоксидантного гидрогеля для лечения пульпита. В рамках данного подхода триблочный сополимер поли(d,l-лактида)–поли(этиленгликоля)–поли(d,l-лактида) был комбинирован с наночастицами берлинской лазури, что позволило получить композиционный гидрогель с выраженной антиоксидантной активностью. Материал демонстрировал чёткий переход из зольного состояния в гелевое при температуре 37 °C, оставаясь жидким при комнатной температуре, что обеспечивало удобство клинического применения. Экспериментальные исследования in vivo на модели пульпита у крыс показали, что данный гидрогель эффективно снижает выраженность воспаления за счёт ингибирования сигнального пути NF-κB/NLRP3, подтверждая его терапевтический потенциал [56].
В целом гидрогелевые системы зарекомендовали себя как универсальные и высокоадаптивные инструменты современной стоматологии, способные формировать биомиметическую микросреду, обеспечивать точный контроль механических свойств и направленную доставку биоактивных молекул, необходимых для регенерации тканей зубочелюстной системы [43].
Параллельно с этим органоидные модели привлекают всё большее внимание как передовые трёхмерные системы культивирования клеток, воспроизводящие ключевые физиологические и морфогенетические аспекты развития тканей. Они открывают возможности для углублённого изучения процессов тканевого морфогенеза, моделирования заболеваний и скрининга терапевтических соединений в рамках персонализированного подхода [16, 43]. Синергетическая интеграция гидрогелей с органоидными технологиями формирует перспективное направление разработки функциональных биомиметических платформ, способных поддерживать клеточную дифференцировку и формирование тканей. Такой инновационный подход обладает значительным потенциалом для ускорения регенерации тканей зуба и создания высокоинформативных моделей заболеваний полости рта in vitro.
Гидрогели в органоидных моделях тканевой инженерии зубов
Органоиды представляют собой самоорганизующиеся трёхмерные клеточные структуры, получаемые из стволовых клеток и способные воспроизводить клеточный состав, пространственную архитектуру и ключевые физиологические функции нативных тканей [60, 61]. Применение органоидных технологий позволило существенно продвинуться в создании функционально релевантных in vitro-моделей для изучения морфогенеза, патогенеза заболеваний и оценки фармакологических эффектов, включая разработку персонализированных терапевтических стратегий [60, 62]. Аналогично классической триаде тканевой инженерии, формирование органоидных моделей определяется выбором клеточного источника, составом биоактивных сигналов и характеристиками используемого биоматериального каркаса [60].
В последние годы стоматологические органоиды заняли особое место в регенеративной стоматологии, став высокоинформативными платформами для изучения развития тканей зуба, механизмов стоматологических заболеваний и реакции тканей на терапевтические вмешательства [60, 63, 64]. Современные подходы к формированию органоидов условно подразделяются на бескаркасные и каркас-опосредованные. В бескаркасных системах клетки не фиксируются к твёрдой поверхности, а самопроизвольно агрегируют с образованием сфероидов, которые при соответствующих условиях дифференцировки и пространственной организации способны формировать органоидные структуры in vitro. К наиболее распространённым методам относятся культивирование в висячей капле [58], магнитная левитация [65, 66], использование поверхностей со сверхнизкой адгезией [67] и вращающиеся биореакторы [68]. Несмотря на относительную простоту и воспроизводимость, данные подходы ограничены недостаточной механической стабильностью, слабой механотрансдукцией и ограниченной пространственной организацией в процессе формирования тканей [61].
В противоположность этому, каркас-опосредованные методы обеспечивают более биомиметичную микросреду для развития органоидов, предоставляя настраиваемую механическую поддержку, повышенную структурную стабильность и улучшенные взаимодействия «клетка–клетка» и «клетка–матрица». В этом контексте гидрогели зарекомендовали себя как оптимальные каркасные материалы, способные воспроизводить свойства внеклеточного матрикса и активно поддерживать формирование органоидов [62]. Помимо структурной функции, гидрогелевые матрицы могут направленно регулировать судьбу клеток за счёт своих биофизических и биохимических характеристик. Так, было показано, что жёсткость субстрата является критическим параметром, определяющим направление одонтогенной и остеогенной дифференцировки: стволовые клетки пульпы зуба, культивируемые на более жёстких матрицах, демонстрируют усиленное формирование одонтобластоподобных и остеобластоподобных фенотипов [69].
Подобные закономерности подтверждены и в исследованиях с использованием кератиновых гидрогелей, обладающих упруго-жёсткими свойствами, которые способствовали повышенной экспрессии одонтогенных маркеров, включая щелочную фосфатазу и дентинный матриксный белок-1, а также усиленному формированию дентина [70, 71]. Аналогично, инъекционные гидрогелевые системы с повышенной жёсткостью стимулировали пролиферацию и одонтогенную дифференцировку стволовых клеток пульпы человека посредством активации сигнальных путей Wnt [72]. Усиление остеогенеза мезенхимальных стволовых клеток также напрямую связано с механическими свойствами матрикса и реализуется через интегрин-опосредованные механизмы с участием киназы фокальной адгезии [73]. В совокупности эти данные подчёркивают, что точная настройка механических характеристик гидрогелей является ключевым фактором управления направленной дифференцировкой клеток и повышения физиологической релевантности и воспроизводимости органоидных моделей зуба [74].
В литературе описан широкий спектр гидрогелевых материалов, применяемых для формирования стоматологических органоидов. Наиболее часто используются природные матрицы, включая децеллюляризованный внеклеточный матрикс, матригель и коллаген [75-77]. Наряду с ними применяются синтетические полимеры, такие как полиэтиленгликоль и сополимеры молочной и гликолевой кислот, а также гибридные системы, в частности метакрилатированный желатин [60, 78]. В качестве клеточных источников для формирования органоидов используются стоматологические стволовые клетки, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, клетки слюнных желёз, предшественники вкусовых рецепторов (в том числе Lgr5+), соматические прогениторные клетки эпителиального и эндотелиального происхождения, а также опухолевые клетки при моделировании онкопатологии полости рта.
С использованием современных методик in vitro уже получены органоиды, моделирующие широкий спектр тканей зубочелюстной области, включая зачатки зубов, слюнные железы, язычный эпителий, вкусовые рецепторы, слизистую оболочку полости рта и структуры челюстно-лицевой области [78]. Существенный прогресс в прикладных технологиях органоидогенеза во многом обусловлен применением гидрогелей, обеспечивающих воспроизведение ключевых параметров микросреды внеклеточного матрикса. Хотя самосборка клеток в гидрогелевых матрицах остаётся наиболее распространённым подходом [75-77], внедрение новых технологий, включая трёхмерную биопечать, микропаттерированные матрицы и микрофлюидные платформы, значительно расширило возможности пространственного контроля и стандартизации органоидных моделей.
Использование 3D-биопечати позволило осуществлять прецизионное пространственное распределение клеток в гидрогелевых конструкциях, обеспечивая высокую воспроизводимость и контролируемую архитектуру тканей. Так, было показано, что применение альгинатно-желатиновых гидрогелей в 3D-биопечати обеспечивает упорядоченную организацию стволовых клеток пульпы зуба в структуры, напоминающие зачатки зубов, при сохранении высокой жизнеспособности клеток и ранней активации одонтогенных сигнальных путей [79]. Аналогичным образом, микропаттерированные гидрогелевые матрицы обеспечивают геометрически контролируемое формирование органоидов с высокой производительностью. Использование полиэтиленгликолевых гидрогелей с заданной жёсткостью и лигандным представлением позволило направлять пространственное развитие органоидов, что рассматривается как перспективный подход для задач челюстно-лицевой регенерации, требующих точного морфогенетического контроля [80].
Микрофлюидные технологии также стали важным инструментом для создания физиологически релевантных органоидных моделей, позволяя воспроизводить динамические параметры тканевого микроокружения, включая перфузию, градиенты питательных веществ и механические стимулы. В сочетании с гидрогелями такие платформы обеспечивают трёхмерную матрицу для инкапсуляции и дифференцировки клеток при строгом контроле физико-химических условий. Так, модель «дентин-на-чипе», созданная с использованием стволовых клеток апикального сосочка, инкапсулированных в метакрилатированный желатин, продемонстрировала выраженную одонтогенную дифференцировку при оптимальных параметрах матрикса и плотности клеток [81]. Аналогичные результаты были получены в коллагеновых микрофлюидных системах, моделирующих взаимодействие дентина и пульпы [82]. Платформы типа «орган-на-чипе» обеспечивают совместное культивирование различных типов тканей, реалистичное механическое воздействие и высокопроизводительный анализ, что делает их особенно ценными для изучения сложных взаимодействий в тканях зубочелюстной области [83].
Как показано в ряде недавних исследований, современное развитие органоидных технологий в стоматологии направлено не только на воспроизведение структуры тканей, но и на комплексную оценку их функциональной состоятельности. Так, органоиды зачатков зубов, сформированные на микрочастицах метакрилатированного желатина, демонстрировали высокую жизнеспособность клеток и чётко выраженную эпителиально-мезенхимальную границу — ключевой признак раннего одонтогенеза [75]. В моделях «дентин-на-чипе» была показана высокая активность щелочной фосфатазы и минерализация матрикса, причём более мягкие гидрогели вызывали более выраженную одонтогенную реакцию, что подчёркивает роль механотрансдукции [81]. Органоиды слюнных желёз, сформированные в коллагеновых и матригелевых матрицах, обеспечивали мультилинейную дифференцировку, секрецию функциональных белков и частичное восстановление слюноотделения после трансплантации, демонстрируя потенциал в терапии радиационно-индуцированной ксеростомии [76]. Аналогично, органоиды вкусовых рецепторов и опухолевые органоиды слизистой оболочки полости рта подтвердили свою ценность для изучения регуляции дифференцировки, лекарственного скрининга и иммунных взаимодействий [77].
Оценка функциональных параметров — минерализационной способности, экспрессии линейно-специфичных маркеров, секреторной активности и иммунной реактивности — позволяет существенно углубить понимание биологии органоидов и их трансляционного потенциала в стоматологии. Гидрогели при этом играют ключевую роль, поскольку их настраиваемые механические свойства, контролируемая деградация и способность передавать биологически активные сигналы обеспечивают воспроизводимое и физиологически значимое развитие органоидных моделей. Перспективы дальнейших исследований связаны с разработкой синтетических и гибридных гидрогелевых матриц с точно заданными характеристиками и стандартизированными критериями функциональной оценки, что позволит повысить воспроизводимость, упростить межлабораторные сравнения и ускорить внедрение органоид-ориентированных регенеративных технологий в клиническую стоматологическую практику.
Современные клинические применения и ограничения
Современные клинические применения гидрогелевых материалов и органоидных моделей в тканевой инженерии зубочелюстной системы характеризуются значительным прогрессом, однако остаются неоднородными по уровню доказательности и степени клинической зрелости. Ряд гидрогелевых систем уже достиг этапа клинических исследований и демонстрирует обнадёживающие результаты, тогда как органоидные технологии в большинстве случаев пока сохраняют статус доклинических и трансляционных платформ [43].
Гидрогели различных составов, включая системы с инкапсулированными наночастицами на основе полимолочно-со-гликолевой кислоты, нашли применение как гели in situ для антибактериальной терапии эндодонтических инфекций (NCT05475444), подтверждая потенциал «интеллектуальных» систем доставки лекарственных средств. Аналогично, гидрогели на основе гиалуроновой кислоты оценивались как вспомогательные средства при лечении пародонтита в сочетании с профессиональной механической обработкой корней (NCT03754010); завершённые исследования указывают на положительное влияние на клинические показатели и выраженность воспаления. Кроме того, коллагеновые гидрогели в форме каркасов применялись в регенеративных подходах, включая регенерацию пульпы зуба (NCT03613090) и восстановление пародонтальных дефектов с использованием стволовых клеток пульпы зуба (NCT03386877). В то же время результаты подобных вмешательств варьируют в зависимости от состава матрицы, используемого клеточного компонента и регуляторных требований, что подчёркивает актуальные проблемы стандартизации, интеграции каркаса с тканями реципиента и регуляторного одобрения [22]. Параллельно формируются новые направления применения органоидов, в частности в онкологии слюнных желёз (NCT06047236), где ожидается получение персонализированной информации о чувствительности к терапии [43].
Наряду с клиническими разработками существенное значение имеет оценка доклинической зрелости органоидных систем. Органоиды зачатка зуба и модели типа «дентин-на-чипе» воспроизводят ключевые события развития, включая эпителиально-мезенхимальные взаимодействия, дифференцировку одонтобластов и отложение минералов, что делает их ценными для генерации гипотез, моделирования заболеваний и высокопроизводительного скрининга лекарственных веществ при стремлении снизить использование животных моделей [75]. Вместе с тем такие системы не охватывают всей сложности тканевой организации in vivo, включая полноценную васкуляризацию и системные иммунные реакции, необходимые для прогнозирования долгосрочной интеграции и функциональности конструкций [76, 77, 81]. Органоиды слюнных желёз продвинулись ближе к трансляции, что подтверждается восстановлением секреции слюны после приживления на моделях лучевого поражения, тогда как органоиды вкусовых рецепторов и опухолевые органоиды слизистой оболочки полости рта в основном остаются исследовательскими инструментами и требуют дополнительной in vivo-валидации для подтверждения сенсорной функции и иммунной совместимости [76, 77]. В целом органоидные платформы следует рассматривать как ранние, но высокоценные модели для физиологических исследований и лекарственного скрининга с перспективой частичной замены животных моделей; однако на данном этапе целенаправленные in vivo-исследования остаются необходимыми для подтверждения эффективности регенерации и устойчивости функциональных результатов [75].
Гидрогели и гидрогель-интегрированные органоидные конструкции рассматриваются как перспективные биоматериалы благодаря биоактивности, способности имитировать нативный внеклеточный матрикс и потенциалу поддержки формирования аутологичных тканевых эквивалентов [43]. Их клинические преимущества связаны с созданием микросреды, благоприятной для пролиферации и дифференцировки клеток и восстановления тканей [22]. Вместе с тем при регенерации твёрдых тканей (дентин, эмаль) сохраняются принципиальные ограничения, включая недостаточную механическую прочность, трудности контроля скорости деградации, вариабельность свойств между партиями и вопросы долгосрочной биосовместимости [43]. Для органоидных систем дополнительными барьерами остаются высокая стоимость, отсутствие унифицированных протоколов и ограниченная воспроизводимость; надёжное выделение, экспансия и направленная дифференцировка стволовых клеток, а также воспроизводимая генерация органоидов требуют строго валидированных процедур [60, 64]. Кроме того, как для гидрогелей, так и для гидрогель-органоидных подходов критически важны задачи обеспечения адекватной васкуляризации и иннервации при сохранении функции тканей, а также достижение точной пространственной организации и механической стабильности, определяющих долговременный клинический результат [43].
Перспективные исследования должны быть направлены на создание гидрогелевых композиций с улучшенными механическими свойствами и предсказуемыми профилями деградации, адаптированными к условиям полости рта, а также на разработку «интеллектуальных» и композитных гидрогелей, более точно воспроизводящих иерархическую организацию нативных тканей, особенно дентина и эмали [43]. Параллельно совершенствование технологий биообработки, включая 3D-биопечать и микрофлюидные системы, позволит повысить точность и воспроизводимость органоидных моделей, а стандартизация подходов к получению, культивированию и дифференцировке стволовых клеток станет ключевым условием продвижения органоид-ориентированных регенеративных технологий [10, 12].
Наконец, внедрение данных решений в клиническую практику требует проработки регуляторных маршрутов и масштабируемых производственных стратегий. Снижение себестоимости, автоматизация биопроцессинга и применение экологически безопасных биосовместимых материалов могут повысить доступность технологий. Приоритетное использование аутологичных клеточных источников и биомиметических сигнальных микросред потенциально улучшит специфичность регенерации и снизит риск иммунологических осложнений [11, 12, 43]. В совокупности решение перечисленных задач позволит приблизить гидрогель-основанные органоидные платформы к персонализированным, функционально состоятельным и клинически применимым решениям для восстановления и реконструкции тканей зубочелюстной системы.
Залкючение
Гидрогели и органоидные модели в настоящее время формируют одно из наиболее перспективных направлений развития тканевой инженерии зубочелюстной системы. Их использование позволяет воссоздавать биомиметическую микросреду, способствующую сохранению жизнеспособности клеток, их пролиферации и направленной пространственной дифференцировке, что является ключевым условием для восстановления структуры и функции тканей зуба и окружающих анатомических образований. В совокупности эти технологии закладывают основу для перехода от преимущественно заместительных методов лечения к биологически ориентированным стратегиям регенерации.
Современные достижения в области гидрогелевых биоматериалов, органоидных систем культивирования и методов биофабрикации создают предпосылки для разработки персонализированных регенеративных решений, включая формирование индивидуализированных зубных зачатков, функциональных аналогов периодонтальной связки и высокоинформативных моделей для доклинического тестирования лекарственных средств. Особенно значимым представляется потенциал этих подходов в повышении прогностической ценности экспериментальных моделей и в более точном моделировании физиологических и патологических процессов в тканях полости рта.
Вместе с тем дальнейшее развитие данных технологий требует решения ряда принципиальных задач, включая стандартизацию протоколов работы со стволовыми клетками, повышение воспроизводимости органоидных моделей, улучшение механических и биодеградационных характеристик гидрогелей, а также обеспечение адекватной васкуляризации и функциональной интеграции регенерированных тканей. Существенную роль в этом процессе играет междисциплинарное взаимодействие специалистов в области стоматологии, биоматериаловедения, биоинженерии и биологии развития.
В перспективе интеграция гидрогелевых и органоидных технологий способна обеспечить формирование регенеративных стратегий нового поколения, ориентированных на предсказуемое, долговременное и функционально полноценное восстановление тканей зубочелюстной системы. Реализация этих подходов может стать важным этапом в эволюции клинической стоматологии, смещая акцент с восстановления утраченной структуры к воспроизведению биологической функции и улучшению качества жизни пациентов.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования и подготовке публикации.
Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с проведенным исследованием и публикацией настоящей статьи.
Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.
    

Вклад авторов. 
Амирова Э.А. - определение концепции, анализ литературы, написание черновика рукописи;
Даневич Д.И. - анализ литературы, работа с данными, участие в написании рукописи;
Кукархоева М.Б. - анализ литературы, валидация, редактирование рукописи;
Васильева А.П. - интерпретация данных, пересмотр и редактирование рукописи;
Алиева М. - анализ литературы, участие в редактировании рукописи;
Птачек Н.А. - участие в редактировании рукописи, критический пересмотр рукописи;
Торшин М.Н. - валидация, пересмотр и редактирование рукописи;
Чахоян С.А. - поиск и систематизация источников, анализ литературы, участие в подготовке рукописи. 
Все авторы одобрили рукопись (версию для публикации), а также согласились нести ответственность за все аспекты настоящей работы, гарантируют надлежащее рассмотрение и решение вопросов, связанных с точностью и добросовестностью любой её части.
Author contribution. 
E.A. Amirova - conceptualization, literature review, writing the original draft;
D.I. Danevich - literature review, data analysis, participation in manuscript writing;
M.B. Kukarkhoeva - literature review, validation, manuscript editing;
A.P. Vasilyeva - data interpretation, manuscript review and editing;
M. Alieva - literature review, participation in manuscript editing;
N.A. Ptachek - participation in manuscript editing, critical revision of the manuscript;
M.N. Torshin - validation, manuscript review and editing;
S.A. Chakhoyan - literature search and systematization, literature review, participation in manuscript preparation.
All authors approved the manuscript (the version for publication) and agreed to be accountable for all aspects of the work, ensuring that questions related to the accuracy or integrity of any part of the work are appropriately investigated and resolved.

About the authors

Elvina A. Amirova

Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: eleya.ami@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0004-6522-3691

student

Russian Federation, Russia, 197022, St. Petersburg, 6–8 L’va Tolstogo Street

Daria I. Danevich

Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: dasha.26danevich@gmail.com
ORCID iD: 0009-0006-4870-6274

student

Russian Federation, Russia, 197022, St. Petersburg, 6–8 L’va Tolstogo Street

Madina B. Kukarkhoeva

Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: medinaedisultanova@gmail.com
ORCID iD: 0009-0005-5386-9070

student

Russian Federation, Russia, 197022, St. Petersburg, 6–8 L’va Tolstogo Street

Anastasia P. Vasilyeva

Saint Petersburg Medical and Social Institute

Email: anastasya-vasileva0@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-4830-7267

student

Russian Federation, 195271, St. Petersburg, Kondratievsky Prospekt, 72, lit. A

Maryam Alieva

Saint Petersburg Medical and Social Institute

Email: maryam.alieva.a@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-7738-4527

student

Russian Federation, 195271, St. Petersburg, Kondratievsky Prospekt, 72, lit. A

Natalia A. Ptachek

Voronezh State Medical University named after N. N. Burdenko

Email: ptachek.n@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0001-2582-372X

student

Russian Federation, 10 Studencheskaya St., Voronezh, 394036, Russia

Maksim N. Torshin

Voronezh State Medical University named after N. N. Burdenko

Email: torin223@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0007-7461-8216

student

Russian Federation, 10 Studencheskaya St., Voronezh, 394036, Russia

Samvel A. Chakhoyan

Kuban State Medical University

Author for correspondence.
Email: samwelchakhoyan@mail.ru
ORCID iD: 0009-0007-7663-2783

student

Russian Federation, 4 Mitrofana Sedina St., Krasnodar, 350063, Russia

References

Supplementary files