ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали

Болтливые белки, очаровательные нутрии и хлопающие хвостами бобры, а также некоторые другие грызуны имеют оранжево-коричневые передние зубы.

Исследователи опубликовали в журнале ACS Nano изображения резцов грызунов с высоким разрешением, позволяющие на атомном уровне рассмотреть эмаль и ее покрытие. Они обнаружили крошечные карманы богатых железом материалов в эмали, которые формируют защитный экран для зубов, но, что важно, не способствуют появлению оранжево-коричневого оттенка — новое открытие, которое может улучшить состояние зубов у людей.

Зубы человека и животных покрыты сложным кристаллическим веществом, называемым эмалью. И хотя эмаль — самая твердая ткань в нашем организме, у грызунов она еще тверже. Их постоянно растущие резцы имеют дополнительный внешний слой кислотоустойчивой эмали, богатой железом. Ранее исследователи предполагали, что этот богатый железом материал также ответственен за поразительный оранжево-коричневый цвет резцов многих грызунов. Однако микроскопическая структура богатой железом эмали не была описана в достаточном объеме. Чтобы узнать больше о составе зубной эмали грызунов, Весна Срот и ее коллеги сделали снимки высокого разрешения резцов нескольких видов.

Исследователи собрали резцы грызунов, живущих в разных условиях: бобров, нутрий, белок, сурков, крыс, полевок и мышей. Для изучения структуры, элементного состава и цветопередачи эмали были взяты тонкие срезы с разных участков зубов и подготовлены для визуализации с помощью оптической микроскопии, 3D-томографии с фокусированным ионным пучком и сканирующей просвечивающей электронной микроскопии.

Ученые получили изображения с микро- и наноразмерным разрешением:

• Сначала клетки, синтезирующие компоненты эмали, производят частицы белков-накопителей железа шириной 6-8 нанометров, называемых ферритинами, которые являются источником ионов железа в зрелой эмали.
• По мере созревания и затвердевания эмали перед прорезыванием зубов из десен железосодержащий ферригидритоподобный материал перемещается во внешний слой эмали, занимая пустые пространства между кальцийсодержащими кристаллами гидроксиапатита.
• Микроструктура богатой железом эмали содержит вытянутые карманы нанометрового размера, заполненные небольшим количеством ферригидритоподобного материала, который способствует кислотоустойчивости, хотя заполненные карманы составляют менее 2% от объема богатой железом эмали.
• Хотя эти результаты свидетельствуют о том, что у разных видов грызунов внешний слой эмали, богатый железом, формируется одинаково, глубина этого слоя у разных видов различна: у мышей он самый тонкий, а у нутрий — самый толстый.
• Наконец, интенсивный оранжево-коричневый цвет резцов грызунов обусловлен не заполненными карманами в эмали, как считалось ранее, а тонким поверхностным слоем, состоящим из ароматических аминокислот и неорганических минералов.

Исследователи предполагают, что добавление небольшого количества ферригидритоподобных или других бесцветных биосовместимых минералов железа в средства по уходу за зубами может обеспечить исключительную защиту зубной эмали человека. Кроме того, включение небольшого количества гидроксидов железа в синтетическую эмаль может обеспечить более долговечные пломбы для человеческих зубов.

17.04.2024