Jak trvá zubní sklovina celý život?
Zubní sklovina je nejtvrdší látkou v lidském těle, ale až dosud nikdo nevěděl, jak dokázala vydržet celý život. Autoři nedávné studie dospěli k závěru, že tajemství skloviny spočívá v nedokonalém vyrovnání krystalů.
Pokud si podřízneme kůži nebo zlomíme kost, tyto tkáně se samy opraví; naše těla jsou vynikající při zotavení ze zranění.
Zubní sklovina se však nemůže regenerovat a ústní dutina je nepřátelské prostředí.
Každé jídlo je smalt vystaven neuvěřitelnému stresu; také ovlivňuje extrémní změny pH i teploty.
Navzdory této nepřízni osudu zůstává zubní sklovina, kterou si jako dítě vyvíjíme, po celé naše dny.
Vědci se již dlouho zajímali o to, jak smalt dokáže zůstat funkční a neporušený po celý život.
Jak říká jeden z autorů nejnovější studie, profesorka Pupa Gilbert z University of Wisconsin – Madison říká: „Jak to zabrání katastrofickému selhání?“
Tajemství smaltu
S pomocí výzkumníků z Massachusetts Institute of Technology (MIT) v Cambridge a University of Pittsburgh, PA, prof. Gilbert podrobně prozkoumal strukturu skloviny.
Tým vědců nyní zveřejnil výsledky své studie v časopise Nature Communications.
Smalt je tvořen takzvanými smaltovanými tyčemi, které se skládají z krystalů hydroxyapatitu. Tyto dlouhé tenké smaltované tyčinky jsou široké přibližně 50 nanometrů a dlouhé 10 mikrometrů.
Pomocí špičkové zobrazovací technologie mohli vědci vizualizovat, jak jsou jednotlivé krystaly ve zubní sklovině zarovnány. Technika, kterou navrhl prof. Gilbert, se nazývá mapování kontrastu závislého na polarizaci (PIC).
Před příchodem PIC mapování nebylo možné studovat smalt s touto úrovní detailů. „[Y] ou umí měřit a vizualizovat barevně orientaci jednotlivých nanokrystalů a vidět je miliony najednou,“ vysvětluje profesor Gilbert.
"Architektura komplexních biominerálů, jako je sklovina, je okamžitě viditelná pouhým okem na mapě PIC."
Při pohledu na strukturu skloviny vědci odhalili vzory. "Celkově jsme viděli, že v každé tyči není jediná orientace, ale postupná změna orientace krystalů mezi sousedními nanokrystaly," vysvětluje Gilbert. "A pak otázka zněla:, Je to užitečné pozorování? '"
Význam orientace krystalů
K otestování, zda změna zarovnání krystalů ovlivňuje způsob, jakým smalt reaguje na stres, přijal tým pomoc od prof. Markuse Buehlera z MIT. Pomocí počítačového modelu simulovali síly, které krystaly hydroxyapatitu zažívají, když člověk žvýká.
V modelu umístili dva bloky krystalů vedle sebe, takže se bloky dotýkaly podél jednoho okraje. Krystaly v každém ze dvou bloků byly zarovnány, ale tam, kde přišly do kontaktu s druhým blokem, se krystaly setkaly pod určitým úhlem.
Během několika pokusů vědci změnili úhel, pod kterým se oba bloky krystalů setkaly. Pokud by vědci dokonale sladili dva bloky na rozhraní, kde se setkali, objevila by se trhlina, když vyvinuli tlak.
Když se bloky setkaly při 45 stupních, byl to podobný příběh; na rozhraní se objevila prasklina. Když však byly krystaly jen mírně vychýlené, rozhraní odklonilo trhlinu a zabránilo jejímu šíření.
Toto zjištění podnítilo další vyšetřování. Poté chtěl profesor Gilbert identifikovat dokonalý úhel rozhraní pro maximální odolnost. Tým nemohl k prozkoumání této otázky použít počítačové modely, takže profesor Gilbert vložil svou důvěru do evoluce. "Pokud existuje ideální úhel misorientace, vsadím se, že je to ten v našich ústech," rozhodla.
Spoluautorka Cayla Stiflerová se při zkoumání vrátila k původní mapovací informaci PIC a změřila úhly mezi sousedními krystaly. Po vygenerování milionů datových bodů Stifler zjistil, že 1 stupeň je nejběžnější velikost nesprávné orientace a maximální je 30 stupňů.
Toto pozorování souhlasilo se simulací - zdá se, že menší úhly lépe odvádějí trhliny.
"Nyní víme, že praskliny jsou vychýleny v nanoměřítku, a proto se nemohou šířit příliš daleko." To je důvod, proč naše zuby mohou vydržet celý život bez nutnosti výměny. “
Prof. Pupa Gilbert
