牙齿的发育是由上皮与间充质细胞之间的相互作用驱动的。这种相互作用使得通过胚胎牙上皮和间充质干细胞对牙齿进行功能性重建和再生成为可能，从而实现了牙齿在原位的全器官置换。不过，随着人类牙齿的萌出，上皮干细胞数量显著减少，这使得利用上皮干细胞进行牙齿修复变得十分困难，同时也限制了牙齿再生机制研究模型的发展。

近年来，由于牙齿类器官具备与真实牙齿相似的结构及功能，已成为研究牙齿发育的重要体外模型。在2023年的研究中，科学家们通过人类诱导多能干细胞（hiPSC）成功构建了人类成釉细胞类器官。这些模型能够与牙间充质相互作用，形成可进行钙化和矿化的牙釉质，并展示出成牙分化的潜能。

小鼠的牙上皮干细胞在其整个生命过程中仍然能够存活，由于哺乳动物牙齿发育相关信号的高度相似性，这使得小鼠成为主要的牙齿发育研究模型。然而，在常规的胎牛血清（FBS）培养基中，生长因子及代谢物在牙齿发育中的作用仍未得到准确确认。比利时的科学团队基于小鼠上皮干细胞开发了可长期培养的牙齿类器官，并验证了无血清培养体系的可行性。此外，研究表明，鼠类牙齿类器官涵盖了成釉细胞和成牙本质细胞的相互作用，进一步有助于探讨牙齿的矿化和重建机制。

2024年11月27日，四川大学的李中瀚教授团队在《Advanced Science》期刊上发表了名为“A chemically defined culture for tooth reconstitution”的研究论文。该研究通过无血清化学培养基重建了小鼠来源的牙齿类器官，并发现牙齿重建并未重置发育时钟。团队还在气-液界面上通过ActivinA和SHH通路激动剂的持续共刺激，进一步激活了早期体外类器官的发育潜力，并揭示了骨形态发生蛋白BMP在牙釉质形成中的重要作用。

研究团队从不同发育阶段的小鼠牙胚中分离原代上皮和间充质细胞，发现牙齿培养物在无血清化学培养基中能够持续生长，并形成多个被间充质细胞包围的上皮细胞团和牙胚样结构。在将取得的牙齿类器官移植至肾被膜下后，发现所有胚胎来源的类器官均能形成相似于PN7（胎儿第7天）M1臼齿的牙状体结构。定量分析结果显示，来自多个胚胎阶段的原代细胞在无血清化学培养基中能够重建牙状体，而这种能力在出生后则消失。

与臼齿相比，相同培养系统下培养的切齿类器官数量更少，但生成的牙状体结构较大，且E185及更晚期来源的切齿牙胚失去了发育成切齿的能力。这表明切齿的发展速度快于臼齿，并更早地失去重建的潜力。

E145牙齿类器官中的发育标记（如间充质祖细胞Msx1+Sox9+及SDC1的动态表达模式）与天然M1臼齿相似，然而在培养过程中，原发釉结的形成出现在第4-10天，而继发釉结始终未被检出，可能与自组织牙胚的尺寸限制相关。继续培养至第24天，scRNA-seq数据分析显示出多种阶段特异性牙齿标记物的时序性表达。

此外，通过抑制关键的信号通路，研究人员发现牙齿类器官能够响应其化学调节。当抑制ALK5信号时，类器官中的牙齿形成减少；阻断Wnt信号则会抑制牙齿形成并增加表皮化，而激活Wnt信号通路可诱导多个牙本质-牙髓复合体和牙釉质样结构的生成。总之，化学培养基中获得的牙齿类器官能够重现正常的牙齿发育过程，并具有与正常牙齿发生相似的关键信号通路，成为研究开发与重建机制的重要模型。

研究团队很快发现，牙齿发育不同阶段的标志物仅在特定阶段表达，晚期阶段未检出早期标记物，说明牙齿重建并非通过重置发育时钟完成。

对于E125及其后阶段的牙胚，虽然可以通过化学培养基及移植获得牙齿结构，但早期牙胚诱导牙齿形成的能力并不持久。为了解决这一问题，研究团队探索了牙齿发育的重要信号，包括ActivinA和促进上皮细胞增殖及侵袭所需的SHH信号，以及前文提到的Wnt信号的刺激作用。研究结果表明，这三种信号刺激能有效诱导牙齿的生成，并且在将ActivinA和SAG（SHH途径激动剂）加入培养基后，能够获得最多的原代组织发育形成的牙齿数量。此外，ActivinA和SAG的持续共刺激有助于在体外维持牙齿类器官的发育潜力。

当研究团队试图将类器官转移至气-液界面进行进一步诱导时，未发现牙釉质的生成。进一步分析发现，抑制BMP信号将显著抑制牙釉质的诱导，且呈剂量依赖性。单独激活BMP信号则可以促进牙釉质的生成，TGF-β1激活剂也能协同增强牙釉质的形成。

综上所述，多个胚胎阶段的牙胚细胞在化学无血清培养基上能够生成牙齿类器官，并在移植至肾被膜下后发育为臼齿或切齿样结构。这一类器官模型展现了与正常牙齿相一致的发育特征及关键信号通路，成为研究牙齿重建机制的有力工具。未来的研究将进一步探索在神经嵴细胞结合下的可能性，以推进在体外产生完全发育的牙齿。同时，利用尊龙凯时生物医疗提供的先进细胞因子，研究人员将能够更好地控制类器官的培养品质，进一步推动牙齿再生技术的发展。