Raz utracone szkliwo nie odrasta. Można je wzmacniać, chronić przed dalszym uszkodzeniem i wspomagać jego remineralizację, ale organizm dorosłego człowieka nie potrafi odtworzyć zniszczonej warstwy w taki sposób, w jaki regeneruje na przykład kości. To dlatego erozja szkliwa stanowi tak duży problem w stomatologii. Zespół brytyjskich naukowców opracował materiał, który może pomóc pokonać tę przeszkodę. W badaniach laboratoryjnych udało się uzyskać nową warstwę mineralną, przypominającą szkliwo nie tylko wyglądem, lecz także twardością i odpornością na uszkodzenia.
Dlaczego szkliwo zębów się nie regeneruje? Naukowcy znaleźli sposób na jego odbudowę
Szkliwo jest najtwardszą tkanką ludzkiego organizmu. Pokrywa korony zębów i chroni znajdujące się pod nim tkanki przed ścieraniem, zmianami temperatury oraz działaniem kwasów. Swoją wytrzymałość zawdzięcza przede wszystkim kryształom minerałów, które tworzą niezwykle uporządkowaną strukturę.
Problem pojawia się wtedy, gdy szkliwo zaczyna się ścierać lub ulega erozji. Przyczyną mogą być między innymi kwasy obecne w żywności i napojach, działanie bakterii czy mechaniczne zużywanie powierzchni zębów. Ubytki odsłaniają bardziej wrażliwe tkanki i sprzyjają rozwojowi próchnicy.
W przeciwieństwie do kości dojrzałe szkliwo nie zawiera żywych komórek zdolnych do jego odbudowy. Ślina dostarcza wprawdzie minerałów, które mogą uzupełniać wczesne straty mineralne, ale nie pozwala odtworzyć większych fragmentów utraconej tkanki.
Stosowane obecnie preparaty z fluorem i środki wspomagające remineralizację pomagają chronić zęby oraz naprawiać początkowe uszkodzenia. Nie są jednak w stanie w pełni przywrócić szkliwu jego pierwotnej budowy, gdy doszło już do znacznej utraty tkanki.
Naukowcy z University of Nottingham opracowali żel naśladujący naturalny proces powstawania szkliwa. Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie „Nature Communications”.
Nowy żel odbudowuje szkliwo dzięki minerałom obecnym w ślinie. Jak działa?
Opracowany w Nottingham preparat wykorzystuje specjalną matrycę białkową, która naśladuje działanie białek uczestniczących w tworzeniu szkliwa we wczesnym okresie życia.
Po nałożeniu na powierzchnię zęba materiał tworzy cienką, trwałą powłokę. Wnika w mikroskopijne nierówności i szczeliny, zapewniając podłoże, na którym mogą powstawać nowe kryształy mineralne.
W procesie tym uczestniczą jony wapnia i fosforanowe, naturalnie występujące w ślinie. Matryca pomaga odpowiednio je uporządkować, dzięki czemu kryształy rozwijają się zgodnie z układem minerałów obecnych w szkliwie.
Naukowcy określają ten mechanizm mianem mineralizacji epitaksjalnej. Oznacza to, że nowe kryształy rosną w określonym kierunku, zgodnym ze strukturą podłoża, z którym się łączą.
Ma to ogromne znaczenie dla wytrzymałości odbudowanej warstwy. Samo osadzanie minerałów na zębach nie wystarcza bowiem do uzyskania tkanki przypominającej naturalne szkliwo. Potrzebne jest również odtworzenie ich prawidłowego ułożenia.
Żel nie zawiera dodanego fluoru, w odróżnieniu od tradycyjnych preparatów fluorowych. W badaniach jego działanie sprawdzano jednak także w roztworach mineralizujących zawierających związki fluoru. Osobne doświadczenia z wykorzystaniem naturalnej ludzkiej śliny potwierdziły, że matryca może pobudzać wzrost uporządkowanych kryształów również w takich warunkach.
Badacze uzyskali warstwy mineralne o grubości dochodzącej do około 10 mikrometrów. Nie jest to więc odbudowa całego szkliwa, lecz możliwość odtworzenia jego cienkiej, funkcjonalnej warstwy.
Odbudowane szkliwo wytrzymało szczotkowanie, żucie i działanie kwasów
Naukowcy chcieli sprawdzić, czy nowa tkanka będzie dostatecznie trwała, aby chronić zęby podczas codziennego użytkowania. Dlatego poddali ją testom naśladującym szczotkowanie, żucie, ścieranie oraz kontakt z kwaśnymi substancjami.
– Szkliwo zębów ma wyjątkową strukturę, dzięki której przez całe życie chroni je przed uszkodzeniami mechanicznymi, chemicznymi i zmianami temperatury. Gdy nakładamy nasz materiał na szkliwo pozbawione minerałów, zniszczone przez erozję lub na odsłoniętą zębinę, pobudza on wzrost kryształów w uporządkowany sposób, odtwarzając budowę zdrowego szkliwa – wyjaśnia dr Abshar Hasan, główny autor badania.
Jak dodaje, zespół sprawdził właściwości mechaniczne odbudowanej tkanki w warunkach przypominających codzienne użytkowanie zębów.
– Przeprowadziliśmy badania w warunkach naśladujących rzeczywiste sytuacje, takie jak szczotkowanie, żucie i kontakt z kwaśnymi produktami. Odkryliśmy, że odbudowane szkliwo zachowuje się tak samo jak zdrowe – mówi badacz.
W jednym z doświadczeń próbki poddano godzinnemu szczotkowaniu szczoteczką elektryczną. Według zastosowanego przez naukowców modelu odpowiadało to około rokowi codziennego mycia zębów. Odbudowana warstwa zachowała strukturę, a jej twardość i sztywność były zbliżone do parametrów naturalnego szkliwa.
Podobne wyniki uzyskano podczas testów ścierania związanych z żuciem i zgrzytaniem zębami. Sprawdzono również odporność na działanie kwasów, które mogą stopniowo rozpuszczać minerały obecne w szkliwie.
W tych doświadczeniach odbudowany materiał zachowywał właściwości mechaniczne porównywalne z naturalną tkanką, a w niektórych próbach wykazywał większą odporność na uszkodzenia.
Badacze zaznaczają jednak, że testy laboratoryjne nie odzwierciedlają w pełni warunków panujących w jamie ustnej. Nie wiadomo jeszcze, jak długo uzyskana warstwa utrzyma się u pacjentów i jak będzie zachowywać się podczas wieloletniego użytkowania.
Żel może pomóc także na nadwrażliwość zębów. Ważne odkrycie dotyczące zębiny
Zastosowanie opracowanego materiału nie musi ograniczać się do powierzchni pokrytych szkliwem. Naukowcy sprawdzili również, czy można wykorzystać go na odsłoniętej zębinie, czyli tkance znajdującej się pod szkliwem.
Zębina jest bardziej miękka i zawiera mikroskopijne kanaliki, przez które bodźce mogą docierać w kierunku nerwów wewnątrz zęba. Gdy szkliwo ulega starciu albo cofają się dziąsła, odsłonięta zębina może reagować bólem na zimne i gorące napoje, słodkie potrawy czy kwaśne produkty.
Badania wykazały, że żel może pobudzać powstawanie na jej powierzchni uporządkowanej warstwy mineralnej przypominającej szkliwo.
W przyszłości mogłoby to pomóc w ograniczaniu nadwrażliwości, ponieważ dodatkowa warstwa stanowiłaby ochronę dla odsłoniętej tkanki. Naukowcy rozważają również wykorzystanie materiału do poprawy przylegania uzupełnień stomatologicznych, w tym wypełnień stosowanych podczas leczenia uszkodzonych zębów.
Na razie są to jednak potencjalne zastosowania. Skuteczność żelu w zmniejszaniu nadwrażliwości u pacjentów wymaga jeszcze potwierdzenia w badaniach klinicznych.
Kiedy żel odbudowujący szkliwo trafi do dentystów? Naukowcy planują pierwsze produkty
Autorzy opracowania podkreślają, że jednym z najważniejszych założeń było stworzenie materiału, który da się zastosować w zwykłym gabinecie stomatologicznym.
Preparat mógłby być nanoszony bezpośrednio na zęby w sposób przypominający obecne zabiegi z użyciem lakierów fluorowych. Nie wymagałby więc skomplikowanej procedury, a sama technologia została zaprojektowana z myślą o produkcji na większą skalę.
- Jesteśmy bardzo podekscytowani, ponieważ od początku projektowaliśmy tę technologię z myślą o lekarzach i pacjentach. Jest bezpieczna, można ją szybko i łatwo zastosować, a produkcję da się zwiększyć do większej skali – mówi prof. Alvaro Mata z University of Nottingham, kierujący zespołem badawczym.
Profesor zwraca również uwagę, że rozwiązanie mogłoby znaleźć zastosowanie w różnych produktach stomatologicznych przeznaczonych zarówno dla młodszych, jak i starszych pacjentów.
- Technologia jest także wszechstronna, co daje możliwość wykorzystania jej w wielu produktach pomagających osobom w różnym wieku, które cierpią na problemy stomatologiczne związane z utratą szkliwa i odsłonięciem zębiny - zapowiada badacz.
6
www.sciencedaily.com
