كيف يدوم مينا الأسنان مدى الحياة؟

مينا الأسنان هي أصعب مادة في جسم الإنسان ، ولكن حتى الآن ، لم يعرف أحد كيف تمكنت من أن تدوم مدى الحياة. استنتج مؤلفو دراسة حديثة أن سر المينا يكمن في المحاذاة غير الكاملة للبلورات.

باستخدام تقنية التصوير الجديدة ، كشف العلماء عن أسرار المينا.

إذا قطعنا جلدنا أو كسرنا عظمًا ، فإن هذه الأنسجة ستصلح نفسها ؛ أجسامنا ممتازة في التعافي من الإصابة.

ومع ذلك ، فإن مينا الأسنان لا يمكن أن تتجدد ، وتجويف الفم هو بيئة معادية.

في كل وجبة ، يتم وضع المينا تحت ضغط لا يصدق ؛ كما أنه يعاني من تغيرات شديدة في كل من درجة الحموضة ودرجة الحرارة.

على الرغم من هذه المحنة ، يبقى مينا الأسنان الذي نطوره كطفل معنا طوال أيامنا هذه.

لطالما اهتم الباحثون بكيفية إدارة المينا للبقاء وظيفيًا وسليمًا مدى الحياة.

كما قال أحد مؤلفي الدراسة الأخيرة ، البروفيسور بوبا جيلبرت من جامعة ويسكونسن ماديسون ، "كيف تمنع الفشل الكارثي؟"

أسرار المينا

بمساعدة الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في كامبريدج وجامعة بيتسبرغ ، بنسلفانيا ، ألقى البروفيسور جيلبرت نظرة مفصلة على بنية المينا.

نشر فريق العلماء الآن نتائج دراسته في مجلة Nature Communications.

يتكون المينا من ما يسمى بقضبان المينا ، والتي تتكون من بلورات هيدروكسيباتيت. يبلغ عرض قضبان المينا الطويلة والرفيعة هذه حوالي 50 نانومترًا وطولها 10 ميكرومتر.

باستخدام أحدث تقنيات التصوير ، يمكن للعلماء تصور كيفية محاذاة البلورات الفردية في مينا الأسنان. التقنية التي صممها البروفيسور جيلبرت تسمى رسم خرائط تباين التصوير المعتمد على الاستقطاب (PIC).

قبل ظهور رسم خرائط الموافقة المسبقة عن علم ، كان من المستحيل دراسة المينا بهذا المستوى من التفاصيل. يوضح البروفيسور جيلبرت: "[Y] يمكنك قياس وتصور ، بالألوان ، اتجاه بلورات النانو الفردية ورؤية ملايين عديدة منها في وقت واحد".

"هندسة المعادن الحيوية المعقدة ، مثل المينا ، تصبح مرئية على الفور بالعين المجردة في خريطة الموافقة المسبقة عن علم."

عندما نظروا إلى بنية المينا ، اكتشف الباحثون الأنماط. يوضح جيلبرت: "على العموم ، رأينا أنه لم يكن هناك اتجاه واحد في كل قضيب ، ولكن تغيرًا تدريجيًا في الاتجاهات البلورية بين البلورات النانوية المجاورة". "ثم كان السؤال ،" هل هذه ملاحظة مفيدة؟ "

أهمية التوجه البلوري

لاختبار ما إذا كان التغيير في المحاذاة الكريستالية يؤثر على الطريقة التي يستجيب بها المينا للإجهاد ، استعان الفريق بالمساعدة من البروفيسور ماركوس بوهلر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. باستخدام نموذج حاسوبي ، قاموا بمحاكاة القوى التي ستواجهها بلورات هيدروكسيباتيت عندما يمضغ الشخص.

داخل النموذج ، وضعوا كتلتين من البلورات بجانب بعضهما البعض بحيث تلامس الكتل على طول حافة واحدة. تمت محاذاة البلورات داخل كل من الكتلتين ، ولكن عند ملامستها للكتلة الأخرى ، التقت البلورات بزاوية.

خلال العديد من التجارب ، قام العلماء بتغيير الزاوية التي تلتقي عندها كتلتان من البلورات. إذا قام الباحثون بمحاذاة الكتلتين تمامًا عند الواجهة حيث التقيا ، فسيظهر صدع عند الضغط.

عندما اجتمعت الكتل عند 45 درجة ، كانت قصة مماثلة ؛ ظهر صدع في الواجهة. ومع ذلك ، عندما تكون البلورات منحرفة قليلاً فقط ، عملت الواجهة على انحراف الكراك ومنعته من الانتشار.

دفعت هذه النتيجة إلى مزيد من التحقيق. بعد ذلك ، أراد البروفيسور جيلبرت تحديد الزاوية المثالية للواجهة لأقصى قدر من المرونة. لم يتمكن الفريق من استخدام نماذج الكمبيوتر للتحقيق في هذا السؤال ، لذلك وضعت الأستاذة جيلبرت ثقتها في التطور. قررت "إذا كانت هناك زاوية مثالية من سوء التوجيه ، أراهن أنها الزاوية في أفواهنا".

للتحقيق ، عادت المؤلفة المشاركة كايلا ستيفلر إلى معلومات رسم الخرائط الأصلية للموافقة المسبقة عن علم وقياس الزوايا بين البلورات المجاورة. بعد إنشاء الملايين من نقاط البيانات ، وجد Stifler أن الدرجة الأولى هي الحجم الأكثر شيوعًا لسوء التوجيه ، وأن الحد الأقصى كان 30 درجة.

تتفق هذه الملاحظة مع المحاكاة - تبدو الزوايا الأصغر أكثر قدرة على صرف الشقوق.

"نحن نعلم الآن أن الشقوق تنحرف في المقياس النانوي ، وبالتالي لا يمكن أن تنتشر بعيدًا. هذا هو السبب في أن أسناننا يمكن أن تدوم مدى الحياة دون أن يتم استبدالها ".

البروفيسور بوبا جيلبرت