치아 법랑질은 평생 어떻게 지속됩니까?
치아 법랑질은 인체에서 가장 단단한 물질이지만 지금까지 아무도 그것이 어떻게 평생 지속될 수 있는지 몰랐습니다. 최근 연구의 저자는 에나멜의 비밀이 결정의 불완전한 정렬에 있다고 결론지었습니다.
우리가 피부를 자르거나 뼈를 부러 뜨리면이 조직들은 스스로 회복 될 것입니다. 우리 몸은 부상에서 회복하는 데 탁월합니다.
그러나 치아 법랑질은 재생 될 수 없으며 구강은 적대적인 환경입니다.
매 식사 시간에 에나멜은 엄청난 스트레스를받습니다. 또한 pH와 온도 모두에서 극심한 변화를 견뎌냅니다.
이러한 역경에도 불구하고 우리가 어렸을 때 개발 한 치아 법랑질은 우리 시대 내내 우리와 함께 남아 있습니다.
연구자들은 에나멜이 평생 동안 기능적이고 손상되지 않도록 관리하는 방법에 오랫동안 관심을 가져 왔습니다.
최근 연구의 저자 중 한 명인 위스콘신-매디슨 대학의 번데기 길버트 교수는 "어떻게 치명적인 실패를 방지 할 수 있습니까?"라고 말했습니다.
에나멜의 비밀
케임브리지에있는 MIT (Massachusetts Institute of Technology)와 펜실베니아 주 피츠버그 대학의 연구원들의 도움으로 Gilbert 교수는 에나멜 구조에 대해 자세히 살펴 보았습니다.
과학자 팀은 이제 Nature Communications 저널에 연구 결과를 발표했습니다.
에나멜은 hydroxyapatite 결정으로 구성된 소위 에나멜 막대로 구성됩니다. 이 길고 얇은 에나멜 막대는 너비가 약 50 나노 미터이고 길이가 10 마이크로 미터입니다.
최첨단 이미징 기술을 사용하여 과학자들은 치아 법랑질의 개별 결정이 어떻게 정렬되는지 시각화 할 수 있습니다. Gilbert 교수가 설계 한이 기술을 편광 의존 영상 대비 (PIC) 매핑이라고합니다.
PIC 매핑이 등장하기 전에는 이러한 수준의 세부 사항으로 에나멜을 연구하는 것이 불가능했습니다. Gilbert 교수는“개별 나노 결정의 방향을 색상으로 측정하고 시각화 할 수 있으며 수백만 개의 나노 결정을 한 번에 볼 수 있습니다.
“에나멜과 같은 복잡한 바이오 미네랄의 구조는 PIC 맵에서 육안으로 즉시 볼 수 있습니다.”
그들은 법랑질의 구조를 보았을 때 패턴을 발견했습니다. “대체로 우리는 각 막대에 단일 방향이 아니라 인접한 나노 결정 사이의 결정 방향의 점진적인 변화를 확인했습니다.”라고 Gilbert는 설명합니다. "그리고 질문은 '이것이 유용한 관찰입니까?'였습니다."
결정 방향의 중요성
결정 정렬의 변화가 에나멜이 스트레스에 반응하는 방식에 영향을 미치는지 테스트하기 위해 팀은 MIT의 Markus Buehler 교수로부터 도움을 받았습니다. 그들은 컴퓨터 모델을 사용하여 사람이 씹을 때 수산화 인회석 결정이 경험하는 힘을 시뮬레이션했습니다.
모델 내에서 그들은 블록이 한쪽 가장자리를 따라 닿도록 두 개의 수정 블록을 나란히 배치했습니다. 두 블록의 각 결정은 정렬되었지만 다른 블록과 접촉 한 위치에서는 결정이 비스듬히 만났습니다.
여러 실험을 통해 과학자들은 두 개의 수정 블록이 만나는 각도를 변경했습니다. 연구원들이 만난 경계면에서 두 블록을 완벽하게 정렬하면 압력을 가할 때 균열이 나타납니다.
블록이 45도에서 만났을 때도 비슷한 이야기였습니다. 인터페이스에 균열이 생겼습니다. 그러나 결정이 약간만 잘못 정렬되었을 때 계면이 균열을 편향시켜 확산을 방지했습니다.
이 발견은 추가 조사에 박차를가했습니다. 다음으로 Gilbert 교수는 최대 복원력을위한 완벽한 인터페이스 각도를 확인하고자했습니다. 팀은 컴퓨터 모델을 사용하여이 질문을 조사 할 수 없었기 때문에 Gilbert 교수는 진화를 신뢰했습니다. “이상적인 방향의 각도가 없다면 우리 입 속에있는 것이 틀림 없다”고 그녀는 결정했다.
조사를 위해 공동 저자 인 Cayla Stifler는 원래 PIC 매핑 정보로 돌아가 인접한 결정 사이의 각도를 측정했습니다. 수백만 개의 데이터 포인트를 생성 한 후 Stifler는 1 도가 가장 일반적인 잘못된 방향 크기이고 최대 값이 30 도임을 발견했습니다.
이 관찰은 시뮬레이션과 일치합니다. 작은 각도는 균열을 더 잘 편향시킬 수 있습니다.
“이제 우리는 균열이 나노 크기로 편향되어 아주 멀리까지 전파 될 수 없다는 것을 알고 있습니다. 그것이 우리 치아가 교체되지 않고 평생 지속될 수있는 이유입니다.”
번데기 길버트 교수
