Восстановить зубную эмаль поможет улучшенный минерализованный материал

10:18, 14 сентября 2022

Он полностью аналогичен составу и микроструктуре природной эмали

Эффективность нового покрытия для эмали ученые проверили на настоящих здоровых зубах. Фото: Данил Илюхин.

Ученые усовершенствовали гидроксиапатит (ГАП) — материал для минерализации костей и зубов. Добавив в состав гидроксиапатита комплекс аминокислот, они смогли сформировать из этого материала слой для покрытия зубов, воспроизводящий состав и микроструктуру природной эмали. Улучшенный состав материала повторяет особенности поверхности зуба на молекулярном и структурном уровне, а по прочности превосходит природную ткань. Новый метод восстановления зубной ткани может использоваться для снижения чувствительности зубов в случае истирания эмали или для ее восстановления после эрозии или неправильной диеты. Описание исследования и результаты экспериментов опубликованы в журнале Results in Engineering.

«Зубная эмаль несет защитную функцию, но, к сожалению, ее целостность может быть нарушена, например, истиранием, эрозией или микросколами. Если вовремя не восстановить поверхность тканей, поражение эмали далее затронет дентин, а затем и пульпу зуба. Поэтому необходимо восстановить поверхность эмали до здорового уровня или нарастить дополнительные слои на поверхности, если она стала очень тонкой. Мы создали биомиметический (т. е. имитирующий природный) минерализованный слой, нанокристаллы которого повторяют упорядоченность нанокристаллов апатита эмали зубов. Мы также выяснили, что сконструированный слой гидроксиапатита обладает повышенной нанотвердостью, превышающей таковую у нативной эмали», — рассказывает ведущий специалист НОЦ «Нанотех» УрФУ, завкафедрой физики твердого тела и наноструктур ВГУ Павел Середин.

Гидроксиапатит — это соединение, которое является основным компонентом костей и зубов человека. Ученые подобрали комплекс полифункциональных органических и полярных аминокислот, в который вошли, например, лизин, аргинин и гистидин, имеющие важное значение для формирования и восстановления костных и мышечных структур. Выбранные аминокислоты позволили получить гидроксиапатит, который по морфологии полностью аналогичен апатиту (основному компоненту тканей) эмали зубов. Также исследователи описали условия среды, в которой должны происходить процессы связывания гидроксиапатита с зубной тканью. Только при их соблюдении возможно полностью воспроизвести структуру природной эмали.

«Традиционно в стоматологии при восстановлении эмали используются композитные пломбировочные материалы. Для увеличения эффективности сцепления эмали и композита техника реставрации предусматривает предварительное кислотное протравливание эмали. Оставшиеся после этого продукты травления не всегда могут оказывать положительное влияние на связывание эмали и синтетических материалов. Для воспроизведения слоев эмали биомиметическими методами мы нейтрализовали среду и убрали продукты травления с использованием кальциевой щелочи. Таким образом мы улучшили связывание новых слоев гидроксиапатита», — поясняет Павел Середин.

Формирование минерализованного слоя со свойствами, напоминающими свойства естественной твердой ткани, было подтверждено результатами полевой эмиссионной электронной и атомно-силовой микроскопии, а также химической визуализацией участков поверхности с помощью рамановской микроспектроскопии. Исследование было проведено на здоровых зубах, чтобы исключить влияние сторонних факторов на получаемый слой и иметь возможность сопоставить результат со здоровыми зубами. Далее исследователи займутся решением задачи по восстановлению более крупных дефектов, которые могут иметь разную природу от начальных стадий кариеса до трещин и объемных сколов.

Совместное исследование проведено учеными научно-образовательного центра «Наноматериалы и нанотехнологии» УрФУ, Воронежского государственного университета, Воронежского государственного медицинского университета, Университета Аль-Азхар и Национального исследовательского центра (Египет). Работа выполнена при поддержке гранта РНФ (проект № 21-75-10005).

Справка

Эмаль зуба состоит в основном из неорганического вещества (биологический апатит, около 95 % по весу), органического компонента (коллагеновые волокна, 1–1,5 %) и воды (4 %). Стоматологические композитные материалы не обладают способностью к самостоятельному физическому и химическому связыванию к тканям зуба. Поэтому для создания прочного соединения композита с тканями зуба необходимо использовать дополнительные материалы. Для увеличения эффективности сцепления эмали и композита техника реставрации зубов предусматривает предварительное кислотное протравливание эмали жидкостью или гелем на основе фосфорной (10–37 %) или малеиновой (10 %) кислоты.

Гидроксиапатит является основным неорганическим компонентом костной ткани, минерализованных тканей человека и животных, вследствие чего он широко используется в различных областях медицины — косметологии, ортопедии, стоматологии. Гидроксиапатит, получаемый химическим способом, при участии вторичного источника кальция — яичной скорлупы птиц по микроэлементному составу, структуре и размерному фактору схож с апатитом эмали зубов. Данный способ синтезирования ГАП прост в использовании и экономически целесообразен.