Come dura una vita lo smalto dei denti?
Lo smalto dei denti è la sostanza più dura del corpo umano, ma fino ad ora nessuno sapeva come fosse riuscito a durare una vita. Gli autori di un recente studio concludono che il segreto dello smalto risiede nell'allineamento imperfetto dei cristalli.
Se tagliamo la nostra pelle o rompiamo un osso, questi tessuti si ripareranno da soli; i nostri corpi sono eccellenti per riprendersi dagli infortuni.
Lo smalto dei denti, tuttavia, non può rigenerarsi e la cavità orale è un ambiente ostile.
Ad ogni pasto, lo smalto è sottoposto a uno stress incredibile; resiste anche a cambiamenti estremi sia di pH che di temperatura.
Nonostante queste avversità, lo smalto dei denti che sviluppiamo da bambini rimane con noi per tutta la giornata.
I ricercatori sono da tempo interessati a come lo smalto riesca a rimanere funzionale e intatto per tutta la vita.
Come afferma uno degli autori dell'ultimo studio, il Prof. Pupa Gilbert dell'Università del Wisconsin-Madison, "Come si previene il fallimento catastrofico?"
I segreti dello smalto
Con l'assistenza dei ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge e dell'Università di Pittsburgh, PA, il Prof. Gilbert ha esaminato in dettaglio la struttura dello smalto.
Il team di scienziati ha ora pubblicato i risultati del suo studio sulla rivista Nature Communications.
Lo smalto è costituito dai cosiddetti bastoncini di smalto, che consistono in 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 sono allineati i singoli cristalli nello smalto dei denti. La tecnica, progettata dal Prof. Gilbert, è chiamata mappatura del contrasto di imaging dipendente dalla polarizzazione (PIC).
Prima dell'avvento della mappatura PIC, era impossibile studiare lo smalto con questo livello di dettaglio. "[Potete] 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 i modelli. "In generale, abbiamo visto che non c'era un singolo orientamento in ciascuna barra, ma un graduale cambiamento nell'orientamento 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 dei cristalli influenza il modo in cui lo smalto risponde allo stress, il team ha reclutato l'aiuto del Prof. Markus Buehler del MIT. Utilizzando un modello al computer, hanno simulato le forze che i cristalli di idrossiapatite subirebbero 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 dove sono entrati in contatto con l'altro blocco, i cristalli si sono incontrati ad angolo.
Nel corso di diverse prove, gli scienziati hanno modificato l'angolo di incontro dei due blocchi di cristalli. Se i ricercatori avessero allineato perfettamente i due blocchi all'interfaccia in cui si erano incontrati, una crepa sarebbe apparsa quando avrebbero applicato la pressione.
Quando i blocchi si sono incontrati a 45 gradi, è stata una storia simile; una crepa apparve all'interfaccia. Tuttavia, quando i cristalli erano solo leggermente disallineati, l'interfaccia deviava la fessura e ne impediva la diffusione.
Questa scoperta ha stimolato ulteriori indagini. Successivamente, il Prof. Gilbert ha voluto identificare l'angolo di interfaccia perfetto per la massima resilienza. Il team non ha potuto utilizzare modelli computerizzati per indagare su questa domanda, quindi la Prof. Gilbert ha riposto la sua fiducia nell'evoluzione. "Se c'è un angolo ideale di disorientamento, scommetto che è quello che abbiamo in bocca", decise.
Per indagare, il coautore Cayla Stifler è tornato alle informazioni di mappatura PIC originali e ha misurato gli angoli tra cristalli adiacenti. Dopo aver generato milioni di punti dati, Stifler ha scoperto che 1 grado era la dimensione più comune del disorientamento e il massimo era 30 gradi.
Questa osservazione concorda con la simulazione: angoli più piccoli sembrano in grado di deviare meglio le crepe.
"Ora sappiamo che le crepe vengono deviate su scala nanometrica e, quindi, non possono propagarsi molto lontano. Questo è il motivo per cui i nostri denti possono durare una vita senza essere sostituiti. "
Prof. Pupa Gilbert
