歯のエナメル質はどのように一生続くのですか？

歯のエナメル質は人体で最も硬い物質ですが、これまで、それがどのように一生続くのか誰も知りませんでした。最近の研究の著者は、エナメルの秘密は結晶の不完全な配列にあると結論付けています。

科学者たちは、新しい画像技術を使用して、エナメル質の秘密を解き明かしました。

皮膚を切ったり骨を折ったりすると、これらの組織は自然に修復されます。私たちの体は怪我からの回復に優れています。

しかし、歯のエナメル質は再生できず、口腔は敵対的な環境です。

食事のたびに、エナメル質は信じられないほどのストレスにさらされます。また、pHと温度の両方の極端な変化にも耐えます。

この逆境にもかかわらず、私たちが子供の頃に開発した歯のエナメル質は、私たちの日々を通して私たちのそばに残っています。

研究者たちは、エナメル質が生涯にわたって機能的で無傷のままでいる方法に長い間関心を持ってきました。

最新の研究の著者の一人として、ウィスコンシン大学マディソン校のPupa Gilbert教授は、「壊滅的な失敗をどのように防ぐのか」と述べています。

エナメルの秘密

ケンブリッジにあるマサチューセッツ工科大学（MIT）とペンシルバニア州ピッツバーグ大学の研究者の支援を受けて、ギルバート教授はエナメル質の構造を詳細に調べました。

科学者のチームは現在、その研究の結果をジャーナルNatureCommunicationsに公開しています。

エナメルは、ヒドロキシアパタイト結晶からなるいわゆるエナメル小柱で構成されています。これらの長くて細いエナメル小柱は、幅が約50ナノメートル、長さが10マイクロメートルです。

科学者は、最先端のイメージング技術を使用することで、歯のエナメル質の個々の結晶がどのように整列しているかを視覚化できます。ギルバート教授が設計した手法は、偏光依存イメージングコントラスト（PIC）マッピングと呼ばれます。

PICマッピングが登場する前は、このレベルの詳細でエナメルを研究することは不可能でした。「[あなた]は、個々のナノ結晶の配向を色で測定して視覚化し、一度に何百万ものナノ結晶を見ることができます」とギルバート教授は説明します。

「エナメルなどの複雑なバイオミネラルの構造は、PICマップで肉眼ですぐに見えるようになります。」

彼らがエナメル質の構造を見たとき、研究者たちはパターンを発見しました。「概して、各ロッドに単一の配向はなく、隣接するナノ結晶間の結晶配向が徐々に変化することがわかりました」とギルバートは説明します。「そして、問題は、「これは有用な観察ですか？」でした。」

結晶方位の重要性

結晶配列の変化がエナメル質がストレスに反応する方法に影響を与えるかどうかをテストするために、チームはMITのMarkusBuehler教授から助けを求めました。彼らはコンピューターモデルを使用して、人が噛んだときにヒドロキシアパタイト結晶が受ける力をシミュレートしました。

モデル内で、2つの結晶ブロックを並べて配置し、ブロックが1つのエッジに沿って接触するようにしました。 2つのブロックのそれぞれの内部の結晶は整列していましたが、それらが他のブロックと接触したところで、結晶は斜めに出会っていました。

いくつかの試験を通して、科学者たちは2つの結晶ブロックが出会う角度を変えました。研究者が出会った境界面で2つのブロックを完全に位置合わせすると、圧力を加えたときに亀裂が発生します。

ブロックが45度で出会ったとき、それは同様の話でした。界面に亀裂が現れた。しかし、結晶の位置がわずかにずれていると、界面が亀裂を偏向させ、亀裂が広がるのを防ぎました。

この発見はさらなる調査に拍車をかけました。次に、ギルバート教授は、最大の弾力性のためのインターフェースの完璧な角度を特定したいと考えました。チームはこの質問を調査するためにコンピューターモデルを使用できなかったので、ギルバート教授は進化論に信頼を置きました。「理想的な方向転換の角度があれば、それは私たちの口の中にあるに違いありません」と彼女は決めました。

調査するために、共著者のCayla Stiflerは元のPICマッピング情報に戻り、隣接する結晶間の角度を測定しました。何百万ものデータポイントを生成した後、スティフラーは1度が最も一般的な方向のずれのサイズであり、最大は30度であることを発見しました。

この観察結果はシミュレーションと一致しました—角度が小さいほど亀裂をそらすことができるようです。