Новые данные о строении эмали зубов

«Эмаль начинает свою жизнь как органический гель, в котором распределены крошечные керамические кристаллы, – рассказал доктор Элия Беньяш, доцент биологии ротовой полости факультета стоматологии Питтсбургского университета и руководитель исследования. – В нашей работе мы воссоздали самые ранние шаги формирования эмали, что позволило нам лучше понять ключевую роль регулирующего протеина, называемого амелогенином, в этом процессе».

Сама постановка исследовательской задачи может показаться надуманной, однако есть причины, которые заставляют ученых пытаться повторять и исследовать природные процессы и реакции. Современные физико-химические аналитические средства превратили исследования любых материалов в стандартную процедуру, но даже доскональное знание химического состава и микроструктуры биологических материалов не дает гарантии их успешного воспроизводства в лабораторных и тем более в промышленных условиях.

Один из таких «проблемных» материалов – гидроксиапатит кальция, минеральная основа скелета человека и животных. Этот минерал не вызывает токсической реакции, воспалительных явлений в тканях, хорошо срастается с костью и не влияет на процессы минерализации. Однако искусственные керамические материалы на основе гидроксиапатита хрупкие, плохо реагируют на силы натяжения, скручивания или сгибания, что не позволяет использовать их в качестве материала непосредственно для костных и, в частности, зубных имплантатов.

Огромное количество научных групп по всему миру работает над проблемой создания искусственного материала на основе гидроксиапатита, приближенного по механическим свойствам к естественному, но пока не достигли значительных успехов. Подход же «снизу вверх», попытка повторить природный процесс на стадии формирования микроструктуры, имеет шансы на успех.

Тот факт, что амелогенин каким-то образом задействован в формировании зубной эмали, ученым уже был известен; причем это должна быть определенная форма амелогенина – полной длины, содержащая C-концевой телепептид. К примеру, у генномодифицированных мышей, не способных производить полноценный амелогенин, наблюдалось нарушение структуры зубной эмали. Этот белок даже используется как лекарственный препарат для лечения периодонтита.

В ходе эксперимента реакционные растворы, содержащие амелогенин, а также фосфат-ионы и катионы кальция, из которых образуется гидроксиапатит, подвергали мгновенной заморозке на разных стадиях реакции и исследовали с помощью электронной микроскопии. Таким образом исследователям удалось шаг за шагом проследить за течением процесса. Оказалось, что в присутствии белка нанокластеры – предкристаллиты гидроксиапатитов – формируют не хаотичные скопления, как обычно, а упорядоченные структуры линейной формы.

Причем на верхушке каждого растущего волокна присутствует «узелок» определенной структуры из нескольких молекул амелогенина, который, по предположению ученых, и направляет рост будущего кристалла.

Нанокластеры постепенно «врастают» друг в друга, волокна минерализуются и организуются в параллельные массивы, наподобие нитей в текстиле. Именно из таких слоев затем формируется высокоминерализованная структура зубной эмали.

«Взаимоотношения (амелогенина и гидроксиапатита) еще не до конца понятны нам. Но, кажется, способность амелогенина к самоорганизации критична для его способности направлять рост частиц... в этой комплексной, высокоорганизованной структуре, – говорит доктор Беньяш. – Это дает нам представление о путях, с помощью которых биологические молекулы могут быть использованы в создании новых материалов из наноразмерных минеральных частиц. Это важно в восстановительной стоматологии и во многих других технологиях».

Приложение

Эмаль (эмалевые пластинки) - шлиф зуба

Эмаль (эмалевые пучки)

Эмаль (эмалевые веретена)

Эмаль (линии Ретциуса)

Эмалево-цементная граница

Предентин, фронт минерализации и околопульпарный дентин

Дентинные канальцы, отростки одонтобластов (продольный срез)

Дентин (поперечные шлифы дентинных канальцев)

Дентин и бесклеточный цемент

Дентин и клеточный цемент

Список литературы:

1. Родзаевская Е.Б. Развитие и гистофизиология зубочелюстного аппарата человека / Е. Б. Родзаевская, Воробьева Г.П., Н.В. Богомолова и др. – Саратов: Изд-во Саратовского гос.мед. университета., 2004. – 143 с.

2. И.К. Луцкая Гистология зуба Современная стоматология. – 2006. – №4. – С. 37-43.

3. Самусев Р.П. Основы клинической морфологии зубов / Р.П. Самусев, С.В. Дмитриенко, А.И. Краюшкин. – М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Мир и Образование», 2002. – 368 с.

4. http://32news.ru/news/2011/08/novye-dannye-o-stroenii-emali-zubov.html

Дата добавления: 2015-05-26