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Wissenschaftler zeigen, wie die Dentin-Nanostruktur das Reißen der Zähne stoppt

Mehrere Theorien haben versucht zu erklären, wie unsere Zähne den enormen Belastungen standhalten, die wir ihnen jeden Tag unseres Lebens zufügen. Jetzt zeigt eine neue Studie, wie Mineral-Nanopartikel und das umgebende Kollagen im Zahndentin auf Stress so reagieren, dass Risse sich nicht in den Zähnen ausbreiten.
Dentinkanälchen, umgeben von einem Netz aus Kollagenfasern, in die Mineralnanopartikel eingebettet sind - in diesem Bild nicht sichtbar.
Bildnachweis: Jean-Baptiste Forien Charité Universitätsmedizin Berlin

Normalerweise, wenn Knochen beschädigt wird, weil er zum Teil aus lebenden Zellen besteht, kann er sich selbst heilen, indem er neues Gewebe anbaut oder umbaut. Aber während Zähne knochenähnlich sind, haben sie diese Möglichkeit nicht. Wie überleben sie also ein Leben lang?

In der Zeitschrift Nano BuchstabenForscher von Mitgliedern der Charité Universitätsmedizin Berlin in Deutschland beschreiben, wie sie die mechanischen Eigenschaften winziger Nanopartikel- und Faserstrukturen innerhalb des Dentins untersuchten - die Schicht aus weicherem, porösem Material, die unter der viel härteren Schmelzbedeckung der Zähne liegt.

Die Forscher wussten bereits, dass das Dentin winzige Schichtstrukturen aus Mineral-Nanopartikeln enthält, die in kollagene Proteinfasern eingebettet und fest mit ihnen verbunden sind.

Und während man dachte, dass diese Schichten aus mineralischen Nanopartikeln und Kollagenproteinen die Zähne widerstandsfähig und widerstandsfähig gegen Schäden machen, war nicht klar, wie sie das Wachstum von Rissen verhinderten.

Mineral-Nanopartikel in Kollagenstrukturen im Dentin sind "vorverdichtet"

Die neue Studie zeigt, dass die Nanopartikel "vorkomprimiert" sind, und das verhindert Risse auf Reisen, wie der leitende Autor Dr. Paul Zaslansky vom Julius-Wolff-Institut der Charité erklärt:

"Der komprimierte Zustand trägt dazu bei, Rissbildung zu verhindern, und wir haben festgestellt, dass die Kompression so erfolgt, dass Risse nicht so leicht in die Zahninnenteile gelangen können, was die empfindliche Pulpa schädigen könnte."

Ingenieure verwenden Kompression, um industrielle Materialien für stresstragende Aufgaben wie Zahnräder und Turbinenschaufeln zu verstärken. Jetzt zeigt diese Studie, dass die Evolution lange vor dem industriellen Menschen in dieser Lösung angekommen sein kann.

Die Forscher untersuchten die winzigen Strukturen von Zahndentin mit mikro- und nanofokussierten Röntgenstrahlen, die von fortschrittlichen Synchrotron-basierten Beugungsgeräten erzeugt wurden, von denen einige an der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle in Grenoble, Frankreich, angesiedelt sind.

Sie änderten die Feuchtigkeit von Dentinproben, um ihre mechanischen Eigenschaften zu verändern und zu untersuchen, wie Stress in dem Material erzeugt wurde.

Sie fanden heraus, dass, wenn die Kollagenfasern schrumpften, dies die Kompression in den angehefteten mineralischen Nanopartikeln erhöhte.

In weiteren Tests fanden sie heraus, dass Hitze die Verbindung zwischen den Nanopartikeln und den Fasern schwächt und das Dentin spröder macht.

Studie kann zu härteren keramischen Materialien für Zahnersatz führen

Erstautor Jean-Baptiste Forien, Doktorand am Julius Wolff Institut, sagt:

"Wir glauben daher, dass das Gleichgewicht der Spannungen zwischen den Partikeln und dem Protein für das verlängerte Überleben der Zähne im Mund wichtig ist."

Das Team legt nahe, dass ihre Ergebnisse erklären könnten, warum künstlicher Zahnersatz nicht so belastbar ist wie gesunde, natürliche Zähne. Vielleicht sind keramische Materialien zu "passiv" und reagieren nicht auf Stress wie die natürlichen, vorkomprimierten Strukturen.

Dr. Zaslansky schließt mit:

"Unsere Ergebnisse könnten die Entwicklung von härteren Keramikstrukturen für die Reparatur oder den Ersatz von Zähnen inspirieren."

Früher in diesem Jahr, MNT erfahren, wie ein Team der National Taiwan University ein haltbares Biomaterial entwickelt, um die Empfindlichkeit der Zähne zu reduzieren. Im Tagebuch schreiben ACS NanoDie Forscher stellten fest, dass ihre Tests an Hunden zeigten, dass das neue Biomaterial freiliegende Dentinkanälchen tiefer verstopfte als andere Behandlungen.

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