Как зубы чувствуют холод

Для людей с кариесом пить холодный напиток может быть агонией.

«Это уникальный вид боли», — говорит Дэвид Клэпхэм, вице-президент и главный научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). «Это просто мучительно».

Теперь он и международная группа ученых выяснили, как зубы чувствуют холод, и определили вовлеченных молекулярных и клеточных игроков. Как у мышей, так и у людей зубные клетки, называемые одонтобластами, содержат чувствительные к холоду белки, которые обнаруживают перепады температуры, сообщает 26 марта 2021 года команда в журнале Science Advances . Сигналы от этих клеток могут в конечном итоге вызвать приступ боли в головном мозге.

Работа предлагает объяснение того, как одно старинное домашнее средство 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 Циммерманна, разработка лекарств, которые нацелены на этот датчик даже более конкретно, потенциально может снизить чувствительность зубов к холоду. «Если у вас есть молекула для нацеливания, появляется возможность лечения».

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. Фото: Л. Бернал и др. / Успехи науки в 2021 г.
Таинственный канал

Зубы разрушаются, когда бактерии и кислота разъедают эмаль, твердое белесое покрытие зубов. По мере эрозии эмали образуются ямки, называемые полостями. Примерно 2,4 миллиарда человек — около трети населения мира — имеют нелеченные кариесы в постоянных зубах, которые могут вызывать сильную боль, в том числе чрезмерную чувствительность к холоду.

Никто на самом деле не знал, как зубы чувствуют холод, хотя ученые предложили одну основную 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, горячий или холодный зуб.

«Мы не можем исключить эту теорию», но прямых доказательств этому не было, — говорит Клэпхэм, нейробиолог из исследовательского кампуса Джанелии HHMI. 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. Иногда весь зуб «просто разваливается на куски», — говорит Циммерманн.

Циммерман, 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 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, когда Циммерманн был постдоком в лаборатории Клэпхэма, команда обнаружила, что ионный канал под названием TRPC5 очень чувствителен к холоду. Но команда не знала, где именно в теле TRPC5 задействована способность чувствовать холода. Они обнаружили, что дело не в коже. Мыши, у которых отсутствовал ионный канал, все еще могли чувствовать холод , как сообщила команда в 2011 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .

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? » Циммерманн вспоминает: «Ответом были зубы.