Odontoiatria

Come dura lo smalto dei denti una vita?

Lo smalto dei denti è la sostanza più dura del corpo umano, ma fino ad ora nessuno sapeva come riuscisse a durare una vita. Gli autori di un recente studio concludono che il segreto dello smalto sta nell’allineamento imperfetto dei cristalli.

Se tagliamo la pelle o rompiamo un osso, questi tessuti si riparano da soli; i nostri corpi sono eccellenti nel riprendersi da un infortunio.

Lo smalto dei denti, tuttavia, non può rigenerarsi e la cavità orale è un ambiente ostile.

Ad ogni pasto, lo smalto viene sottoposto a uno stress incredibile; inoltre sopporta cambiamenti estremi sia nel pH che nella temperatura.

Nonostante questa avversità, lo smalto dei denti che sviluppiamo da bambino rimane con noi durante i nostri giorni.

I ricercatori sono stati a lungo interessati a come lo smalto riesce a rimanere funzionale e intatto per tutta la vita.

Come uno degli autori dell’ultimo studio, il Prof. Pupa Gilbert dell’Università del Wisconsin-Madison afferma: “Come si può prevenire un fallimento catastrofico?”

I segreti dello smalto

Con l’assistenza dei ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge e dell’Università di Pittsburgh, Pennsylvania, il Prof. Gilbert ha dato uno sguardo dettagliato alla struttura dello smalto.

Il team di scienziati ha ora pubblicato i risultati del suo studio sulla rivista Nature Communications.

Lo smalto è costituito da cosiddette bacchette di smalto, costituite da cristalli di idrossiapatite. Queste aste di smalto lunghe e sottili sono larghe circa 50 nanometri e lunghe 10 micrometri.

Utilizzando una tecnologia di imaging all’avanguardia, gli scienziati hanno potuto visualizzare come allineare i singoli cristalli nello smalto dei denti. La tecnica, progettata dal prof. Gilbert, è chiamata mappatura del contrasto di imaging (PIC) dipendente dalla polarizzazione.

Prima dell’avvento della mappatura PIC, era impossibile studiare lo smalto con questo livello di dettaglio. “(Y) puoi misurare e visualizzare, a colori, l’orientamento dei singoli nanocristalli e vederne molti milioni contemporaneamente”, spiega il Prof. Gilbert.

“L’architettura di biominerali complessi, come lo smalto, diventa immediatamente visibile ad occhio nudo in una mappa PIC.”

Quando hanno visto la struttura dello smalto, i ricercatori hanno scoperto modelli. “Nel complesso, abbiamo visto che non c’era un singolo orientamento in ciascuna asta, ma un graduale cambiamento negli orientamenti dei cristalli tra nanocristalli adiacenti”, spiega Gilbert. “E poi la domanda era: ‘È un’osservazione utile?

L’importanza dell’orientamento del cristallo

Per verificare se il cambiamento nell’allineamento del cristallo influenza il modo in cui lo smalto risponde allo stress, il team ha richiesto l’aiuto del Prof. Markus Buehler del MIT. Usando un modello al computer, hanno simulato le forze che i cristalli di idrossiapatite sperimenterebbero quando una persona mastica.

All’interno del modello, hanno posizionato due blocchi di cristalli uno accanto all’altro in modo che i blocchi si toccassero lungo un bordo. I cristalli all’interno di ciascuno dei due blocchi erano allineati, ma quando sono entrati in contatto con l’altro blocco, i cristalli si sono incontrati ad angolo.

Durante diverse prove, gli scienziati hanno modificato l’angolazione con cui si sono incontrati i due blocchi di cristalli. Se i ricercatori hanno allineato perfettamente i due blocchi all’interfaccia in cui si sono incontrati, una crepa apparirebbe quando hanno applicato la pressione.

Quando i blocchi si incontrarono a 45 gradi, fu una storia simile; una fessura apparve all’interfaccia. Tuttavia, quando i cristalli erano solo leggermente disallineati, l’interfaccia deviava la fessura e ne impediva la diffusione.

Questa scoperta ha spinto ulteriori indagini. Successivamente, il Prof. Gilbert ha voluto identificare l’angolo perfetto di interfaccia per la massima resilienza. Il team non ha potuto utilizzare modelli di computer per indagare su questa domanda, quindi il Prof. Gilbert si è affidato all’evoluzione. “Se c’è un angolo ideale di misorientation, scommetto che è quello nella nostra bocca”, ha deciso.

Per indagare, la coautrice Cayla Stifler è tornata alle informazioni originali sulla mappatura PIC e ha misurato gli angoli tra i cristalli adiacenti. Dopo aver generato milioni di punti dati, Stifler ha scoperto che 1 grado era la dimensione più comune di misorientazione e il massimo era di 30 gradi.

Questa osservazione concordava con la simulazione: angoli più piccoli sembrano meglio in grado di deviare le crepe.

“Ora sappiamo che le crepe sono deviate su scala nanometrica e, quindi, non possono propagarsi molto lontano. Questa è la ragione per cui i nostri denti possono durare una vita senza essere sostituiti.”

Prof. Pupa Gilbert

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