Как емайлът на зъбите остава за цял живот?
Зъбният емайл е най-твърдото вещество в човешкото тяло, но досега никой не е знаел как е успял да продължи цял живот. Авторите на скорошно проучване заключават, че тайната на емайла се крие в несъвършеното подреждане на кристалите.
Ако отрежем кожата си или счупим кост, тези тъкани ще се възстановят сами; телата ни са отлични за възстановяване след нараняване.
Зъбният емайл обаче не може да се регенерира и устната кухина е враждебна среда.
Всяко време за хранене емайлът е подложен на невероятен стрес; също така преодолява екстремни промени както в рН, така и в температурата.
Въпреки това премеждие, зъбният емайл, който разработваме като дете, остава с нас през нашите дни.
Изследователите отдавна се интересуват от това как емайлът успява да остане функционален и непокътнат за цял живот.
Като един от авторите на последното проучване, проф. Пупа Гилбърт от Университета на Уисконсин-Мадисън казва: „Как предотвратява катастрофалния провал?“
Тайните на емайла
С помощта на изследователи от Масачузетския технологичен институт (MIT) в Кеймбридж и Университета в Питсбърг, Пенсилвания, проф. Гилбърт разгледа подробно структурата на емайла.
Сега екипът от учени публикува резултатите от своето проучване в списанието Nature Communications.
Емайлът се състои от така наречените емайлирани пръчки, които се състоят от кристали на хидроксиапатит. Тези дълги, тънки емайлирани пръчки са с ширина около 50 нанометра и дължина 10 микрометра.
Използвайки авангардна технология за изобразяване, учените могат да визуализират как са подравнени отделните кристали в зъбния емайл. Техниката, която проф. Гилбърт е проектирал, се нарича картографиране на контраста на изображението, зависим от поляризацията (PIC).
Преди появата на PIC картографирането беше невъзможно да се изучава емайл с това ниво на детайлност. „[Y] можете да измервате и визуализирате в цвят ориентацията на отделни нанокристали и да виждате много милиони от тях наведнъж“, обяснява проф. Гилбърт.
„Архитектурата на сложни биоминерали, като емайла, става незабавно видима с невъоръжено око в PIC карта.“
Когато разглеждали структурата на емайла, изследователите открили модели. „Като цяло видяхме, че във всяка пръчка нямаше една-единствена ориентация, а постепенна промяна в ориентацията на кристалите между съседни нанокристали“, обяснява Гилбърт. „И тогава въпросът беше:„ Това полезно наблюдение ли е? “
Значението на кристалната ориентация
За да провери дали промяната в подравняването на кристалите влияе върху начина, по който емайлът реагира на стрес, екипът набра помощ от проф. Маркус Бюлер от MIT. Използвайки компютърен модел, те симулират силите, които кристалите на хидроксиапатит биха изпитали, когато човек дъвче.
В рамките на модела те поставиха два блока кристали един до друг, така че блоковете да се допират по единия ръб. Кристалите във всеки от двата блока бяха подравнени, но там, където влязоха в контакт с другия блок, кристалите се срещнаха под ъгъл.
По време на няколко изпитания учените променят ъгъла, под който се срещат двата блока кристали. Ако изследователите перфектно подравниха двата блока на интерфейса, където се срещнаха, ще се появи пукнатина, когато приложат натиск.
Когато блоковете се срещнаха при 45 градуса, беше подобна история; на интерфейса се появи пукнатина. Въпреки това, когато кристалите бяха само леко неправилно подравнени, интерфейсът отклони пукнатината и не й позволи да се разпространи.
Тази констатация стимулира по-нататъшно разследване. След това проф. Гилбърт искаше да идентифицира перфектния ъгъл на интерфейс за максимална устойчивост. Екипът не може да използва компютърни модели, за да разследва този въпрос, така че проф. Гилбърт се довери на еволюцията. „Ако има идеален ъгъл на грешна ориентация, обзалагам се, че това е в устата ни“, реши тя.
За да разследва, съавторът Cayla Stifler се върна към оригиналната информация за картографиране на PIC и измери ъглите между съседните кристали. След генериране на милиони точки от данни, Stifler установява, че 1 градус е най-често срещаният размер на грешната ориентация, а максималният е 30 градуса.
Това наблюдение се съгласи със симулацията - по-малките ъгли изглеждат по-способни да отклоняват пукнатините.
„Сега знаем, че пукнатините се отклоняват в наномащаба и по този начин не могат да се разпространяват много далеч. Това е причината зъбите ни да издържат цял живот, без да бъдат заменени. "
Проф. Пупа Гилбърт
