Se ci tagliamo la pelle o ci rompiamo un osso, questi tessuti si riparano da soli; i nostri corpi sono eccellenti nel recuperare da infortuni.
Lo smalto dei denti, però, non può rigenerarsi, e la cavità orale è un ambiente ostile.
Ogni pasto, infatti, mette lo smalto sotto uno stress incredibile; inoltre, deve sopportare forti variazioni di pH e temperatura.
Nonostante queste difficoltà, lo smalto dei denti che sviluppiamo durante l’infanzia ci accompagna per tutta la vita.
Gli scienziati sono da tempo interessati a capire come faccia lo smalto a rimanere funzionale e intatto per tutta la vita.
Come afferma uno degli autori dell’ultimo studio, il professor Pupa Gilbert dell’Università del Wisconsin–Madison, “Come fa a prevenire un fallimento catastrofico?”
I segreti dello smalto
Con l’aiuto di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge e dell’Università di Pittsburgh, il professor Gilbert ha esaminato in dettaglio la struttura dello smalto.
Il team di scienziati ha recentemente pubblicato i risultati dello studio sulla rivista Nature Communications.
Lo smalto è composto da quelli che vengono chiamati fascicoli di smalto, che consistono in cristalli di idrossiapatite. Questi lunghi e sottili fascicoli di smalto hanno circa 50 nanometri di larghezza e 10 micrometri di lunghezza.
Usando tecnologie di imaging all’avanguardia, i ricercatori sono riusciti a visualizzare come i singoli cristalli dello smalto siano allineati. La tecnica, che il professor Gilbert ha progettato, si chiama mappatura contrastante dipendente dalla polarizzazione (PIC).
Prima dell’avvento della mappatura PIC, non era possibile studiare lo smalto con questo livello di dettaglio. “Si possono misurare e visualizzare, a colori, l’orientamento dei singoli nanocristalli e vedere milioni di essi contemporaneamente”, spiega il professor Gilbert.
L’architettura di biominerali complessi, come lo smalto, diventa immediatamente visibile ad occhio nudo in una mappa PIC.
Quando hanno esaminato la struttura dello smalto, i ricercatori hanno scoperto dei modelli. “In generale, abbiamo visto che non c’era un’unica orientazione in ciascun fascicolo, ma un cambiamento graduale nell’orientamento dei cristalli tra i nanocristalli adiacenti”, spiega Gilbert. “E la domanda è stata: ‘Questa è un’osservazione utile?'”
L’importanza dell’orientamento dei cristalli
Per testare se il cambiamento nell’orientamento dei cristalli influisse sul modo in cui lo smalto risponde allo stress, il team ha chiesto aiuto al professor Markus Buehler del MIT. Usando un modello computerizzato, hanno simulato le forze che i cristalli di idrossiapatite sperimentano quando una persona mastica.
Nel modello, hanno posizionato due blocchi di cristalli uno accanto all’altro, in modo che i blocchi si toccassero lungo un bordo. I cristalli all’interno di ciascun blocco erano allineati, ma dove i blocchi venivano a contatto, i cristalli si incontravano ad angolo.
Per indagare, la co-autrice Cayla Stifler è tornata alle informazioni originali della mappatura PIC e ha misurato gli angoli tra i cristalli adiacenti. Dopo aver generato milioni di punti dati, Stifler ha scoperto che l’angolo più comune di disallineamento era 1 grado, mentre il massimo era di 30 gradi.
Questa osservazione ha confermato quanto trovato nella simulazione — angoli più piccoli sembrano essere più capaci di deviare le crepe.
Ora sappiamo che le crepe vengono deviate a livello nanometrico e, quindi, non possono propagarsi molto lontano. Questo è il motivo per cui i nostri denti possono durare una vita intera senza bisogno di essere sostituiti.
Prof. Pupa Gilbert
