Przyglądając się poszczególnym atomom szkliwa zębów, badacze dowiadują się, co dzieje się z naszymi zębami wraz z wiekiem

Zęby są niezbędne, aby pomóc ludziom rozkładać spożywaną żywność i są chronione szkliwem, które pomaga im wytrzymać duży stres, jakiego doświadczają podczas przeżuwania. W przeciwieństwie do innych materiałów w organizmie, szkliwo nie ma możliwości naprawienia uszkodzeń, co oznacza, że ​​wraz z wiekiem może z czasem stać się słabsze.

Naukowcy są zainteresowani zrozumieniem, w jaki sposób szkliwo zmienia się wraz z wiekiem, aby móc zacząć opracowywać metody, które pozwolą zachować szczęśliwsze i zdrowsze zęby na dłużej.

Zespół badawczy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego i Pacific Northwest National Laboratory zbadał skład atomowy próbek szkliwa dwóch ludzkich zębów – jednego od 22-latka i jednego od 56-latka. Próbka od starszej osoby zawierała wyższy poziom jonu fluorku, który często występuje w wodzie pitnej i paście do zębów, gdzie jest dodawany w celu ochrony szkliwa (chociaż jego dodatek do wody pitnej był ostatnio tematem w wiadomościach). .

Zespół ma opublikowany te ustalenia w Materiały komunikacyjne. Choć jest to badanie potwierdzające słuszność koncepcji, wyniki te mają wpływ na sposób wchłaniania i integrowania fluoru ze szkliwem w miarę starzenia się człowieka – twierdzą naukowcy.

„Wiemy, że zęby stają się coraz bardziej łamliwe wraz z wiekiem, szczególnie w pobliżu powierzchni zewnętrznej, czyli tam, gdzie zaczynają się pęknięcia” – powiedział główny autor Jack Grimm, doktorant UW w dziedzinie inżynierii i inżynierii materiałowej oraz stażysta doktorancki w PNNL. „Jest za tym wiele czynników – jednym z nich jest skład zawartości minerałów. Interesuje nas dokładne zrozumienie, jak zmienia się zawartość minerałów. A jeśli chcesz to zobaczyć, musisz spojrzeć na skalę atomów.”

Szkliwo składa się głównie z minerałów ułożonych w powtarzalne struktury, które są dziesięć tysięcy razy mniejsze niż szerokość ludzkiego włosa.

„W przeszłości wszystko, co robiliśmy w moim laboratorium, odbywało się na znacznie większą skalę – może jedną dziesiątą wielkości ludzkiego włosa” – powiedział współautor Dwayne Arola, profesor nauk o materiałach i inżynierii na Uniwersytecie Warszawskim. „W tej skali nie da się zobaczyć rozmieszczenia względnych części mineralnych i organicznych w strukturze krystalicznej szkliwa”.

Aby zbadać skład atomowy tych struktur, Grimm współpracował z Arunem Devarajem, naukowcem zajmującym się materiałami w PNNL, aby zastosować technikę zwaną „tomografią z sondą atomową”, która umożliwia badaczom uzyskanie trójwymiarowej mapy każdego atomu w przestrzeni w próbce.

Zespół pobrał po trzy próbki z każdego z dwóch zębów objętych badaniem, a następnie porównał różnice w składzie pierwiastków w trzech różnych obszarach maleńkich, powtarzalnych struktur: rdzeń struktury, „skorupa” pokrywająca rdzeń oraz przestrzeń pomiędzy muszle.

W próbkach ze starszego zęba poziom fluoru był wyższy w większości regionów. Jednak były one szczególnie wysokie w obszarach muszli.

„Jesteśmy narażeni na fluor poprzez naszą pastę do zębów i wodę pitną, ale nikt nie był w stanie wyśledzić tego w rzeczywistym zębie na taką skalę. Czy fluor faktycznie wchłania się z biegiem czasu? Teraz zaczynamy być w stanie to pomalować obraz” – powiedział współautor Cameron Renteria, badacz ze stopniem doktora zarówno w naukach o zdrowiu jamy ustnej, jak i na wydziałach inżynierii materiałowej i inżynierii UW. „Oczywiście idealną próbką byłby ząb od osoby, która udokumentowała, ile razy piła wodę fluorkowaną w porównaniu do wody niefluorkowanej, a także ilość spożywanego kwaśnego jedzenia i napojów, ale nie jest to do końca wykonalne. Jest to więc punkt wyjścia. punkt.”

Zdaniem zespołu kluczem do tych badań jest interdyscyplinarny charakter pracy.

„Z wykształcenia jestem metalurgiem i zacząłem studiować biomateriały dopiero w 2015 roku, kiedy poznałem Dwayne’a. Zaczęliśmy rozmawiać o potencjalnej synergii między naszymi obszarami specjalizacji – o tym, jak możemy spojrzeć na te małe skale, aby zacząć rozumieć, jak biomateriały się zachowywać” – powiedział Devaraj. „A potem w 2019 roku Jack dołączył do grupy jako doktorant i pomógł nam dogłębnie przyjrzeć się temu problemowi. Interdyscyplinarna nauka może ułatwić innowacje i mamy nadzieję, że nadal będziemy zajmować się naprawdę interesującymi pytaniami dotyczącymi tego, co dzieje się z zębami wraz z wiekiem”.

Naukowcy są zainteresowani badaniem tego, jak skład białek szkliwa zmienia się w czasie.

„Zaczęliśmy próbować określić rozkład zawartości substancji organicznych w szkliwie i czy niewielka ilość białka obecnego w szkliwie faktycznie zanika wraz z wiekiem. Kiedy jednak spojrzeliśmy na te wyniki, jedną z najbardziej oczywistych rzeczy było to, że właściwie to rozmieszczenie fluoru wokół struktury krystalicznej” – powiedział Arola.

„Nie sądzę, abyśmy mieli jeszcze ogłoszenie publiczne na temat ogólnego wpływu starzenia się na zęby. Jury nadal się w tej kwestii nie wypowiada. Przesłanie ze strony stomatologii jest dość mocne: powinieneś próbować stosować produkty zawierające fluor lub zawierające fluor, aby móc zadbać o swoje zęby. zwalczać ryzyko próchnicy.”