Ученые объяснили механизм, с помощью которого наноструктуры в составе дентина удерживают зубы от растрескивания
В ряде исследований проводились попытки установить естественный механизм защиты зубов от действия ежедневных жевательных нагрузок. Недавно были опубликованы данные работы, объясняющей, каким образом минеральные частицы и коллагеновые волокна в составе дентина противостоят нагрузкам, что защищает зубы от появления внутренних трещин.
При повреждении кости в организме запускается механизм самовосстановления: начинается рост новой ткани. Несмотря на то, что зубы имеют сходную структуру с костной тканью, в них не заложен подобный механизм восстановления. Тогда каким образом человеку удается сохранять их на протяжении жизни, несмотря на ежедневные нагрузки в процессе жевания?
Группа ученых из университетской клиники Шарите в Берлине опубликовала результаты своей работы. Исследователи изучили механические свойства минеральных наноструктур и коллагеновых волокон, составляющих основу дентина – пористой части зуба, расположенной под твердой эмалью.
Известно, что в состав дентина входят микроскопические структуры минеральных наночастиц, встроенных в волокна коллагена, располагающегося слоями. Ученые давно предполагали, что именно слои минеральных частиц и коллагеновые волокна обеспечивают твердость и устойчивость зубов к повреждениям, однако сам механизм, защищающий зубы от растрескивания оставался неизвестен.
Минеральные наночастицы в составе коллагеновых волокон находятся в состоянии внутреннего напряжения.
Автор исследования д-р Пауль Заслански из Института Джулиуса Вольфа утверждает, что в ходе работы было обнаружено, что устойчивость зубов к растрескиванию обеспечивается благодаря внутреннему напряжению минеральных наночастиц.
«Состояние внутреннего напряжение защищает зубы от образования трещин. Внутреннее напряжение препятствует проникновению микротрещин во внутренние части зуба, что могло бы повредить пульпу».
Инженеры-конструкторы создают материалы с внутренним напряжением, необходимые для работы сложных аппаратов и турбин. Однако исследование показало, что этот механизм, направленных на сохранение целостности материала (зубов), был разработан самой природой задолго до разработок человека.
В ходе работы ученые изучили внутреннюю структуру дентина зуба, используя синхротрон из Европейского центра синхротронной радиации в Гренобле – современное устройство, излучающее микро- и нанорентгеновские лучи, позволяющие детально изучать материал с многократным увеличением.
В ходе лабораторных исследований ученые подвергали образцы дентина различной влажности, чтобы изменить механические свойства материала и проследить за процессами образования внутреннего напряжения в структуре дентина.
Было обнаружено, что при сокращении коллагеновых волокон происходить сжатие минеральных наночастиц, расположенных на этих волокнах. Также ученые выяснили, что под воздействием высоких температур происходит сильное ослабление связей между минеральной составляющей и волокнами коллагена, что приводит к снижению прочности дентина.
Результаты исследования могут быть использованы для разработки более прочных материалов для зубного протезирования.
Другой автор исследования Жан-Баптист Форьен утверждает, что:
«Степень внутреннего напряжения между минеральными частицами и волокнами коллагена является одним из важнейших факторов, определяющих долговечность зуба».
На основе полученных результатов, ученые высказали причину, которая объясняет недолговечность зубных имплантатов, по сравнению со сроком службы естественных зубов человека. Вероятно, керамические материалы слишком пассивны, в них отсутствует механизм, защищающий естественные зубы от появления трещин – а именно, наличие структур в состоянии внутреннего напряжения.
По мнению д-ра Заслански:
«Результаты данной работы могут вдохновить других ученых на разработку более прочных керамических материалов для лечения или протезирования зубов».
