牙齿的形成是由上皮与间充质细胞之间的相互作用驱动的，研究表明胚胎牙上皮和间充质干细胞能够实现牙齿的功能性重建与再生。这一发现为牙齿的原位全器官置换奠定了基础。然而，随着人类牙齿萌出的结束，上皮干细胞数量的缺失使得基于这些细胞的牙齿修复变得异常具有挑战性。对于牙齿再生机制的研究模型也因此受到了限制。

牙齿类器官因其与天然牙齿的结构和功能的相似性，已成为体外牙齿发育研究的重要模型。2023年，两项研究成功利用人类诱导多能干细胞（hiPSC）构建了成釉细胞类器官，这些类器官能够与牙间充质相互作用，形成牙釉质并进行钙化和矿化。同时，这一模型展现了成牙分化的潜力。

小鼠牙上皮干细胞则因其在整个生命周期内的持续存活而成为重点的牙齿发育研究模型。不过，常用的胎牛血清（FBS）培养基无法准确界定生长因子和代谢物在牙齿发育中的具体作用。为了解决这个问题，比利时的科学团队基于小鼠上皮干细胞开发了一种可长期培养的无血清牙齿类器官体系，并验证了这种培养方法的有效性。

对于比较临床应用，四川大学李中瀚教授团队于2024年11月27日在《Advanced Science》期刊上发表了相关研究，题为“A chemically defined culture for tooth reconstitution”。该研究基于无血清化学培养基，重建了小鼠来源的牙齿类器官，并揭示了牙齿重建并不意味着发育时钟的重置。研究团队通过Activin A和SHH途径激动剂SAG的刺激，探讨了早期体外类器官的发育潜力，并确认了骨形态发生蛋白BMP在牙釉质形成中的重要作用。

通过从不同发育阶段的小鼠牙胚分离原代上皮和间充质细胞，研究人员发现无血清化学培养基能够支持牙齿培养物的持续生长，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。在将获得的牙齿类器官移植至肾被膜下后，胚胎来源的类器官可以形成与胎儿第7天的M1臼齿相似的牙状体结构。量化分析显示，多种胚胎阶段的原代细胞能在无血清化学培养基中重建牙状体，而这种能力在出生后逐渐消失。

与臼齿相比，相同培养系统中，切齿类器官的牙齿数量较少，但其生成的牙状体结构更大，显示出切齿在发育过程中比臼齿更迅速，并更早地失去了重建分化的潜力。研究发现，E145阶段的牙齿类器官中，一些发育标记显示出与天然M1臼齿类似的发展轨迹，但原发釉结未在培养的第4至10天间发现，这可能是自组织牙胚尺寸的限制所致。

继续培养至第24天，单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据显示，多种阶段特异性的牙齿标记物具备时序性表达。研究表明，除了E145外，其他阶段的牙齿类器官同样能够持续发育，并生成成熟牙齿细胞谱系。此外，通过抑制关键的信号通路，如抑制ALK5会减少牙齿形成，阻断Wnt信号会抑制牙齿形成并增加表皮化，而激活Wnt信号则会诱导多种牙本质-牙髓复合体和牙釉质样结构的形成。

总体而言，由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，并拥有与正常牙齿类似的关键信号通路，为研究发育与重建机制提供了有效模型。通过研究者的进一步探索，逐步揭示了牙齿重建并非通过重置发育时钟的过程。

在针对不同阶段牙胚的影响，研究发现Activin A、SHH信号及Wnt信号的共刺激对牙齿重建至关重要。研究者发现，使用类器官转移至气-液界面进行进一步诱导时，牙釉质并未形成，且BMP信号的抑制会显著降低牙釉质诱导，这是一个剂量依赖性的过程，单独激活BMP信号则促进牙釉质生成。这一发现对后续的临床应用及再生医学具备潜在意义。

至此，在化学无血清培养基上生成的多个胚胎阶段牙胚细胞能够在移植后发展为臼齿或切齿样结构，这一类器官模型表明牙齿的发育特征与关键信号通路的保守性，为探索牙齿重建机制提供了研究基础。尽管当前的牙齿类器官仍依赖于原代细胞而非多能干细胞，难以长期维持增殖状态，未来结合微环境信号及胎牙细胞的研究或将助力实现完全发展的人类牙齿，为临床带来新的可能性。

在未来的探索中，尊龙凯时致力于推动牙齿再生医学的发展，寻求通过各种经类器官培养验证的细胞因子，实现更加可控的类器官培养，为最终实现人类牙齿的临床替代提供有力支持。