2020. 08. 04. - 11:30
Kiderült, miért olyan sebezhetőek a fogak
A zománcképződés kapcsán végzett vizsgálat új beavatkozásokhoz vezethet a fogbetegségek és deformitások megelőzésében.
Feltárták az Északnyugati Egyetem kutatói a fogszuvasodás egyik titkát. A fogzománccal kapcsolatos új tanulmány során az anyagtudósok elsőként azonosítottak néhány szennyező atomot, melyek hozzájárulhatnak a zománc szilárdságához - ám az anyagot oldhatóbbá is teszik. Ők az elsők, akik atomszintű felbontással határozzák meg a szennyeződések térbeli eloszlását.
A fogszuvasodás a fogak baktériumok általi lebontása. Ez egyike a leggyakoribb krónikus betegségeknek, s egyben komoly közegészségügyi probléma is. Különösen, hogy az emberek átlagos élettartama növekszik.
Az egyetem kutatóinak felfedezése alapján a zománc építőelemei – a nanométerekig részletezve - jobb megértést eredményezhetnek az emberi fogak pusztulásáról, valamint a zománc kialakulását befolyásoló genetikai körülményekről, amelyek veszélybe került vagy teljesen hiányzó zománchoz vezethetnek.
A fogzománc érdekes tulajdonságaira jöttek rá a kutatók
A zománc az emberi fog külső, védő rétege, mely a teljes koronát fedi. Keménységének oka a magas ásványianyag-tartalom.
A zománc elég kemény és kopásálló ahhoz, hogy évtizedek óta ellenálljon a rágás erejének - mondta Derk Joester, a kutatás vezetője. „A zománc regenerálódásának lehetősége meglehetősen korlátozott. Alapkutatásunk segít megérteni, hogyan alakulhat ki a zománc, melynek elő kell segítenie az új beavatkozások és anyagok kidolgozását a szuvasodás megelőzésére és kezelésére. A tudás segíthet megelőzni vagy enyhíteni a veleszületett zománchiányos betegek problémáit is” – mondta Joester.
A tanulmányt a Nature szaklapban közölték.
Derk Joester a McCormick Műszaki Iskola anyagtudományi és mérnöki egyetemi docense, míg a tanulmány társ-szerzője Karen A. DeRocher és Paul J.M. Smeets, PhD hallgatók.
Felhívták a figyelmet arra: elsősorban az akadályozza a zománc kutatását, hogy komplex a felépítése, mely több hosszúságú skálán található. A zománc, amely elérheti a több milliméter vastagságot is, háromdimenziós rudakból áll.
Mindegyik nagyjából 5 mikron széles rúd ezer egyedi hidroxi-lapatit-kristályból tevődik össze, amelyek nagyon hosszúak és vékonyak. A krisztallit szélessége tíz nanométer nagyságrendű. Ezek a nanoméretű kristályok a zománc alapvető építőkövei.
Az emberi zománc egyedi, kristályos közepe pedig oldhatóbbnak tűnik – ezért volt kíváncsi Joester és csapata ennek okára.
A kutatók arra törekedtek, hogy megvizsgálják, változik-e az egyes kristályok között a kisebb zománc alkotóelemek összetétele.
A csoport felfedezte, hogy az emberi zománckristályok maghéj-szerkezetűek. Valamennyi folyamatos kristályszerkezettel rendelkezik, periodikusan elrendezett kalcium-, foszfát- és hidroxilionokkal (ez a héj). A krisztallit középpontjában azonban ezeknek az ionoknak a nagyobb számát magnézium, nátrium, karbonát és fluorid (a mag) helyettesíti. A magban két, magnéziumban gazdag réteg alakul ki nátrium-, fluorid- és karbonát-ionok keverékéből.
„Meglepő módon a magnézium-ionok két réteget alkotnak a mag mindkét oldalán - akár a világ legvékonyabb szendvicse, mindössze 6 nanométer átmérőjű” - mondta DeRocher.
A szendvicsszerkezet felismeréséhez és megjelenítéséhez pásztázó transzmissziós elektronmikroszkópos vizsgálat kriogén hőmérsékleten (krio-STEM), valamint atompróba tomográfia (APT) szükségeltetett. A Cryo-STEM elemzés feltárta az atomok szabályos elrendezését a kristályokban. Az APT lehetővé tette a kutatók számára, hogy szub nanométer felbontással meghatározhassák a szennyező atomok kis számának kémiai természetét és helyzetét.
A kutatók szilárd bizonyítékokat találtak arra vonatkozóan, hogy a mag-héj architektúra és az ebből eredő maradék feszültségek befolyásolják az emberi zománc kristályok oldódását, ugyanakkor valószínűsíthető lehetőséget kínálnak a zománc külső kikeményedésére.
„A kémiai gradiensek megjelenítésének képessége tovább fokozzaa zománc kialakulásának megértését, s új módszerekhez vezethet a zománc egészségének javítására” – emelte ki Smeets.
Ez a tanulmány egy korábbi, 2015-ben közzétett munkára épül, amelyben a kutatók felfedezték, hogy a kristályokat egy rendkívül vékony amorf film ragasztja össze, melynek összetétele különbözik a kristályoktól.
László Adrienn
