¿Cómo dura el esmalte dental toda la vida?

El esmalte de los dientes es la sustancia más dura del cuerpo humano, pero, hasta ahora, nadie sabía cómo se las arreglaba para durar toda la vida. Los autores de un estudio reciente concluyen que el secreto del esmalte radica en la alineación imperfecta de los cristales.

Utilizando nueva tecnología de imágenes, los científicos han descubierto los secretos del esmalte.

Si nos cortamos la piel o nos rompemos un hueso, estos tejidos se repararán solos; nuestros cuerpos son excelentes para recuperarse de lesiones.

Sin embargo, el esmalte de los dientes no se puede regenerar y la cavidad bucal es un entorno hostil.

Cada comida, el esmalte se ve sometido a un estrés increíble; también soporta cambios extremos tanto en el pH como en la temperatura.

A pesar de esta adversidad, el esmalte dental que desarrollamos de niños permanece con nosotros a lo largo de nuestros días.

Los investigadores han estado interesados ​​durante mucho tiempo en cómo el esmalte se las arregla para mantenerse funcional e intacto durante toda la vida.

Como dice uno de los autores del último estudio, el profesor Pupa Gilbert de la Universidad de Wisconsin-Madison, "¿Cómo previene fallas catastróficas?"

Los secretos del esmalte

Con la ayuda de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Cambridge y la Universidad de Pittsburgh, PA, el profesor Gilbert examinó detalladamente la estructura del esmalte.

El equipo de científicos ahora ha publicado los resultados de su estudio en la revista Nature Communications.

El esmalte está formado por las llamadas varillas de esmalte, que consisten en cristales de hidroxiapatita. Estas varillas de esmalte largas y delgadas tienen alrededor de 50 nanómetros de ancho y 10 micrómetros de largo.

Mediante el uso de tecnología de imágenes de vanguardia, los científicos pudieron visualizar cómo se alinean los cristales individuales en el esmalte dental. La técnica, que diseñó el profesor Gilbert, se denomina mapeo de contraste de imágenes dependiente de la polarización (PIC).

Antes de la llegada del mapeo PIC, era imposible estudiar el esmalte con este nivel de detalle. “[Puede] medir y visualizar, en color, la orientación de los nanocristales individuales y ver muchos millones de ellos a la vez”, explica el Prof. Gilbert.

"La arquitectura de biominerales complejos, como el esmalte, se vuelve inmediatamente visible a simple vista en un mapa PIC".

Cuando vieron la estructura del esmalte, los investigadores descubrieron patrones. “En general, vimos que no había una sola orientación en cada barra, sino un cambio gradual en la orientación de los cristales entre nanocristales adyacentes”, explica Gilbert. "Y luego la pregunta fue: '¿Es esta una observación útil?'"

La importancia de la orientación de los cristales

Para probar si el cambio en la alineación de los cristales influye en la forma en que el esmalte responde al estrés, el equipo reclutó la ayuda del profesor Markus Buehler del MIT. Usando un modelo de computadora, simularon las fuerzas que experimentarían los cristales de hidroxiapatita cuando una persona mastica.

Dentro del modelo, colocaron dos bloques de cristales uno al lado del otro para que los bloques se tocaran a lo largo de un borde. Los cristales dentro de cada uno de los dos bloques estaban alineados, pero cuando entraban en contacto con el otro bloque, los cristales se encontraban en ángulo.

A lo largo de varias pruebas, los científicos alteraron el ángulo en el que se encontraban los dos bloques de cristales. Si los investigadores alinearan perfectamente los dos bloques en la interfaz donde se encontraban, aparecería una grieta cuando aplicaran presión.

Cuando los bloques se encontraron a 45 grados, fue una historia similar; apareció una grieta en la interfaz. Sin embargo, cuando los cristales estaban ligeramente desalineados, la interfaz desvió la grieta y evitó que se extendiera.

Este hallazgo estimuló una mayor investigación. A continuación, el profesor Gilbert quiso identificar el ángulo perfecto de interfaz para una máxima resistencia. El equipo no pudo utilizar modelos informáticos para investigar esta cuestión, por lo que la profesora Gilbert confió en la evolución. "Si hay un ángulo ideal de desorientación, apuesto a que es el que está en nuestras bocas", decidió.

Para investigar, la coautora Cayla Stifler volvió a la información cartográfica original del PIC y midió los ángulos entre cristales adyacentes. Después de generar millones de puntos de datos, Stifler descubrió que 1 grado era el tamaño más común de desorientación y el máximo era de 30 grados.

Esta observación coincidió con la simulación: los ángulos más pequeños parecen más capaces de desviar las grietas.

“Ahora sabemos que las grietas se desvían a nanoescala y, por lo tanto, no pueden propagarse muy lejos. Esa es la razón por la que nuestros dientes pueden durar toda la vida sin ser reemplazados ".

Prof. Pupa Gilbert

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