牙齿的形成是通过上皮与间充质细胞之间的相互作用而实现的。胚胎牙上皮和间充质干细胞的结合，使得牙齿的功能性重建和再生成为可能，甚至可以实现原位全器官的替换。然而，随着人类牙齿的萌出，上皮干细胞的数量显著减少，这使得利用上皮干细胞进行牙齿修复变得异常困难，同时也限制了牙齿再生机制研究模型的发展。

牙齿类器官因其与自然牙齿在结构和功能上的相似性，成为体外研究牙齿发育的重要模型。2023年，研究人员通过人类诱导多能干细胞（hiPSC）成功构建了成釉细胞类器官，这些细胞负责牙釉质的产生和分泌。通过与牙间充质的相互作用，这一模型显示出促进钙化和矿化的潜力，并具备成牙分化的能力。

相比之下，小鼠的牙上皮干细胞则在整个生命周期内维持活力，由于哺乳动物在牙齿发育相关信号上的高度相似性，它成为了主要的牙齿发育研究模型。然而，在常用的胎牛血清培养基（FBS）中，生长因子及代谢物对牙齿发育的具体影响难以准确界定。比利时科学家基于小鼠上皮干细胞开发出长时间可培养的牙齿类器官，并验证了无血清培养体系的可行性。

不同于hiPSC类器官模型仅停留在上皮来源的成釉细胞阶段，小鼠牙齿类器官包含成釉细胞与间充质来源的成牙本质细胞的相互作用，这一特性为探索牙齿矿化及重建的分子基础提供了有力支持。2024年11月，四川大学李中瀚教授及其团队在《Advanced Science》期刊上发表了题为“A chemically defined culture for tooth reconstitution”的研究论文，探讨了小鼠来源牙齿类器官的重建。

研究发现，通过精确定义的无血清化学培养基，小鼠牙齿类器官能够持续生长，并在肾被膜下形成与PN7阶段的M1臼齿相似的牙状体结构。这表明不同胚胎阶段的原代细胞在无血清化学培养基中具备重建牙状体的能力，然而这种能力在出生后逐渐消失。此外，研究团队分析了E145牙齿类器官中，发育标记的动态表达与天然M1臼齿的相似性，指出原发釉结的形成时间限制可能导致继发釉结的缺失。

在继续培养牙齿类器官至第24天后，研究人员利用单细胞RNA测序分析识别出多种阶段特异性的牙齿标记物的时序性表达。无论是来自E145的类器官，还是较早阶段的细胞，均表现出持续发育并产生成熟牙齿细胞谱系的能力。此外，通过对关键信号通路的抑制与激活实验，研究表明，积极的信号调控能够有效影响牙齿的形成情况。例如，抑制ALK5会显著减少牙齿形成，阻断Wnt信号则会抑制牙齿生成并促进表皮化反应。

综上所述，化学培养基中获得的牙齿类器官不仅能够重现正常的牙齿发育过程，同时也展现出与自然牙齿相似的关键信号通路，因此可以成为牙齿发育与重建机制的研究模型。利用该类器官模型，研究人员进一步证实了牙齿重建并不会通过重置发育时钟的方式进行。针对早期牙胚的牙齿重建能力，ActivinA、SHH信号及Wnt信号的有效刺激都是关键因素，能够显著促进牙齿的生成。

尽管研究表明牙齿类器官能够在化学无血清培养基中生成牙齿结构并成功移植，然而目前仍依赖原代细胞的特性，给长期增殖和诱导牙根发育带来了限制。未来的研究将着眼于微环境信号的作用，通过结合南宫28等先进的细胞因子，进一步优化牙齿类器官的培养，助力在体外生成完整发育的牙齿。这些探索不仅有助于深入了解牙齿的重建机制，也会推动人类牙齿的临床替代方案日益成熟。