Учёные определили естественную концентрацию цинка в дентине по всей поверхности зуба

Зубы представляют собой композит из минеральных веществ и белка, основную массу которого составляет костеподобный дентин с высокой пористостью. Такая структура позволяет зубам одновременно быть прочными и чувствительными. Помимо кальция и фосфата, зубы содержат микроэлементы, например цинк. Используя взаимодополняющие методы микроскопической визуализации, команда исследователей из Charité Berlin, TU Berlin и HZB количественно определила распределение природного цинка вдоль зубов и поперёк них в трёх измерениях. Учёные обнаружили, что по мере увеличения пористости дентина в направлении пульпы концентрация цинка возрастает в 5–10 раз. Эти результаты помогают понять влияние широко используемых цинксодержащих биоматериалов, например пломбировочных материалов, и могут вдохновить на улучшения в стоматологической медицине.

Зубы имеют сложное строение. Зубная пульпа, содержащая нервы, окружена дентином — пористым костеподобным материалом, который снаружи покрыт эмалью в коронковой части зуба и цементом в области корней. Хотя дентин пронизан бесчисленными дентинными канальцами микрометрового размера, зубы способны десятилетиями выдерживать циклические, многократно повторяющиеся нагрузки. Плотность дентинных канальцев увеличивается по направлению к пульпе, то есть дентин становится всё более пористым ближе к внутренней части зуба. Дентинные канальцы передают раздражители к нервам и обеспечивают ощущение холода и тепла через связь с клетками, расположенными в пульпе и корневых каналах. Подобно кости, дентин в основном содержит кальций и фосфат в виде нанокристаллов, а также органические вещества и ряд микроэлементов, которые обычно распределены однородно. Однако микроэлемент цинк в некоторых областях почти отсутствует, тогда как рядом с пульпой его содержание довольно высоко. До этого исследования не было известно, какова концентрация природного цинка и как он распределяется в здоровых зубах.

Идеальные зубы

Команда под руководством профессора Пауля Засланского из Charité Berlin и доктора Иоанны Мантовалу из HZB решила изучить этот вопрос, но столкнулась с тем, что удалённые человеческие зубы обычно загрязнены цинком из-за лечения или использования зубной пасты. Поэтому исследователи использовали зубы крупного рогатого скота, которые в большом количестве утилизируются на бойнях. Такие зубы, как показали, например, инфракрасные исследования, проведённые совместно с командой IRIS на установке BESSY II, обладают высокой степенью сходства с человеческими зубами, но при этом они значительно моложе и не имеют истории стоматологического лечения или чистки зубов.

Где находится цинк?

«Сначала мы сделали тонкие срезы и изучили их под сканирующим электронным микроскопом. Эти изображения показали, что материал между отдельными канальцами почти идеально однороден», — говорит Мантовалу, ответственная за HZB SyncLab.

Затем команда исследовала зубы с помощью различных стоматологических и промышленных систем трёхмерной рентгеновской томографии, чтобы построить карту их трёхмерной микроструктуры, в частности плотности. Как и ожидалось, плотность зуба уменьшается вблизи пульпы, что соответствует увеличению количества канальцев. Эти данные позволили корректно смоделировать материал и оценить экспериментальные данные, полученные с помощью карт микрорентгенофлуоресцентной спектроскопии.

«Мы регистрировали сигналы от многих элементов, в частности кальция, фосфора и цинка. В то время как кальций и фосфор, происходящие из нанокристаллов дентина, распределены равномерно, мы наблюдали и количественно оценили очень резкое увеличение концентрации цинка снаружи внутрь, то есть по направлению к пульпе», — говорит Мантовалу.

Полезные выводы

«Эти результаты очень полезны для дальнейшего совершенствования стоматологической помощи, например для понимания того, должен ли стоматолог рекомендовать материалы с низким или высоким содержанием цинка во время лечения», — объясняет Засланский.

В здоровых зубах цинк заключён внутри дентина. Однако контакт с кислотами — будь то при кариесе или при лечении корневых каналов с использованием цинксодержащих паст — потенциально может химически активировать ферменты, что способно привести к негативным последствиям. «Необходимы исследования на человеческих зубах, чтобы подтвердить нашу гипотезу, основанную на изучении зубов крупного рогатого скота».

Цинк как индикатор

Ещё один важный момент: исследование показывает, что цинк может служить хорошим индикатором для определения минеральной плотности костеподобного материала.

«Плотность костной ткани — серьёзная проблема для многих пациентов. Все знают, что нам нужны кальций и больше минералов, чтобы кости были прочными. Но, возможно, на самом деле нам нужен хороший баланс микропористости?» — предполагает Засланский.

Он заключает: «Мы неожиданно обнаружили, что цинк, вероятно, можно использовать как очень чувствительный показатель градиентов плотности материала, которые могут изменяться в течение жизни. Плотность связана с механической состоятельностью костеподобных тканей и не должна быть ни слишком высокой, ни слишком низкой, чтобы такие ткани могли выполнять свои функции в организме человека. С помощью высокочувствительных методов, таких как рентгенофлуоресцентный анализ, мы можем брать образцы и отслеживать изменения плотности с возрастом, например под влиянием правильно подобранных стоматологических пломбировочных материалов или паст для полости рта».

Источник — www.eurekalert.org