Kā zobu emalja kalpo visu mūžu?
Zobu emalja ir vissmagākā viela cilvēka ķermenī, taču līdz šim neviens nezināja, kā tai izdevās noturēties visu mūžu. Nesen veiktā pētījuma autori secina, ka emaljas noslēpums slēpjas nepilnīgā kristālu izlīdzinājumā.
Ja mēs sagriežam ādu vai salauzam kaulu, šie audi paši sevi atjaunos; mūsu ķermenis lieliski atgūstas pēc traumas.
Zobu emalja tomēr nevar atjaunoties, un mutes dobums ir naidīga vide.
Katru maltīti emalja tiek pakļauta neticamam stresam; tas arī izraisa ārkārtējas izmaiņas gan pH, gan temperatūrā.
Neskatoties uz šīm likstām, zobu emalja, kuru mēs izstrādājam bērnībā, mums paliek visu dienu garumā.
Pētnieki jau sen ir interesējušies par to, kā emalja izdodas palikt funkcionāla un neskarta visu mūžu.
Kā saka viens no jaunākā pētījuma autoriem, prof. Pupa Gilberts no Viskonsinas – Medisonas universitātes: “Kā tas novērš katastrofālas neveiksmes?”
Emaljas noslēpumi
Ar Masačūsetsas Tehnoloģiskā institūta (MIT) pētnieku palīdzību Kembridžā un Pitsburgas Universitātē, Pensilvānijas štatā, prof. Gilberts detalizēti apskatīja emaljas struktūru.
Tagad zinātnieku komanda ir publicējusi sava pētījuma rezultātus žurnālā Nature Communications.
Emalju veido tā sauktie emaljas stieņi, kas sastāv no hidroksiapatīta kristāliem. Šo garo, plāno emaljas stieņu platums ir aptuveni 50 nanometri un garums - 10 mikrometri.
Izmantojot vismodernāko attēlveidošanas tehnoloģiju, zinātnieki varēja vizualizēt, kā tiek izlīdzināti atsevišķi kristāli zobu emaljā. Profesora Gilberta izstrādāto paņēmienu sauc par polarizācijas atkarīga attēlveidošanas kontrasta (PIC) kartēšanu.
Pirms PIC kartēšanas parādīšanās nebija iespējams izpētīt emalju ar šo detalizācijas pakāpi. "[Jūs] varat krāsaini izmērīt un vizualizēt atsevišķu nanokristālu orientāciju un redzēt daudzus miljonus no tiem uzreiz," skaidro prof. Gilberts.
"Sarežģītu biominālu, piemēram, emaljas, arhitektūra PIC kartē kļūst uzreiz redzama ar neapbruņotu aci."
Apskatot emaljas struktūru, pētnieki atklāja modeļus. "Kopumā mēs redzējām, ka katrā stieņā nav viena orientācija, bet pakāpeniskas kristālu orientācijas izmaiņas starp blakus esošajiem nanokristāliem," skaidro Gilberts. "Un tad jautājums bija:" Vai tas ir noderīgs novērojums? ""
Kristāla orientācijas nozīme
Lai pārbaudītu, vai kristāla izlīdzināšanas izmaiņas ietekmē to, kā emalja reaģē uz stresu, komanda pieņēma palīdzību no MIT prof. Markus Buehler. Izmantojot datora modeli, viņi simulēja spēkus, kurus hidroksiapatīta kristāli piedzīvotu, kad cilvēks košļāt.
Modeļa ietvaros viņi novietoja divus kristālu blokus blakus viens otram tā, lai bloki pieskartos gar vienu malu. Katrā no diviem blokiem esošie kristāli bija izlīdzināti, bet tur, kur tie nonāca saskarē ar otru bloku, kristāli satikās leņķī.
Vairākos izmēģinājumos zinātnieki mainīja leņķi, kādā abi kristālu bloki satikās. Ja pētnieki abus blokus perfekti izlīdzina saskarnes vietā, kur viņi satikās, spiediena laikā parādās plaisa.
Kad bloki satikās 45 grādos, tas bija līdzīgs stāsts; saskarnē parādījās plaisa. Tomēr, kad kristāli bija tikai nedaudz novirzīti, saskarne novirzīja plaisu un neļāva tai izplatīties.
Šis atklājums veicināja turpmāku izmeklēšanu. Pēc tam profesors Gilberts vēlējās noteikt perfektu saskarnes leņķi, lai nodrošinātu maksimālu noturību. Komanda nevarēja izmantot datora modeļus, lai izpētītu šo jautājumu, tāpēc profesore Gilberta uzticējās evolūcijai. "Ja ir ideāls novirzes leņķis, es deru, ka tas ir mūsu mutē," viņa nolēma.
Lai to izpētītu, līdzautore Cayla Stifler atgriezās pie sākotnējās PIC kartēšanas informācijas un izmēra leņķus starp blakus esošajiem kristāliem. Pēc miljoniem datu punktu ģenerēšanas Stiflers atklāja, ka 1 grāds ir visizplatītākais nepareizās orientācijas lielums, un maksimālais ir 30 grādi.
Šis novērojums piekrita simulācijai - šķiet, ka mazāki leņķi labāk spēj novirzīt plaisas.
"Tagad mēs zinām, ka plaisas ir novirzītas nanoskaļā un tādējādi tās nevar izplatīties ļoti tālu. Tas ir iemesls, kāpēc mūsu zobi var kalpot visu mūžu bez nomaiņas. ”
Prof. Pupa Gilberts
