Зубное биопокрытие, похожее на натуральную эмаль, но более стойкое
Современные технологии восстановления зубной эмали обычно заключаются в стимулировании естественной регенерации или добавлении (частичном или полном) искусственного покрывающего материала в более тяжелых случаях. Однако эти методы довольно ограничены, поскольку они не всегда устойчивы в долгосрочной перспективе, а иногда могут даже ослабить зуб. Самым известным вариантом являются биоматериалы, но недавно ученые нашли способ улучшить структуру гидроксиапатита, чтобы создать новый тип зубного покрытия, которое имитирует структуру натуральной эмали, но прочнее ее. В конечном итоге новый материал может предотвратить эрозию зубов или более эффективно устранить трещины и переломы.
Зубная эмаль, самая твердая ткань в организме человека, играет важную роль в защите зубов от кариеса и зубного камня. Несмотря на свою высокую прочность, она может разрушаться в течение жизни человека, например, из-за неправильного питания, плохой гигиены полости рта, декальцинации, несчастных случаев, связанных с истиранием и т.д. В отличие от большинства тканей организма, включая костную (с которой ее часто ассоциируют), она не может восстанавливаться. Когда она трескается, она теряет свою защитную функцию, оставляя проход - к дентину и пульпе зуба - свободным для микробного потока, постоянно присутствующего в полости рта.
"Поэтому необходимо восстановить поверхность эмали до здорового уровня или нарастить дополнительные слои на поверхности, если она стала очень тонкой", — объясняет Павел Середин, научный сотрудник Уральского федерального университета, заведующий кафедрой физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета в России и ведущий автор нового исследования. Для восстановления эмали стоматологи часто используют искусственные материалы, которые заделывают трещины подобно цементу.
Однако, поскольку эмаль состоит в основном из апатита (неорганического биологического вещества, составляющего 95% ее веса), коллагеновых волокон (1-1,5%) и воды (4%), искусственные зубные композиты не обладают способностью физически и химически соединяться с ней. Для того чтобы эти материалы эффективно сцеплялись со здоровой эмалью, используются методы кислотного травления. Эти методы иногда недостаточно эффективны и могут даже еще больше повредить эмаль.
В настоящее время достигнуты значительные успехи в реставрационных технологиях для естественной регенерации эмали с целью отказа от использования этих композитных материалов (где это возможно). Примеры включают использование специальных гелей или зубных паст, содержащих пептиды, или маломощных лазерных лучей для стимулирования дифференциации стволовых клеток в амелобласты. Биоматериалы, такие как гидроксиапатит, также используются для реминерализации эмали, чтобы восстановить ее механические свойства.
Ученые в новом исследовании, опубликованном в журнале , возможно, нашли еще более эффективный способ сделать это, улучшив удельное сопротивление гидроксиапатита. Являясь основным компонентом минерализованных тканей человека и животных, этот материал широко используется в различных областях медицины, таких как ортопедия и косметология. Произведенный в лаборатории с использованием кальцинированных материалов, таких как яичная скорлупа, его структура может быть легко сформирована. Новое исследование, проведенное под совместным руководством Университета Аль-Азхар и Национального исследовательского центра Египта, было направлено на поиск наилучшей структуры для повышения удельного сопротивления эмали.
В новом исследовании ученые создали биомиметическое минерализованное покрытие, нанокристаллы которого воспроизводят свойства апатита естественной эмали. Они также добавили комплекс аминокислот, чтобы имитировать молекулярную структуру, схожую с поверхностью зуба, но с более высокой прочностной способностью.
Такие аминокислоты, как лизин, аргинин и гистидин, являются важными факторами регенерации костной и мышечной ткани. При правильных условиях окружающей среды гидроксиапатит, "допированный" аминокислотами, способен идеально имитировать натуральную эмаль. "Чтобы воспроизвести слои эмали с помощью биомиметических методов, мы нейтрализовали и удалили продукты травления с помощью кальциевой щелочи. Таким образом, мы улучшили сцепление новых слоев гидроксиапатита", — объясняет Середин.
Структурное сходство с натуральной эмалью было подтверждено анализом с помощью полевой эмиссионной и атомно-силовой электронной микроскопии, а также химической визуализацией поверхности с помощью микроспектроскопии Рамана (при которой на образец направляется луч одноцветного света и анализируется рассеянный свет). Кроме того, новое покрытие было протестировано на здоровых зубах для оценки увеличения прочности по сравнению с другими необработанными здоровыми зубами.
Многообещающие результаты показывают, что новый материал может быть использован для снижения чувствительности зубов после истирания или эрозии. Следующим шагом в исследовании будет оценка его эффективности для более глубоких реставраций, включая трещины и объемные переломы.