Учёные разработали новый гель, который может позволить восстанавливать повреждённую зубную эмаль и тем самым потенциально преодолеть одно из главных ограничений современной стоматологии. В отличие от костей и многих других тканей организма, зубная эмаль не способна самостоятельно регенерировать после утраты. Новый метод лечения даёт многообещающий способ воссоздать этот защитный слой, укрепить зубы и помочь предотвратить дальнейшее разрушение.
Эту разработку создали исследователи из Школы фармации и Факультета химической и экологической инженерии Ноттингемского университета. Новый материал вдохновлён биологическими процессами, которые формируют зубную эмаль в раннем детстве. Он предназначен для восстановления эмали, ослабленной из-за потери минералов или стёртой в результате эрозии, а также для укрепления эмали, которая остаётся здоровой.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, могут открыть путь к новому поколению стоматологических методов лечения, которые не просто защищают имеющуюся эмаль, но и действительно помогают восстановить её структуру.
Как новый гель восстанавливает зубную эмаль
Одна из самых многообещающих особенностей этой технологии — её простота. Стоматологи могли бы наносить гель прямо на зубы по процедуре, похожей на существующие фторидные обработки, что потенциально позволяет легко включить её в повседневную стоматологическую практику.
Однако, в отличие от обычных фторсодержащих средств, новый гель не содержит фтора. Вместо этого в нём используется материал на основе белков, который имитирует важные свойства природных белков, направляющих формирование эмали при первоначальном развитии зубов.
После нанесения гель образует тонкое, но прочное покрытие, которое проникает в поверхность зуба и заполняет микроскопические трещины и промежутки. Затем это покрытие служит каркасом для восстановления минеральной структуры эмали.
Процесс опирается на ионы кальция и фосфата — два важнейших минеральных компонента, которые в естественном виде содержатся в слюне. Гель притягивает эти минералы и помогает упорядочить их в новые кристаллы, растущие в строго определённом порядке.
Учёные называют этот процесс эпитаксиальной минерализацией. По сути, это означает, что новые минеральные кристаллы растут в соответствии с ориентацией уже существующей эмали, благодаря чему вновь образованный материал структурно встраивается в исходную поверхность зуба.
Эта упорядоченность особенно важна, поскольку исключительную твёрдость и прочность эмаль получает благодаря точному расположению своих минеральных кристаллов. Простого осаждения минералов на зубе недостаточно, чтобы воссоздать сложную структуру, делающую природную эмаль такой эффективной.
Направляя рост кристаллов, новый гель может восстановить как микроскопическую архитектуру, так и физические свойства здоровой эмали.
Возможное решение проблемы чувствительности зубов и кариеса
Исследователи также обнаружили, что их материал можно использовать на обнажённом дентине. Дентин — это слой зубной ткани под эмалью. Он мягче эмали и содержит мельчайшие канальцы, по которым ощущения могут передаваться к нервам внутри зуба.
Когда эмаль стирается или десна отступает, обнажённый дентин может сделать зубы особенно чувствительными к горячей, холодной, сладкой или кислой пище и напиткам.
Новый гель может стимулировать образование на обнажённом дентине минерального слоя, подобного эмали. Это могло бы помочь снизить чувствительность зубов, а также улучшить сцепление стоматологических реставраций, таких как пломбы и другие средства, применяемые для восстановления повреждённых зубов.
Потенциальные преимущества значительны. Разрушение эмали — один из основных факторов развития кариеса и причина стоматологических проблем, затрагивающих почти половину населения мира. Эти состояния могут вызывать боль, инфекции и в конечном итоге потерю зубов. Плохое состояние полости рта также связывают с более широкими проблемами со здоровьем, включая диабет и сердечно-сосудистые заболевания.
Одна из самых больших проблем стоматологии состоит в том, что в эмали нет живых клеток, способных восстановить её после полного формирования зубов. Хотя слюна может естественным образом возмещать часть минералов, потерянных на самых ранних стадиях повреждения эмали, организм не способен регенерировать значительные объёмы стёртой эмали.
Существующие методы лечения, включая фторидные лаки и средства для реминерализации, могут помочь защитить зубы и восстановить раннюю потерю минералов. Однако они не способны полностью воссоздать уже утраченную эмаль.
Новая технология призвана преодолеть это ограничение, стимулируя образование новой минеральной ткани со свойствами, напоминающими свойства исходной эмали.
Восстановленная эмаль ведёт себя как природная
Исследовательская группа проверила механическую прочность и долговечность регенерированного материала в условиях, призванных имитировать повседневное использование.
В этих экспериментах изучали, как вновь образованная эмаль реагирует на воздействия, с которыми зубы regularly сталкиваются, включая чистку, жевание и контакт с кислой пищей.
Результаты оказались обнадёживающими. По словам исследователей, регенерированная эмаль продемонстрировала механические свойства, сопоставимые со свойствами здоровой природной эмали, что позволяет предположить: материал может служить не просто временным защитным покрытием.
Доктор Абшар Хасан, постдокторант и ведущий автор исследования, объяснил, почему так важно воссоздать внутреннюю структуру эмали.
«Зубная эмаль имеет уникальную структуру, которая наделяет её замечательными свойствами, защищающими наши зубы на протяжении всей жизни от физических, химических и термических воздействий. Когда наш материал наносят на деминерализованную или разрушенную эрозией эмаль либо на обнажённый дентин, он способствует росту кристаллов интегрированным и упорядоченным образом, восстанавливая архитектуру нашей природной здоровой эмали. Мы проверили механические свойства этих регенерированных тканей в условиях, имитирующих „реальную жизнь“, — чистку зубов, жевание и контакт с кислой пищей — и обнаружили, что регенерированная эмаль ведёт себя точно так же, как здоровая».
Эти результаты говорят о том, что гель в перспективе может позволить восстановить прочность и защитную функцию повреждённой эмали, а не просто замедлить дальнейшее разрушение. Тем не менее лабораторные результаты пока не показывают, насколько эффективным будет лечение у пациентов в течение длительного времени.
Новая эра восстановления зубной эмали?
Помимо способности восстанавливать эмаль, исследователи подчёркивают, что технология разрабатывалась с учётом практического применения в стоматологии.
Гель создан так, чтобы быть безопасным, простым в нанесении и подходящим для производства в больших масштабах. Его универсальность также может позволить использовать его в разных видах стоматологических продуктов, потенциально принося пользу пациентам разного возраста с эрозией эмали, чувствительностью зубов или другими проблемами, связанными с обнажённым дентином.
Профессор Альваро Мата, заведующий кафедрой биомедицинской инженерии и биоматериалов Ноттингемского университета, руководивший исследованием, отметил возможность превратить это открытие в продукты, которыми смогут пользоваться стоматологи.
«Мы очень воодушевлены, потому что технология разрабатывалась с учётом интересов врача и пациента. Она безопасна, её можно легко и быстро наносить, и она масштабируема. Кроме того, технология универсальна, что открывает возможность превратить её в продукты разных типов, которые помогут пациентам всех возрастов, страдающим от различных стоматологических проблем, связанных с потерей эмали и обнажённым дентином. Мы начали этот процесс вместе с нашей стартап-компанией Mintech-Bio и надеемся выпустить первый продукт уже в следующем году; эта разработка может в скором времени помогать пациентам по всему миру».
Исследователи уже начали работу по коммерциализации через свою компанию Mintech-Bio, рассчитывая выпустить первый продукт уже в году, следующем за объявлением о результатах.
Хотя до превращения технологии в признанный метод стоматологического лечения потребуются дальнейшая разработка и клиническая проверка, её способность воссоздавать структуру и прочность природной эмали представляет собой многообещающий шаг вперёд.
Если подход докажет свою эффективность на пациентах, он может принципиально изменить то, как стоматологи справляются с потерей эмали, открывая возможность восстанавливать поверхность зубов, которую раньше можно было лишь защищать или замещать обычными стоматологическими материалами.