Kuidas püsib hambaemail kogu elu?
Hambaemail on inimese kehas kõige raskem aine, kuid siiani ei teadnud keegi, kuidas see kogu elu kestis. Värske uuringu autorid järeldavad, et emaili saladus peitub kristallide ebatäiuslikus joondumises.
Kui me lõikame oma naha või murrame luu, parandavad need koed ennast; meie keha on suurepärane vigastustest taastumisel.
Hambaemail ei saa aga taastuda ja suuõõne on vaenulik keskkond.
Igal söögikorral satub emaili uskumatu stress; see põhjustab ka äärmuslikke muutusi nii pH kui temperatuuri osas.
Vaatamata sellele viletsusele jääb lapsena välja töötatud hambaemail meiega terveks päevaks.
Teadlasi on juba ammu huvitanud, kuidas emailiga õnnestub terve elu funktsionaalne ja puutumata jääda.
Nagu ütleb ühe viimase uuringu autor, prof Pupa Gilbert Wisconsini ülikoolist-Madisonist: "Kuidas see katastroofilisi ebaõnnestumisi ära hoiab?"
Emaili saladused
Cambridge'is asuva Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) ja Pittsburghi ülikooli (PA) teadlaste abiga vaatas prof Gilbert üksikasjalikult emaili struktuuri.
Teadlaste meeskond on nüüd avaldanud oma uuringu tulemused ajakirjas Nature Communications.
Enamel koosneb nn emailvardadest, mis koosnevad hüdroksüapatiidi kristallidest. Need pikad õhukesed emailvardad on umbes 50 nanomeetrit laiad ja 10 mikromeetrit pikad.
Tipptasemel pilditehnoloogia abil saaksid teadlased visualiseerida, kuidas hambaemailis olevad üksikud kristallid joonduvad. Prof. Gilberti kavandatud tehnikat nimetatakse polarisatsioonist sõltuva pildistamise kontrasti (PIC) kaardistamiseks.
Enne PIC-kaardistamise tekkimist oli võimatu selle üksikasjalikkuse tasemega emaili uurida. "[Saate] värviga mõõta ja visualiseerida üksikute nanokristallide suunda ja näha neid korraga miljoneid," selgitab prof Gilbert.
"Keeruliste biomineraalide, näiteks emaili arhitektuur muutub PIC-kaardil kohe palja silmaga nähtavaks."
Kui nad vaatasid emaili struktuuri, avastasid teadlased mustrid. "Üldiselt nägime, et igas vardas ei olnud ühte orientatsiooni, vaid külgnevate nanokristallide kristallide orientatsiooni järkjärguline muutus," selgitab Gilbert. "Ja siis oli küsimus:" Kas see on kasulik tähelepanek? ""
Kristalli orientatsiooni tähtsus
Et testida, kas kristallide joondumise muutus mõjutab emaili reageerimist stressile, värbas meeskond abi MIT-i prof Markus Buehlerilt. Arvutimudeli abil simuleerisid nad jõusid, mida hüdroksüapatiidi kristallid kogevad, kui inimene närib.
Mudelis paigutasid nad kaks kristalliplokki üksteise kõrvale, nii et plokid puudutasid ühte serva. Mõlemas plokis olevad kristallid olid joondatud, kuid seal, kus nad puutusid kokku teise plokiga, kohtusid kristallid nurga all.
Mitmete katsete jooksul muutsid teadlased nurka, mille juures kaks kristalliplokki kokku puutusid. Kui teadlased joondaksid need kaks plokki täiuslikult liidese kohale, kus nad kohtusid, ilmnes surve avaldamisel mõra.
Kui plokid kohtusid 45 kraadi juures, oli see sarnane lugu; liideses ilmus mõra. Kui aga kristallid olid vaid veidi valesti joondatud, suunas liides mõra tagasi ja takistas selle levikut.
See leid innustas edasist uurimist. Järgmisena soovis prof Gilbert välja selgitada täiusliku liidese nurga maksimaalse vastupidavuse saavutamiseks. Meeskond ei saanud selle küsimuse uurimiseks kasutada arvutimudeleid, nii et prof Gilbert usaldas evolutsiooni. "Kui on olemas ideaalne orienteerumisnurk, vean kihla, et see on meie suus," otsustas naine.
Uurimiseks naasis kaasautor Cayla Stifler algse PIC-kaardistamise teabe juurde ja mõõtis külgnevate kristallide vahelisi nurki.Pärast miljonite andmepunktide genereerimist leidis Stifler, et 1 kraadi oli kõige tavalisem väärarendamise suurus ja maksimum oli 30 kraadi.
See tähelepanek leppis simulatsiooniga kokku - väiksemad nurgad näivad pragusid paremini suunata.
"Nüüd teame, et nanoskaalas on praod paindunud ja seega ei saa need väga kaugele levida. See on põhjus, miks meie hambad võivad kogu elu kesta ilma neid asendamata. "
Prof Pupa Gilbert
