Chinesische Forscher haben ein Gel entwickelt, das im Prinzip die Bildung von neuem Zahnschmelz ermöglicht. Die entstehenden Hydroxylapatit-Kristalle binden fest am bestehenden Zahnschmelz und setzen dessen Struktur fort, sodass laut der Studie in Science Advances (2019; 5: eaaw9569, DOI: 10.1126/sciadv.aaw9569) kein Unterschied zum natürlichen Zahnschmelz erkennbar war.
Zahnschmelz ist das härteste Material im menschlichen Körper. Er besteht zu 96 % aus Hydroxylapatit-Kristallen, die fischschuppenartig angeordnet sind, was dem Schmelz und damit den Zähnen ihre enorme Beißfähigkeit verleiht. Allerdings hat der Zahnschmelz den Säuren, die bestimmte Mikroorganismen unter den Zahnbelegen bilden, wenig entgegenzusetzen. Bei unzureichender Mundhygiene und einer zuckerreichen Kost bilden sich innerhalb weniger Jahre Defekte im Zahnschmelz, die derzeit nur repariert werden können.
Obwohl für die Wiederherstellung des Zahnschmelzes eine Reihe von Materialien wie Kompositharze, Keramik und Amalgam entwickelt wurden, gelang es ihnen nicht, eine dauerhafte Reparatur zu erreichen, da diese Fremdmaterialien nicht perfekt mit dem Zahnschmelz verbunden sind nativer Zahnschmelz. Die durch epitaktische Remineralisierung nachgewachsene Hydroxylapatit (HAP)-Schicht kann jedoch in den natürlichen Zahnschmelz integriert werden, sodass die Reparatur dauerhaft ist, und dieser Prozess in der klinischen Praxis als wirksame Heilung für die Zahnschmelzerosion entwickelt werden kann, der organische Stabilisator TEA bildet die Email-Reparatur. TEA ist in der pharmazeutischen Industrie weit verbreitet, und gemäß dem internationalen Harmonisierungsrat Q3C (R6) beträgt die zulässige tägliche Exposition von TEA 62,5 mg / Tag und wird in Klasse 3 eingestuft. In den Schmelzreparaturversuch wurde 1 ml CPIC-Ethanollösung (2 mg/ml) für die Behandlung verwendet, und die Gesamt-TEA-Menge beträgt nur ~ 27,6 mg. Es wurde experimentell gezeigt, dass das TEA durch Ethanolverdampfung vollständig entfernt werden kann, sodass sich kein restliches TEA in der reparierten Schicht befindet. Ein weiteres Problem ist die dünne Reparaturschicht, die derzeit ca. ~ 2,8 zur Abstandsbegrenzung für das epitaktische Wachstum von Emaille in der ACP-Schicht beträgt. Diese Einschränkung kann auf die Konkurrenz zwischen der Bewegungsrate der Grenze der biomimetischen Kristallisation und der Lebensdauer des AKP zurückgeführt werden. Theoretisch wäre es möglich, dass diese Dicke entweder durch Erhöhen der gerichteten Kristallisation oder durch Erhöhen der ACP-Stabilität verbessert werden kann. Experimentell zeigte sich wohl, dass eine zyklische Behandlung mit unserer derzeitigen Methode die reparierte Schicht leicht verdicken kann. Aus diesem Grund wird angenommen, dass TEA-stabilisierte CPICs in Zukunft als vielversprechendes Emailreparaturmaterial für Dentalanwendungen entwickelt werden. Der Schlüssel zur idealen Emailreparatur liegt in der präzisen Vervielfältigung der hierarchischen und komplizierten Struktur. Eine grundlegende Herausforderung bei bioinspirierten Materialsynthesen ist die Entdeckung eines effektiven Ansatzes, um komplizierte Strukturen in natürlichen Materialien auf eine breite Palette künstlicher Strukturen zu kopieren. Unsere biomimetische Strategie zur Emailregeneration kann als allgemeine Strategie für die Konstruktion von Materialien mit struktureller Komplexität erweitert werden, indem eine biomimetische Mineralisierungsgrenze für den kontinuierlichen und epitaktischen Aufbau festgelegt wird, in der die Ionencluster als Grundbausteine fungieren. Diese Errungenschaft vertieft nicht nur unser Verständnis der Biomineralisierung, sondern bietet auch einen neuen Weg für das bioinspirierte Design und die Produktion.
In: Science Advances (2019; 5: eaaw9569, DOI: 10.1126/sciadv.aaw9569)