Питання регенерації зубної емалі, найтвердішої біологічної тканини, завжди залишалося проблемним, адже складна структура апатитів досі не створювалася штучно. Чанью Шао, дослідник з хімічного факультету та Центру з біоматеріалів та біологічних шляхів при Чжецзянському університеті (Ханчжоу, Китай) із колегами, розробив матеріал, що складається з іонних кластерів фосфату кальцію. Останні можуть використовуватися для отримання шару-попередника з метою індукування епітаксіального росту кристалів апатиту. Це створює імітацію біомінералізаційної кристалічно-аморфної межі розвитку твердих тканин. Завдяки цьому пошкоджена емаль може бути знову відбудована, оскільки її ієрархічна структура та механічні властивості залишаться ідентичними до природної емалі зубів. Стаття опублікована у журналі «Science Advances».
Біомінералізація надає можливість розроблення багатьох біологічних композитів із відмінними механічними характеристиками, у тому числі зубної емалі. Її первинна мінеральна фаза (≈96 мас. %) складається з нестехіометричних фторованих кристалів карбон-апатитів, які щільно упаковані із чітко визначеними орієнтирами для забезпечення високої ударної міцності. Загалом гідроксиапатит (Ca10 (PO4 ) 6 (OH) 2) використовується як спрощена мінеральна модель з метою дослідження утворення і реконструкції емалі. Хоча амелогенез є частиною загального процесу біологічного розвитку, зріла емаль є неклітинною і майже не відновлюється після пошкодження, що може призвести до руйнування зубів та розвитку карієсу. Таким чином, карієс є одним з найпоширеніших хронічних захворювань, що вражає людей по всьому світу. Незважаючи на значні зусилля, спрямовані на спроби ремінералізації емалі за допомогою різних стратегій, включаючи пряму мінералізацію, протеїн/пептид-індуковану мінералізацію та мінералізацію гідрогелями, досі не було жодних клінічних розробок стосовно регенерації емалі.
Наразі з’являється все більше доказів щодо того, що ріст емалі відбувається на межі аморфної та кристалічної фаз: аморфна вкриває кристалічну, продовжуючи епітаксіальний ріст. Китайськими вченими виявлено, що іонні кластери фосфату кальцію розміром у декілька нанометрів можуть слугувати будівельними блоками для росту штучної емалі з кристалічного гідроксиапатиту та аморфного фосфату кальцію. Для того, щоб кластери не злипалися між собою, їх необхідно стабілізувати, причому такими речовинами, які можна було б легко видалити з неорганічної частини емалі. Саме тому був запропонований новий тип іонних кластерів фосфату кальцію, стабілізованого простим легколетючим триетиламіном, який здатен забезпечити епітаксіальний ріст емалі із такою ж складною структурою, як у природної емалі. Дослідники зточували зі зразків зубів частину емалі діаметром близько 5 мм та обробляли її ортофосфорною кислотою. Розчин стабілізованих триетиламіном іонних кластерів в етанолі наносили на пошкоджену емаль та залишали висихати за температури 37 °C. Газохроматографічний аналіз підтвердив, що органічні речовини повністю випарувалися. Іонні кластери добре змочували вихідну структуру зуба і вже через 15 хв утворювався суцільний тримікронний шар аморфного фосфату кальцію, що продовжував структуру натуральної емалі. Таким чином, штучна емаль не просто відтворила вихідні механічні властивості захисної поверхні зуба, але й навіть трохи удосконалила їх. Серднє значення модуля Юнга підвищилося з 84 до 87 ГПа, а твердість — з 3 до 4 ГПа (Кротова А., 2019).
Автори публікації зазначають, що хоча ряд матеріалів, таких як композитні смоли, кераміка та амальгама вже були розроблені для відновлення емалі зубів, їх застосування не привело до стійкої репарації внаслідок недосконалого поєднання цих чужорідних матеріалів із нативною емаллю. Проте штучно створений шар гідроксиапатиту, нещодавно відтворений шляхом епітаксіальної ремінералізації, може бути інтегрований у нативну емаль таким чином, що репарація буде стійкою, і цей метод може застосовуватись у клінічній практиці при, скажімо, ерозії емалі.
- Shao C., Jin B., Mu Z. et al. (2019) Repair of tooth enamel by a biomimetic mineralization frontier ensuring epitaxial growth
(https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw9569).
Катерина Приходько-Дибська
