Для людей с кариесом употребление холодного напитка может быть мучением. "Это уникальный вид боли", - говорит Дэвид Клэпхем, вице-президент и главный научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). - Это просто мучительно."

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

Эта работа предлагает объяснение того, как одно вековое домашнее средство облегчает зубную боль. Основной ингредиент гвоздичного масла, который веками использовался в стоматологии, содержит химическое вещество, блокирующее белок "датчика холода", говорит электрофизиолог Катарина Циммерманн, руководившая работой в Университете Фридриха-Александра Эрланген-Нюрнберга в Германии.

По словам Циммермана, разработка лекарств, нацеленных на этот датчик еще более конкретно, потенциально может устранить чувствительность зубов к холоду. "Как только у вас есть молекула, на которую нужно нацелиться, есть возможность лечения."

Зубы разрушаются, когда пленки бактерий и кислоты разъедают эмаль, твердую беловатую оболочку зубов. По мере эрозии эмали образуются ямы, называемые полостями. Примерно 2,4 миллиарда человек—около трети населения земного шара—имеют необработанные полости в постоянных зубах, которые могут вызывать сильную боль, включая чрезвычайную чувствительность к холоду.

Никто толком не знал, как зубы чувствуют холод, хотя ученые выдвинули одну основную теорию. Крошечные каналы внутри зубов содержат жидкость, которая движется при изменении температуры. Каким-то образом нервы могут чувствовать направление этого движения, которое сигнализирует о том, горячий зуб или холодный, предположили некоторые исследователи.

"Мы не можем исключить эту теорию", - говорит Клэпхем, нейробиолог из исследовательского кампуса HHMI Janelia Research Campus. Движение жидкости в зубах—и биология зубов в целом—трудно поддается изучению. Ученые должны разрезать 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 Циммерман.

Циммерман, Клэпхем и их коллеги не собирались изучать зубы. Их работа была сосредоточена в основном 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 и пропускают ионы в клетку. Это создает электрический импульс, который проносится от клетки к клетке. Это быстрый способ передачи информации, и он имеет решающее значение для мозга, сердца и других тканей.

Около пятнадцати лет назад, когда Циммерман был постдоком в лаборатории Клэпхема, команда обнаружила, что ионный канал под названием TRPC5 очень чувствителен к холоду. Но команда не знала, где в организме TRPC5 вступила в игру способность чувствовать холод. Они обнаружили, что это была не кожа. Мыши, которым не хватало ионного канала, все еще могли чувствовать холод, сообщила команда в 2011 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

После этого "мы зашли в тупик", - говорит Циммерман. Однажды команда сидела за обедом, обсуждая проблему, когда идея наконец пришла. "Дэвид сказал:" Ну, а какие еще ткани тела чувствуют холод? " - вспоминает Циммерман. Ответом были зубы.

TRPC5 действительно находится в зубах—и в большей степени в зубах с полостями, как обнаружил соавтор исследования Йохен Леннерц, патолог из Массачусетской больницы общего профиля, изучив образцы от взрослых людей.

Новый эксперимент, проведенный на мышах, убедил исследователей в том, что TRPC5 действительно функционирует как датчик холода. Вместо того чтобы вскрывать зуб и изучать только его клетки в тарелке, команда Циммермана изучила всю систему: челюстную кость, зубы и зубные нервы. Команда регистрировала нейронную активность, когда ледяной раствор касался зуба. У нормальных мышей это холодное погружение вызывало нервную активность, указывающую на то, что зуб чувствует холод. Не так у мышей, лишенных TRPC5, или у зубов, обработанных химическим веществом, блокирующим ионный канал. По словам Циммермана, это был ключевой ключ к тому, что ионный канал может обнаруживать холод. Еще один ионный канал, который изучала команда, TRPA1, также, казалось, играл определенную роль.

Команда проследила местоположение TRPC5 до определенного типа клеток, одонтобласта, который находится между пульпой и дентином. Например, когда кто-то с обнаженным дентином зубом откусывает фруктовое мороженое, эти клетки, упакованные в TRPC5, улавливают ощущение холода, и сигнал "ой!" ускоряется до мозга.

Это острое ощущение не было так широко изучено, как другие области науки, говорит Клэпхем. Зубная боль не может считаться модной темой, говорит он, "но она важна и затрагивает многих людей."

Циммерман отмечает, что путь команды к этому открытию длился более десяти лет. Выяснить функции отдельных молекул и клеток очень сложно, говорит она. - А хорошие исследования могут занять много времени."

ИСТОЧНИК