牙齿的形成是通过上皮与间充质细胞的相互作用实现的。这一过程使得通过胚胎牙上皮和间充质干细胞来功能性重建和再生牙齿成为可能，从而为整个牙齿器官的原位置换提供了新的思路。然而，随着人类牙齿的萌出，上皮干细胞的数量逐渐减少，这使得运用上皮干细胞进行牙齿修复变得十分困难。同时，牙齿再生机制研究模型的发展受到限制。

为了解决这一问题，研究人员开始关注牙齿类器官的构建，这些类器官因其与真实牙齿相似的结构与功能而成为体外研究牙齿发育的重要模型。2023年的研究表明，科学家通过人类诱导多能干细胞（hiPSC）成功构建出人类成釉细胞类器官。此模型不仅能够与牙间充质相互作用以形成牙釉质，还展现出一定的成牙分化潜能。

在小鼠中，牙上皮干细胞在生命周期内保持存续，因此小鼠成为牙齿发育研究的主要模型。然而，由于常规的胎牛血清（FBS）培养基无法准确界定生长因子及代谢物对牙齿发育的影响，比利时的科学家们基于小鼠的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。

与依赖hiPSC的类器官模型不同，小鼠牙齿类器官涵盖了成釉细胞与间充质成牙本质细胞的相互作用，从而有助于深入探索牙齿的矿化与重建机制。2024年，四川大学的李中瀚教授课题组在《Advanced Science》期刊发表了题为“A chemically defined culture for tooth reconstitution”的研究。他们在化学定义的无血清培养基上进行小鼠牙齿类器官的重建，发现牙齿重建并不重置发育时钟。

研究团队在气-液界面上运用ActivinA和SHH途径的激动剂SAG的联合刺激，进一步激发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在诱导牙釉质形成中的重要性。研究结果优化了牙齿重建的体外类器官模型，对未来的牙齿发育机制研究与再生移植具有重要意义。

通过分析不同发育阶段的小鼠牙胚，研究人员发现，牙齿在无血清化学培养基中也能持续生长，并形成由间充质细胞包围的多个上皮细胞团和牙胚样结构。移植的牙齿类器官能形成牙状体结构，并与PN7的M1臼齿相似。定量分析显示，多个胚胎阶段的原代细胞在无血清化学培养基中重建牙状体的能力是有限的。

与臼齿相比，经过相同培养系统培养的切齿类器官中生成的牙齿数量更少，但产生的牙状体结构更大。此外，E185及之后阶段的切齿牙胚缺乏发育成切齿的能力，这说明切齿的发育速度较快，并较早失去了重建分化的潜力。

研究发现，在E145牙齿类器官中，间充质祖细胞的发育轨迹和动态表达特征与天然M1臼齿相似。培养第4-10天内，原发釉结也发生，但始终未发现继发釉结，可能因自组织牙胚的尺寸限制导致。对牙齿类器官进行scRNA-seq数据分析显示了多种阶段特异性牙齿标记物的时序性表达。

通过抑制关键的信号通路，研究者们发现牙齿类器官会对化学调节做出反应。抑制ALK5会减少牙齿形成，阻断Wnt信号则会抑制牙齿形成并增加表皮化，而激活Wnt信号通路能够诱导多个牙本质-牙髓复合体和牙釉质样结构的形成。

总的来说，通过化学培养基获得的牙齿类器官能够重现正常的牙齿发育过程，并与真实牙齿的发育特征具有高一致性。这些发现为牙齿重建机制的深入研究提供了宝贵的数据支持，同时也进一步推动了尊龙凯时在生物医疗领域的探索与发展。

而在探索牙齿发育的关键因素时，研究团队发现ActivinA和SAG的共刺激至关重要，并且BMP/TGF-β信号的激活是成釉细胞分泌细胞外基质以及形成成熟牙釉质的重要触发因素。尽管迄今为止的牙齿类器官仍依赖于原代细胞，但未来通过结合神经嵴细胞的微环境信号，或许可以进一步实现体外完整发育牙齿的目标。这一领域的后续研究将持续推动人类牙齿临床替代方案的探索，为患者提供更多选择。