Kako zubna caklina traje cijeli život?
Zubna caklina je najtvrđa tvar u ljudskom tijelu, ali do sada nitko nije znao kako je uspio trajati cijeli život. Autori nedavne studije zaključuju da je tajna cakline u nesavršenom poravnanju kristala.
Ako porežemo kožu ili slomimo kost, ta će se tkiva sama popraviti; naša se tijela izvrsno oporavljaju od ozljeda.
Zubna caklina, međutim, ne može se regenerirati, a usna šupljina je neprijateljsko okruženje.
Svakog obroka caklina je izložena nevjerojatnom stresu; također prevladava ekstremne promjene i pH i temperature.
Unatoč tim nedaćama, zubna caklina koju razvijamo kao dijete ostaje s nama tijekom naših dana.
Istraživače već dugo zanima kako caklina uspijeva ostati funkcionalna i netaknuta cijeli život.
Kao jedan od autora najnovije studije, profesor Pupa Gilbert sa Sveučilišta Wisconsin-Madison kaže: "Kako to sprečava katastrofalni neuspjeh?"
Tajne cakline
Uz pomoć istraživača s Massachusetts Institute of Technology (MIT) u Cambridgeu i Sveučilišta Pittsburgh, PA, prof. Gilbert detaljno je pogledao strukturu cakline.
Tim znanstvenika objavio je rezultate svoje studije u časopisu Nature Communications.
Caklina se sastoji od takozvanih caklinskih šipki, koje se sastoje od kristala hidroksiapatita. Te dugačke, tanke caklinske šipke široke su oko 50 nanometara i duge 10 mikrometara.
Korištenjem vrhunske tehnologije snimanja, znanstvenici bi mogli vizualizirati kako se pojedini kristali u caklini zuba poravnavaju. Tehnika, koju je prof. Gilbert dizajnirao, naziva se mapiranje kontrasta slike (PIC) ovisno o polarizaciji.
Prije pojave PIC mapiranja bilo je nemoguće proučavati caklinu s ovom razinom detalja. "[Y] možete u boji izmjeriti i vizualizirati orijentaciju pojedinih nanokristala i odjednom ih vidjeti milijune", objašnjava prof. Gilbert.
"Arhitektura složenih biominerala, poput cakline, postaje odmah vidljiva golim okom na PIC mapi."
Kad su promatrali strukturu cakline, istraživači su otkrili uzorke. "Uglavnom smo vidjeli da nije postojala niti jedna orijentacija u svakoj šipci, već postupna promjena orijentacije kristala između susjednih nanokristala", objašnjava Gilbert. "A onda je pitanje glasilo:" Je li ovo korisno zapažanje? "
Važnost orijentacije kristala
Kako bi testirao utječe li promjena poravnanja kristala na način na koji caklina reagira na stres, tim je angažirao pomoć prof. Markusa Buehlera s MIT-a. Korištenjem računalnog modela simulirali su sile koje bi kristali hidroksiapatita doživjeli kad osoba žvače.
Unutar modela postavili su dva bloka kristala jedan pored drugog tako da su se blokovi dodirivali uz jedan rub. Kristali unutar svakog od dva bloka bili su poravnati, ali tamo gdje su došli u kontakt s drugim blokom, kristali su se sreli pod kutom.
Tijekom nekoliko pokusa znanstvenici su promijenili kut pod kojim su se dva bloka kristala susrela. Kad bi istraživači savršeno poravnali dva bloka na sučelju gdje su se susreli, pojavila bi se pukotina kad bi izvršili pritisak.
Kad su se blokovi spojili na 45 stupnjeva, bila je slična priča; na sučelju se pojavila pukotina. Međutim, kada su kristali bili samo malo pomaknuti, sučelje je skrenulo pukotinu i spriječilo njezino širenje.
Ovaj je nalaz potaknuo daljnju istragu. Zatim je prof. Gilbert želio prepoznati savršen kut sučelja za maksimalnu otpornost. Tim nije mogao koristiti računalne modele za istraživanje ovog pitanja, pa je prof. Gilbert vjerovala u evoluciju. "Ako postoji idealan kut pogrešne orijentacije, kladim se da je to onaj u našim ustima", odlučila je.
Kako bi istražila, koautorica Cayla Stifler vratila se izvornim informacijama o mapiranju PIC-a i izmjerila kutove između susjednih kristala. Nakon generiranja milijuna podataka, Stifler je otkrio da je 1 stupanj najčešća veličina pogrešne orijentacije, a maksimum 30 stupnjeva.
Ovo se opažanje slaže sa simulacijom - čini se da manji kutovi mogu bolje odbiti pukotine.
„Sada znamo da su pukotine skrenute na nanorazmjeru i, prema tome, ne mogu se jako širiti. To je razlog zbog kojeg naši zubi mogu trajati čitav život bez zamjene. "
Prof. Pupa Gilbert
