Kaip dantų emalis išlieka visą gyvenimą?
Dantų emalis yra sunkiausia medžiaga žmogaus kūne, tačiau iki šiol niekas nežinojo, kaip jai pavyko išsilaikyti visą gyvenimą. Neseniai atlikto tyrimo autoriai daro išvadą, kad emalio paslaptis slypi netobulame kristalų lygiavime.
Jei perpjausime odą ar sulaužysime kaulą, šie audiniai patys susitvarkys; mūsų kūnai puikiai atsigauna po traumos.
Tačiau dantų emalis negali atsinaujinti, o burnos ertmė yra priešiška aplinka.
Kiekvieną valgymą emalis patiria neįtikėtiną stresą; jis taip pat sukelia didelius pH ir temperatūros pokyčius.
Nepaisant šių sunkumų, dantų emalis, kurį mes sukūrėme vaikystėje, išlieka su mumis per visas dienas.
Mokslininkai jau seniai domisi, kaip emalis sugeba išlikti funkcionalus ir nepakitęs visą gyvenimą.
Kaip teigia vienas naujausio tyrimo autorių, prof. Pupa Gilbert iš Viskonsino – Madisono universiteto, „Kaip tai užkirsti kelią katastrofiškoms nesėkmėms?“
Emalio paslaptys
Profesorius Gilbertas, padedamas Masačusetso technologijos instituto (MIT) Kembridže ir Pitsburgo universiteto (PA) mokslininkų, išsamiai išnagrinėjo emalio struktūrą.
Mokslininkų komanda paskelbė savo tyrimo rezultatus žurnale „Nature Communications“.
Emalį sudaro vadinamieji emalio strypai, kurie susideda iš hidroksiapatito kristalų. Šie ilgi, ploni emalio strypai yra apie 50 nanometrų pločio ir 10 mikrometrų ilgio.
Naudodami pažangiausias vaizdo technologijas, mokslininkai galėtų vizualizuoti, kaip susilygina atskiri dantų emalio kristalai. Profesoriaus Gilberto sukurta technika vadinama nuo poliarizacijos priklausančio vaizdo kontrasto (PIC) atvaizdavimu.
Iki PIC kartografavimo atsiradimo nebuvo įmanoma tirti emalio su tokiu detalumo lygiu. „[Jūs] galite spalvomis išmatuoti ir vizualizuoti atskirų nanokristalų orientaciją ir pamatyti daugybę jų vienu metu“, - aiškina prof. Gilbert.
„Sudėtingų biomineralų, tokių kaip emalis, architektūra PIC žemėlapyje iškart tampa matoma plika akimi.“
Apžiūrėję emalio struktūrą, tyrėjai atskleidė modelius. "Apskritai matėme, kad kiekvienoje lazdelėje nebuvo vienos orientacijos, bet laipsniškas kristalų orientacijų kitimas tarp gretimų nanokristalų", - paaiškina Gilbertas. „Ir tada kilo klausimas:„ Ar tai naudingas pastebėjimas? “
Krištolo orientacijos svarba
Norėdami patikrinti, ar kristalų išlyginimo pokytis daro įtaką tam, kaip emalis reaguoja į stresą, komanda įdarbino MIT profesoriaus Markuso Buehlerio pagalbą. Naudodamiesi kompiuteriniu modeliu, jie imitavo jėgas, kurias patirs hidroksiapatito kristalai, kai žmogus kramto.
Modelyje jie pastatė du kristalų blokus vienas šalia kito, kad blokai liestųsi išilgai vieno krašto. Kiekviename iš dviejų blokų esantys kristalai buvo išlyginti, tačiau ten, kur jie liečiasi su kitu bloku, kristalai susitiko kampu.
Per kelis bandymus mokslininkai pakeitė dviejų kristalų blokų susidūrimo kampą. Jei tyrėjai puikiai išlygins sąsajos, kurioje jie susitiko, du blokus, juos spaudžiant atsiras plyšys.
Kai blokai susitiko 45 laipsnių kampu, tai buvo panaši istorija; sąsajoje atsirado plyšys. Tačiau kai kristalai buvo tik šiek tiek neteisingai išlyginti, sąsaja nukreipė įtrūkimą ir neleido jam plisti.
Ši išvada paskatino tolesnį tyrimą. Toliau prof. Gilbertas norėjo nustatyti geriausią sąsajos kampą, kad būtų užtikrintas maksimalus atsparumas. Komanda negalėjo naudoti kompiuterinių modelių šiam klausimui ištirti, todėl prof. Gilbert patikėjo evoliucija. "Jei yra idealus neteisingo orientavimo kampas, lažinuosi, kad jis yra mūsų burnoje", - nusprendė ji.
Norėdami ištirti, bendraautorė Cayla Stifler grįžo prie pradinės PIC žemėlapių informacijos ir išmatavo kampus tarp gretimų kristalų. Sugeneravęs milijonus duomenų taškų, Stifleris nustatė, kad 1 laipsnis yra labiausiai paplitęs neteisingos orientacijos dydis, o didžiausias - 30 laipsnių.
Šis pastebėjimas sutiko su modeliavimu - atrodo, kad mažesni kampai gali geriau nukreipti įtrūkimus.
„Dabar mes žinome, kad įtrūkimai nukreipiami į nanometrinę skalę ir todėl negali labai išplisti. Dėl šios priežasties mūsų dantys gali išlikti visą gyvenimą, jų nepakeičiant “.
Prof. Pupa Gilbert
