Karijes je primorao većinu populacije u SAD na neprijatne posete stomatologu. U stvari, preko 90% odraslih imalo je bar jednu šupljinu. Štaviše, duži životni vek i ogromna nejednakost u zdravlju zuba doprinose porastu slučajeva.
Ipak, uprkos radu biologa, naučnika materijala, hemičara, inženjera i kliničara, ne zna se mnogo o tome kako i zašto je kod nekih ljudi veća verovatnoća da će doživeti karijes zubne gleđi ili urođena stanja.
Sada je interdisciplinarni tim istraživača sa Univerziteta Northvestern mapirao jone u ljudskim zubima i otkrio značajne strukturne razlike između uzoraka koje mogu poboljšati razumevanje životnog ciklusa gleđi i uticaja na ljudsko zdravlje.
Novi rad pod nazivom „Mezoskalni strukturni gradijenti u zubnoj gleđi čoveka“, objavljen 19. decembra u Proceedings of the National Academi of Sciences, pokazuje nove pristupe merenju razlika u sastavu zuba na prethodno neistraženoj, teško merljivoj skali zubnu gleđ.
Zubna gleđ može biti jedan od najsloženijih materijala koje proizvode kičmenjaci — značajna prepreka za potpunije razumevanje zuba u kontekstu formiranja i opšteg blagostanja.
„Ovaj rad se uklapa u širi cilj razumevanja strukture ovog važnog biološkog materijala i njegove uloge u ljudskom zdravlju, posebno u svetlu zubnih karijesa i karijesa“, rekao je Robert Fri, prvi autor rada i istraživač materijala i inženjeringa. na Northvestern’s McCormick School of Engineering.
Koristeći tehnologiju difrakcije rendgenskih zraka, tim je bio u mogućnosti da uoči male razlike – reda pikometara, delić veličine jednog atoma – u kristalografskim parametrima kristalita emajla, koje su povezali sa prisustvom jona poput magnezijuma i natrijum ili karbonat.
„Postoji vrlo malo tehnika koje mogu precizno izmeriti ove posebne jone unutar kristalita emajla,“ rekao je Derk Joester iz Northvesterna, korespondentni autor rada. „Imaju nizak atomski broj i koncentracije, tako da na kraju predviđamo kompozicione razlike koje su reda veličine atomskog procenta. Ovo zahteva ekstremnu tačnost i moguće je samo sa rendgenskim zracima koji koriste lateralni pristup za predviđanje sastava.“
Joester je vanredni profesor nauke o materijalima i inženjerstva u McCormick-u. Član je Northvestern Instituta za hemiju životnih procesa i Centra za istraživanje materijala.
U studiji, istraživači su pogledali tri zdrava zuba odraslih ljudi. Tehnologija koja uključuje sinhrotronsku difrakciju rendgenskih zraka i nekontrolisano mašinsko učenje, zatim je otkrila strukture unutar karakteristika mezoskale, konkretno, jednostruke emajlirane šipke i okolni emajl među štapovima.
Štapovi su snopovi od oko 10.000 kristalita – veoma tankih, dugih kristala – koji su složeni zajedno na uredan način kao šaka suvih špageta. Ranije, radeći sa tomografijom atomske sonde i transmisionom elektronskom mikroskopijom, istraživači su mogli da posmatraju samo malu oblast unutar štapa bez mogućnosti da razlikuju razlike između parametara kristalne rešetke u emajlu štapa i među štapovima.
Tim je otkrio razlike u orijentaciji i strukturi rešetke između uzoraka emajla na nivou mezoskala. Mezoskala je srednja skala koja se nalazi između atomske skale i onih koje se mogu uočiti ljudskim okom. Tamo gde se druge skale dobro razumeju, bez naprednije tehnologije, mezoskala se ne može meriti. Dugogodišnje partnerstvo sa Advanced Photon Source (APS), korisničkim objektom Kancelarije za nauku Ministarstva energetike u Nacionalnoj laboratoriji Argonne, omogućilo je severozapadnom timu da istražuje strukture na mezoskali, gde se štapovi mogu uhvatiti.
„APS je ogroman resurs za Northvestern“, rekao je Stjuart Stok, profesor ćelijske i razvojne biologije na Medicinskom fakultetu Univerziteta Northvestern Feinberg i autor rada. „U Argonu postoje sve ove sofisticirane mašine koje našim studentima daju priliku da često koriste najsavremenije alate bez potrebe da svaki put skaču u avion.“
Stock je opisao veličinu uzorka studije kao populaciju „Zlatokosa“ jer je demonstrirala nova otkrića, naučila tim kako da pripreme ozloglašene teške uzorke gleđi i pokazala im da ova skala može otkriti stvari kao što su formiranje zuba i opšte zdravlje.
„Pokrenuli smo više pitanja nego što smo počeli“, rekao je Stock. „Nismo to u potpunosti izložili i opisali, ali ovde se nešto dešava i potrebno je mnogo više posla u ovom obimu na ovom konkretnom problemu.
Istraživači su razvili nove teorije o zubima na osnovu ključnih nalaza studije. Na primer, šipke su izgledale drugačije nego što se očekivalo i imale su značajne varijacije između zuba svakog pojedinca. Ostaje da se vidi da li su varijacije zajedničke za sve ljude ili su kritični dokaz zašto su populacije, uključujući žene, podložnije karijesu.
Tim veruje da bi odgovori na ova pitanja mogli da nas dovedu do razumevanja kako se zubna gleđ razvija, što bi bilo ključno znanje za naučnike koji razvijaju gleđ u laboratorijama ili pokušavaju da zaustave karijes pre nego što počne.
„Viđenje neorganskog otiska prstiju kristala emajla daje nam uvid u to šta se dešavalo kada je emajl formiran“, rekla je Viktorija Kuli, dr. student koji proučava životinjske modele zuba na odseku za nauku o materijalima Northvesterna. „Gledajući različite jone i gledajući gde su oni lokalizovani u gleđi, govori nam šta ćelije rade tokom formiranja i čemu doprinose.“
Magnezijum i karbonatni joni, na primer, kontrolišu rastvorljivost gleđi, tako da njihov sastav u zubnoj gleđi može biti kritičan za to kako i kada se zubi pokvare. Sa otkrićima da postoje razlike u strukturi gleđi koje se pripisuju promenama parametara rešetke, tim smatra da se sastav između zuba takođe razlikuje, što označava korak bliže srcu karijesa.
