Ako trvá zubná sklovina celý život?
Zubná sklovina je najtvrdšou látkou v ľudskom tele, ale až doteraz nikto netušil, ako to vydržalo po celý život. Autori nedávnej štúdie dospeli k záveru, že tajomstvo skloviny spočíva v nedokonalom usporiadaní kryštálov.
Ak si prerezáme kožu alebo si zlomíme kosť, tieto tkanivá sa samy opravia; naše telá sú vynikajúce pri zotavovaní sa zo zranení.
Zubná sklovina sa však nemôže regenerovať a ústna dutina je nepriateľským prostredím.
Na každé smaltovanie je neskutočne namáhané; tiež zmierňuje extrémne zmeny pH aj teploty.
Napriek tejto nepriazni osudu zostáva zubná sklovina, ktorú si ako dieťa vyvíjame, po celý deň.
Vedcov už dlho zaujíma, ako dokáže sklovina zostať funkčná a neporušená po celý život.
Ako hovorí jeden z autorov najnovšej štúdie, profesor Pupa Gilbert z University of Wisconsin – Madison hovorí: „Ako to zabráni katastrofickému zlyhaniu?“
Tajomstvá smaltu
S pomocou výskumníkov z Massachusetts Institute of Technology (MIT) v Cambridge a University of Pittsburgh, PA, profesor Gilbert podrobne preskúmal štruktúru skloviny.
Tím vedcov teraz zverejnil výsledky svojej štúdie v časopise Nature Communications.
Smalt je vyrobený z takzvaných smaltovaných tyčí, ktoré pozostávajú z kryštálov hydroxyapatitu. Tieto dlhé, tenké smaltované tyčinky sú široké približne 50 nanometrov a dlhé 10 mikrometrov.
Pomocou najmodernejšej zobrazovacej technológie mohli vedci zobraziť, ako sú jednotlivé kryštály v zubnej sklovine zarovnané. Technika, ktorú navrhol profesor Gilbert, sa nazýva mapovanie kontrastného zobrazenia závislého od polarizácie (PIC).
Pred príchodom mapovania PIC nebolo možné študovať smalt s touto úrovňou detailov. „[Y] ou môžete farebne merať a vizualizovať orientáciu jednotlivých nanokryštálov a vidieť ich naraz milióny,“ vysvetľuje profesor Gilbert.
"Architektúra zložitých biominerálov, ako je smalt, je na mape PIC okamžite viditeľná voľným okom."
Pri pohľade na štruktúru skloviny vedci odhalili vzory. "Všeobecne sme videli, že v každej tyči nebola jediná orientácia, ale postupná zmena orientácie kryštálov medzi susednými nanokryštálmi," vysvetľuje Gilbert. "A potom otázka znela: 'Je to užitočné pozorovanie?'"
Dôležitosť orientácie kryštálov
Tím, ktorý otestoval, či zmena usporiadania kryštálov ovplyvňuje spôsob, akým smalt reaguje na stres, získal tím pomoci od profesora Markusa Buehlera z MIT. Pomocou počítačového modelu simulovali sily, ktoré by zažili kryštály hydroxyapatitu, keď človek prežúva.
V rámci modelu umiestnili dva bloky kryštálov vedľa seba tak, aby sa bloky dotýkali pozdĺž jedného okraja. Kryštály v každom z dvoch blokov boli zarovnané, ale tam, kde prišli do kontaktu s druhým blokom, sa kryštály stretli pod určitým uhlom.
Počas niekoľkých pokusov vedci zmenili uhol, v ktorom sa oba bloky kryštálov stretli. Ak by vedci dokonale zosúladili dva bloky na rozhraní, kde sa stretli, pri tlaku by sa objavila trhlina.
Keď sa bloky stretli pri 45 stupňoch, bol to podobný príbeh; na rozhraní sa objavila trhlina. Keď však boli kryštály len mierne vychýlené, rozhranie odklonilo trhlinu a zabránilo jej rozšíreniu.
Toto zistenie podnietilo ďalšie vyšetrovanie. Ďalej chcel profesor Gilbert identifikovať dokonalý uhol rozhrania pre maximálnu odolnosť. Tím nemohol na preskúmanie tejto otázky použiť počítačové modely, takže profesor Gilbert vložil svoju dôveru do evolúcie. "Ak existuje ideálny uhol dezorientácie, stavím sa, že je to ten v našich ústach," rozhodla sa.
Spoluautorka Cayla Stiflerová sa pri výskume vrátila k pôvodným mapovacím informáciám PIC a zmerala uhly medzi susednými kryštálmi. Po vygenerovaní miliónov dátových bodov Stifler zistil, že najbežnejšou veľkosťou nesprávnej orientácie je 1 stupeň a maximálny je 30 stupňov.
Toto pozorovanie súhlasilo so simuláciou - zdá sa, že menšie uhly lepšie odvádzajú trhliny.
"Teraz vieme, že trhliny sú vychýlené v nanomery a nemôžu sa tak šíriť veľmi ďaleko." Z tohto dôvodu môžu naše zuby vydržať celý život bez výmeny. “
Pupa Gilbert
