Die Entwicklung der Zähne (Odontogenese) - von der Zahnknospe bis zu den Nerven und Gefäßen
Die Entwicklung der Zähne wird als Odontogenese bezeichnet. Dabei handelt es sich um einen komplexen Prozess.
Unter der Odontogenese (Zahnentwicklung) versteht man sämtliche Abläufe zwischen der Anlage der ersten Milchzähne bis zur Bildung der bleibenden Zähne. Dazu zählen Entstehung und Ausbildung
- der Zahnleiste
- des Zahnschmelzes
- der Zahnkrone
sowie
- der Durchbruch der Milchzähne
- die Entwicklung der Zahnwurzel und des Zahnbettes sowie
- die Resorption der Milchzähne.
Schließlich kommt es zum natürlichen Ausfall der Milchzähne und zur Entstehung der bleibenden Zähne. Wichtige Vorgänge der Odontogenese sind die Entwicklung
- der Zahnknospe
- des festen Gewebes
- des Periodontiums
sowie die Bildung von Nerven und Blutgefäßen.
Beginn der Odontogenese
Die Entwicklung der Zähne und des Gebisses setzt bereits in der späten Embryonalperiode ein. Als Vorstufe des Zahns mit Schmelzorgan gilt die Zahnanlage. Rund 40 Tage nach der Befruchtung der weiblichen Eizelle nimmt der Entwicklungsprozess seinen Anfang.
Zwischen der fünften und achten Schwangerschaftswoche kommt es zur Differenzierung der Zahnanlagen. Dabei unterscheidet man zwischen
- der Zahnleiste
- dem Knospenstadium
- dem Kappenstadium sowie
- dem Glockenstadium.
Während der Zahnanlage bildet sich auch das Zahnhartgewebe bzw. die Zahnhartsubstanz. Darunter versteht man die Zahnkrone, die aus Dentin und Zahnschmelz besteht. Nach außen abgegrenzt wird die Zahnglocke von dem äußeren Schmelzepithel, während das innere Schmelzepithel die innere Oberfläche auskleidet.
Im Folgenden gehen wir etwas näher auf die unterschiedlichen Entwicklungsschritte der Odontogenese ein.
Die Entwicklung der Zahnknospe
Bei der Zahnknospe handelt es sich um eine Ansammlung von Zellen. Aus diesen Zellen entsteht dann ein Zahn.
Ihren Ursprung haben die Zellen im Ektoderm des ersten Kiemenbogens sowie im Ektomesenchym der Neuralleiste. Zusammengesetzt wird die Zahnknospe aus der Zahnpapille, dem Zahnfollikel und dem Zahnschmelzorgan.
Zahnschmelzorgan
Das Zahnschmelzorgan setzt sich wiederum aus
- einem inneren sowie einem äußeren Schmelzepithel
- dem Schmelzretikulum sowie
- einer Zwischenschicht, die als Stratum intermedium bezeichnet wird,
zusammen. Im inneren Schmelzepithel kommt es zu einer Differenzierung der Zellen zu Ameloblasten. Die Ameloblasten stellen Zahnschmelzprismen her und sorgen auf diese Weise dafür, dass das Dentin (Zahnbein) einen Schmelzüberzug erhält.
Zahnpapille
Die in der Zahnpapille enthaltenen Zellen entwickeln sich zu dentinbildenden Odontoplasten. Durch eine Verbindung zwischen dem inneren Zahnepithel und der Zahnpapille wird die Form der Zahnkrone bestimmt. Für die Entstehung der Zahnpulpa zuständig sind mesenchymale Zellen innerhalb der Zahnpapille.
Zahnfollikel
Auch das Zahnsäckchen (Zahnfollikel) hat wichtige Aufgaben. So stellt es Gewebe wie
- Fibroblasten
- Osteoblasten und
- Zementoblasten
her. Die Fibroblasten bilden periodontale Bänder, von denen der Zahn über dem Wurzelzement mit den Alveolen (Zahnfach) verbunden wird, während die Zementoblasten den Wurzelzement und die Osteoblasten das Zahnfach an der Zahnwurzel erzeugen.
Zahnknospen-Entwicklung
Zu den ersten Schritten der Zahnentstehung gehört die Trennung der dentalen und der vestibulären Lamina. Durch die dentale Lamina wird die Zahnknospe eine Zeitlang mit der Epithelschicht innerhalb des Mundes verbunden. Die Zahnentwicklung teilt man in mehrere Stadien ein. Dies sind
- das Knospenstadium
- das Kappenstadium
- das Glockenstadium und
- das Kronenstadium.
Knospenstadium
Charakteristisch für das Knospenstadium ist das Erscheinen der Zahnknospe, wobei keine klare Anordnung der Zellen besteht. Markiert wird der Beginn des Knospenstadiums durch das Eindringen von Epithelzellen in das Ektomesenchym des Kiefers. Bei der Zahnknospe handelt es sich um eine Zellgruppe am dentalen Laminaende.
Kappenstadium
Während des Kappenstadiums kommt es zu einer Anordnung von Zellen innerhalb der Zahnknospe. Durch eine Gruppe von ektomesenchymalen Zellen wird die Herstellung von extrazellulären Substanzen beendet. Dieser Vorgang hat die Entstehung der Zahnpapille zur Folge.
Die Zahnknospe, die um die ektomesenchymalen Zellen herum wächst, bildet die Form einer Kappe und entwickelt sich zum Zahnschmelzorgan. Umgeben wird das Zahnschmelzorgan von einer Gruppe ektomesenchymaler Zellen, die man als Zahnfollikel bezeichnet.
Auf diese Weise wird die Zahnpapille begrenzt. Während die Papille das Dentin produziert, stellt das Zahnschmelzorgan den Zahnschmelz her. Der Zahnfollikel ist zuständig für die unterstützenden Zahnstrukturen.
Glockenstadium
Eine weitere Differenzierung findet im so genannten Glockenstadium statt. Das Stadium wird so bezeichnet, weil das Zahnschmelzorgan die Form einer Glocke aufweist.
Die Zellen am Außenrand des Organs werden in drei Schichten unterteilt. Dies sind
- das innere Zahnschmelzepithel
- das äußere Zahnschmelzepithel sowie
- das Stratum intermedium.
Während des Glockenstadiums kommt es zum Zerfall der dentalen Lamina, was die vollständige Trennung des Mundepithels vom entstehenden Zahn zur Folge hat. Erst wenn der Zahn im Mund zum Vorschein kommt, wird die Verbindung wiederhergestellt.
Im Laufe des Glockenstadiums bildet sich auch die Form der Zahnkrone heraus. Beeinflusst wird die Form der Krone von der Form des inneren Zahnschmelzepithels. Dieser Prozess läuft bei sämtlichen Zähnen ab.
Kronenstadium
Die nächste Stufe der Zahnknospen-Entwicklung ist das Kronenstadium, auch Reifestadium genannt. Dabei kommt es zu bedeutenden zellulären Veränderungen.
An der Stelle, an der die Zahnspitzen entstehen, findet die rasche Teilung der Epithelzellen ihr Ende. Außerdem bilden sich dort erste feste und mineralisierte Gewebe. Gleichzeitig nehmen die Zellen der inneren Epithel die Form einer Säule an.
Weiterhin kommt es im Kronenstadium zum Anwachsen der benachbarten Zellschichten der Papille, die sich in Odontoblasten differenzieren. Von diesen Odontoblasten wird das Dentin gebildet.
Dabei sondern sie eine organische Matrix in Form eines Sekretes in ihre Nachbarschaft ab, in der das nötige Material zur Bildung des Zahnbeins vorhanden ist. Dabei kommt es zur Abwanderung der Odontoblasten ins Papillenzentrum. Das Dentin entsteht also von außen nach innen, während es beim Zahnschmelz umgekehrt ist.
Die organische Matrix, die von den Zellen des inneren Epithels gegen das Dentin abgesondert wird, mineralisiert sich sofort und wird zum Zahnschmelz. Auf der Außenseite des Zahnbeins sind Ameloblasten vorhanden, die dafür sorgen, dass sich der Zahnschmelz auch außen weiterbilden kann.
Die Entwicklung des festen Gewebes
Ein wichtiger Bestandteil der Zahnentwicklung ist die Bildung von festem Gewebe. Dazu gehören der Zahnschmelz, das Dentin und der Wurzelzement.
Zahnschmelz
Die Entstehung von Zahnschmelz wird in der Zahnmedizin auch als Amelogenese bezeichnet. Sie erfolgt während des Kronenstadiums.
Die Entstehung des Zahnschmelzes findet in zwei Phasen statt: der sekretorischen Phase und der Reifephase. Im Rahmen der sekretorischen Phase wird zum Teil mineralisierter Zahnschmelz von Proteinen und einer organischen Matrix gebildet. Während der Reifephase kommt es zum Abschluss der Mineralisierung.
Während der ersten Phase ist das Enzym Alkalische Phosphatase für die Mineralisierung zuständig. Das mineralisierte Gewebe tritt in der Regel während des 3. oder 4. Schwangerschaftsmonats auf und bildet das erste Vorkommen von Zahnschmelz im Körper. Im weiteren Verlauf breitet sich der Schmelz allmählich weiter nach außen aus.
Während der Reifephase sorgen die Ameloblasten für den Transport von bestimmten Substanzen, die bei der Herstellung des Zahnschmelzes verwendet werden, auf die Außenseite. Diese Stoffe sind meist Proteine wie
- Ameloblastin
- Amelogenin
- Tuftelin und
- Enamelin.
Dentin
Die Bildung von Dentin bezeichnet man als Dentinogenese. Während mehrerer Stufen werden dabei verschiedene Dentin-Arten hergestellt. Dazu gehören
- das Korff-Dentin, auch Manteldentin genannt
- das primäre Dentin
- das sekundäre Dentin sowie
- das tertiäre Dentin.
Nachdem sich die Odontoblasten, die das Dentin bilden, von den Zahnpapille-Zellen differenziert haben, sondern sie in der Umgebung der künftigen Zahnspitze eine organische Matrix in der Nähe des inneren Epithels ab. In der Matrix enthalten sind Kollagen-Fasern.
Die Odontoblasten ziehen zum Zahnzentrum. Dort wird von ihnen ein Ableger gebildet, der die Sekretierung von Hydroxyapatit-Kristallen bewirkt, was zur Mineralisierung der Matrix führt. Bei der gebildeten Schicht handelt es sich um Manteldentin.
Auf ganz andere Weise wird das primäre Dentin gebildet. So wachsen die Odontoblasten zu einer Größe an, in der sie der organischen Matrix keine extrazellulären Ressourcen mehr zuführen können.
Stattdessen wird von den großen Odontoblasten Kollagen in geringen Mengen abgesondert, was die Bildung von strukturierten heterogenen Kernen zur Folge hat. Außerdem sondern die Odontoblasten noch andere Substanzen wie Phospholipide, Lipide und Phosphoproteine ab.
Zur Entstehung des sekundären Dentins kommt es erst, nachdem die Wurzelformation abgeschlossen ist. In der Nähe der Krone geht die Entwicklung schneller voran als in anderen Zahnregionen. Allerdings hält sie das ganze Leben lang an, was bei älteren Menschen zu einer kleineren Pulpa führt.
Zur Bildung von tertiärem Dentin, das man auch reparierendes Dentin nennt, kommt es erst durch Reize wie Karies oder Abkauung.
Wurzelzement
Die Entstehung des Wurzelzements wird als Zementogenese bezeichnet. Sie findet erst in einem späten Stadium der Zahnentwicklung statt.
Bei den verantwortlichen Zellen handelt es sich um Zementoblasten. Unterschieden wird bei Wurzelzement zwischen zellulärem und azellulärem Zement. Letzterer bildet sich zuerst.
Dabei werden von den Zementoblasten feine Kollagen-Fibrillen zur Oberfläche der Wurzel abgesondert. Danach bewegen sich die Zementoblasten vom Zahn weg, wobei sie Kollagen zur Verdickung und Verlängerung der Faserbündel ablagern. Außerdem erfolgt die Absonderung von weiteren Proteinen wie Osteocalcin und Knochen-Sialoprotein.
In dem azellulären Wurzelzement ist eine Sekret-Matrix aus Fasern und Proteinen enthalten. Mit Beginn der Mineralisation ziehen sich die Zementoblasten vom Wurzelzement zurück. Die Fasern, die an der Oberfläche zurückbleiben, werden mit den periodontalen Bändern verbunden.
Zur Entstehung des zellulären Wurzelzements kommt es erst gegen Ende der Zahnentwicklung. Dabei bildet sich der Zement um die Faserbündel der periodontalen Bänder herum.
Die Entwicklung des Periodontiums (Wurzelhaut)
Als Periodontium bezeichnet man das Bindegewebe des Zahnhalteapparates. Man nennt es auch Wurzelhaut.
Zusammengesetzt wird das Periodontium aus
- dem Zahnfleisch
- den periodontalen Bändern
- den alveolaren Knochen und
- dem Wurzelzement.
Doch nur der Wurzelzement ist auch Teil des Zahns. Umgeben werden die Zahnwurzeln vom Knochen, der sie unterstützt und sozusagen ein Fundament bildet.
Die Verbindung zwischen Wurzelzement und Knochen erfolgt durch die periodontalen Bänder. Umgeben wird die Struktur von dem Zahnfleisch.
Periodontale Bänder
Gebildet werden die periodontalen Bänder aus den Zellen der Zahnfollikel. Die Entstehung beginnt mit der Absonderung von Kollagen durch Fibroblasten aus dem Zahnfollikel.
Das Kollagen interagiert dabei mit den Fasern des Wurzelzements und der benachbarten Knochen. Auf diese Weise entwickelt sich beim Hervortreten des Zahns ein Anhang. Da die Okklusion ständig die Entstehung der periodontalen Bänder beeinflusst, bilden sich unterschiedlich ausgerichtete Faserbündel.
Alveolarer Knochen
Bei der Entstehung von Zahnwurzel und Wurzelzement kommt es in deren Umgebung zur Bildung von Knochen. Die Zellen, die für die Knochenbildung zuständig sind, werden als Osteoblasten bezeichnet.
Beim alveolaren Knochen gehen die Osteoblasten aus dem Zahnfollikel hervor. Auf der Oberfläche in Zahnnähe bilden sich Kollagen-Fasern. Dort bleiben sie bis zur ihrer Verbindung mit den periodontalen Bändern.
Zahnfleisch
Als Zahnfleisch (Gingiva) bezeichnet man den epithelialen Teil des Zahnhalteapparates. Zusammengesetzt wird es histologisch aus einem Plattenepithel mit mehreren Schichten.
Dieses verfügt nur über wenige Hornschichten. Da das Zahnfleisch nicht mit einer Unterhaut versehen ist, lässt es sich nicht verschieben. Darüber hinaus kann es nicht nachgebildet werden.
Die Verbindung zwischen Zahn und Zahnfleisch wird dentogingivale Verbindung genannt. Die unterschiedlichen Epithel entstehen aus der Epithel-Manschette, die sich zwischen Mund und Zahn befindet.
Was die Entstehung des Zahnfleisches anbelangt, bestehen noch viele Fragen. Bekannt ist jedoch, dass die primäre Epithel-Anbindung zwischen dem Zahn und dem gingivalen Epithel von den Hemidesmosomen bewirkt wird. So verankern sie die Zellen mithilfe von faserartigen Strukturen.
Dabei handelt es sich um Überreste von Ameloblasten. Nach diesem Vorgang kann sich das Verbindungs-Epithel aus dem Zahnschmelz-Epithel bilden und sich rasch teilen, wodurch diese Schicht schnell wächst.
Die Bildung der Nerven und Gefäße
Im Körper verlaufen Nerven und Gefäße meist parallel zueinander, wodurch sie auch auf ähnliche Weise entstehen. Bei der Zahnentwicklung ist dies jedoch anders. So kommt es zu unterschiedlichen Abläufen.
Nervenbildung
Bei der Bildung von Nerven in der Umgebung eines Zahns gelangen Axone an den Zahn und wachsen während des Kappenstadiums in Richtung des Zahnfollikels. Dort angekommen, prägen sich die Nerven um die Zahnknospe herum aus.
Hat die Bildung des Dentins begonnen, dringen sie in die Papille ein. Allerdings kommt es nicht zum Einwachsen in das Zahnschmelzorgan.
Gefäßbildung
Zum Wachstum der Blutgefäße kommt es innerhalb der Zahnfollikel. Während des Kappenstadiums dringen sie in die Papille vor. Am Papillenausgang entstehen dann mehrere Blutgefäßgruppen.
Zu Beginn des Kronenstadiums erreichen die Gefäße ihre maximale Anzahl. Außerdem wird aus der Papille die Zahnpulpa.
Das Pulpa-Gewebe innerhalb des Zahns reduziert sich im Laufe des Lebens. Daher nimmt die Blutversorgung des Zahns im Alter ab.
Keinerlei Blutgefäße hat das Zahnschmelz-Organ, was auf seinen Epithel-Ursprung zurückzuführen ist. Außerdem benötigen die mineralisierten Gewebe von Dentin und Zahnschmelz keine Nährstoffversorgung über die Gefäße.