Silné zuby: Výzkumní pracovníci prozkoumali vnitřní strukturu dentinu

Technici využívají vnitřní napětí k posílení materiálů pro konkrétní technické účely. Nyní se zdá, že evoluce zná tento trik již dlouho a využívá jej u našich zubů. Na rozdíl od kostí, které se skládají částečně z živých buněk, nejsou lidské zuby schopny opravit poškození. Jejich velkou část tvoří dentin, materiál podobný kosti skládající se z minerálních nano-částic. Tyto minerální nano-částice jsou uložené v kolagenních proteinových vláknech, s nimiž jsou těsně propojeny. Tato vlákna se nachází v každém zubu a jsou uložena ve vrstvách, čímž činí zuby tvrdé a odolné vůči poškození. Dosud se však nevědělo, jak by bylo možné zabránit šíření prasklin v zubech.

Nyní výzkumní pracovníci z Julius Wolff Institute na Charité – Universitätsmedizin Berlin, společně s několika národními a mezinárodními partnery prozkoumali tyto bio-struktury blíže. Provedli stresové experimenty in situ s mikro-paprskem za použití synchrotronního zdroje záření BESSY II ve středisku Helmholtz-Zentrum Berlin a analyzovali lokální orientaci minerálních nano-částic pomocí nano-zobrazovacího zařízení z Evropského zařízení pro synchrotronové záření v Grenoblu.

Výzkumný tým zjistil, že když se drobná kolagenní vlákna smrští, připojení minerální částice se více stlačí. „Naše skupina měla možnost používat změny vlhkosti, aby demonstrovala, jak se projevuje napětí v minerálech v kolagenních vláknech,“ vysvětlil Dr. Paul Zaslansky z Julius Wolff Institute. „Stlačený stav pomáhá zabránit vzniku prasklin a zjistili jsme, že stlačení probíhá takovým způsobem, že trhliny nemohou snadno dosáhnout vnitřních částí zubu, čímž by poškodily citlivou dřeň.“ Tímto způsobem pomáhá tlakové napětí bránit trhlinám v pronikání zubem.

Vědci také zkoumali, co se děje, je-li teplem narušena těsná vazba mezi minerály a proteinem. V takovém případě se dentin stává mnohem slabším. „Domníváme se proto, že rovnováha napětí mezi částicemi a proteinem je důležitá pro dlouhodobé zachování zubů v ústech,“ uvedl vědec z Charité, Jean-Baptiste Forien.

Jejich výsledky mohou vysvětlovat, proč umělé zubní náhrady obvykle nefungují stejně jako zdravé zuby: jednoduše řečeno jsou příliš pasivní, protože jim chybí mechanismy objevené ve strukturách přirozených zubů. V důsledku toho nemohou výplně odolávat napětí v ústech stejně jako zuby. „Naše výsledky by mohly inspirovat vývoj tvrdších keramických struktur pro rekonstrukce zubů nebo zubní náhrady,“ doufá Zaslansky.

Studie s názvem „Compressive residual strains in mineral nanoparticles as a possible origin of enhanced crack resistance in human tooth dentin“ byla zveřejněna v časopisu Nano Letters 26. května.