Hvordan holder tandemaljen livet ud?
Tandemalje er det hårdeste stof i menneskekroppen, men indtil nu vidste ingen, hvordan det lykkedes at vare livet ud. Forfatterne af en nylig undersøgelse konkluderer, at emaljens hemmelighed ligger i den ufuldkomne justering af krystaller.
Hvis vi skærer vores hud eller bryder en knogle, vil disse væv reparere sig selv; vores kroppe er fremragende til at komme sig efter skade.
Tandemaljen kan imidlertid ikke regenere, og mundhulen er et fjendtligt miljø.
Hver måltid sættes emalje under utrolig stress; det væder også ekstreme ændringer i både pH og temperatur.
På trods af denne modgang forbliver den tandemalje, som vi udvikler som barn, hos os gennem vores dage.
Forskere har længe været interesserede i, hvordan emalje formår at forblive funktionel og intakt i livet.
Som en af forfatterne til den seneste undersøgelse siger professor Pupa Gilbert fra University of Wisconsin – Madison det: "Hvordan forhindrer det katastrofalt fiasko?"
Emalens hemmeligheder
Med hjælp fra forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Cambridge og University of Pittsburgh, PA, tog prof. Gilbert et detaljeret kig på emaljens struktur.
Forskergruppen har nu offentliggjort resultaterne af sin undersøgelse i tidsskriftet Nature Communications.
Emalje består af såkaldte emaljestænger, der består af hydroxyapatitkrystaller. Disse lange, tynde emaljestænger er omkring 50 nanometer brede og 10 mikrometer lange.
Ved at bruge banebrydende billedteknologi kunne forskerne visualisere, hvordan individuelle krystaller i tandemaljen er justeret. Teknikken, som Prof. Gilbert designede, kaldes kortlægning af polariseringsafhængig billedkontrast (PIC).
Før fremkomsten af PIC-kortlægning var det umuligt at studere emalje med dette detaljeringsniveau. "[Du] kan måle og visualisere, i farve, orienteringen af individuelle nanokrystaller og se mange millioner af dem på én gang," forklarer professor Gilbert.
"Arkitekturen for komplekse biomineraler, såsom emalje, bliver straks synlig for det blotte øje på et PIC-kort."
Da de så emaljestrukturen, afdækkede forskerne mønstre. ”I det store og hele så vi, at der ikke var en enkelt orientering i hver stang, men en gradvis ændring i krystalorienteringer mellem tilstødende nanokrystaller,” forklarer Gilbert. "Og så var spørgsmålet," Er dette en nyttig observation? ""
Betydningen af krystalorientering
For at teste, om ændringen i krystaljustering påvirker den måde, emalje reagerer på stress, rekrutterede holdet hjælp fra prof. Markus Buehler fra MIT. Ved hjælp af en computermodel simulerede de de kræfter, som hydroxyapatitkrystaller ville opleve, når en person tygger.
Inden for modellen placerede de to blokke af krystaller ved siden af hinanden, så blokke berørte langs den ene kant. Krystallerne inden for hver af de to blokke blev justeret, men hvor de kom i kontakt med den anden blok mødtes krystallerne i en vinkel.
Gennem flere forsøg ændrede forskerne vinklen, hvormed de to blokke af krystaller mødtes. Hvis forskerne perfekt justerede de to blokke ved grænsefladen, hvor de mødtes, ville der opstå en revne, når de påførte pres.
Da blokkene mødtes ved 45 grader, var det en lignende historie; en revne dukkede op ved grænsefladen. Men når krystallerne kun var lidt forkert justeret, afbøjede grænsefladen revnen og forhindrede den i at sprede sig.
Dette fund ansporede yderligere undersøgelse. Dernæst ønskede prof. Gilbert at identificere den perfekte grænseflade for maksimal modstandsdygtighed. Holdet kunne ikke bruge computermodeller til at undersøge dette spørgsmål, så Prof. Gilbert satte sin tillid til evolutionen. "Hvis der er en ideel vinkling af misorientering, vil jeg vædde på, at det er den i vores mund," besluttede hun.
For at undersøge, vendte medforfatter Cayla Stifler tilbage til de originale PIC-kortoplysninger og målte vinklerne mellem tilstødende krystaller. Efter at have genereret millioner af datapunkter fandt Stifler, at 1 grad var den mest almindelige størrelse af misorientering, og den maksimale var 30 grader.
Denne observation var enig med simuleringen - mindre vinkler synes bedre at være i stand til at afbøje revner.
”Nu ved vi, at revner afbøjes i nanoskalaen og derfor ikke kan sprede sig meget langt. Det er grunden til, at vores tænder kan vare hele livet uden at blive udskiftet. ”
Prof. Pupa Gilbert
