Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering (прим. – Пресс-служба РНФ).
Исследователи из Воронежского государственного университета (ВГУ), Бразильского центра исследований в области энергетики и материалов и Университета аль-Азхар в Египте предложили новый способ восстановления зубной эмали с использованием внешнего электрического поля. Это самая твердая ткань организма, но самостоятельно восстанавливаться она практически не может. При серьезных повреждениях стоматологи обычно используют пломбы: они закрывают дефект, но остаются чужеродным материалом и со временем требуют замены. Поэтому ученые стремятся воссоздать материал, максимально близкий к природной эмали.
Участник исследования Павел Середин. Источник: Павел Середин / Из личного архива
Главная сложность в том, что эмаль — это не просто минеральный слой, а тонко организованная структура, где кристаллы гидроксиапатита строго ориентированы. В своей работе ученые использовали систему на основе гидроксиапатита и биополимерной матрицы, добившись упорядоченного роста кристаллов при формировании покрытия. Благодаря этому на месте дефекта образуется не просто минеральный осадок, а неоднородный слой, по своей архитектуре наиболее близкий к природной эмали.
Во время эксперимента образцы зубов с поврежденной поверхностью помещали в минерализующий раствор и воздействовали на них слабым электрическим полем. Уже через четыре часа на эмали формировался слой, химически близкий к естественной ткани. При этом поле задавало направление роста кристаллов, делая их структуру более упорядоченной и повышая твердость покрытия.
Графическое резюме исследования. Источник: Павел Середин / Из личного архива
По словам ученых, именно правильная организация кристаллов во многом определяет механические свойства эмали, поэтому такой подход позволяет приблизить искусственный материал к природному не только по составу, но и по структуре.
— Наше исследование — важный шаг к созданию методов неинвазивного восстановления зубов, когда утраченный слой эмали можно будет не заменять пломбой, а формировать прямо на поверхности зуба. Сейчас технология проверена только в лабораторных условиях, но результаты показывают, что управляемая минерализация действительно позволяет получать прочные и структурно организованные покрытия, — рассказал «Известиям» доктор физико-математических наук, завкафедрой физики твердого тела и наноструктур ВГУ Павел Середин.
Новая работа продолжает серию исследований этой научной группы по созданию искусственных покрытий для зубной эмали. Ранее авторы показали, что на поверхности зуба можно быстро формировать гидроксиапатитные слои, близкие к природной эмали, и придавать им антибактериальные свойства. В нынешнем исследовании ученые сделали следующий шаг: им удалось управлять внутренней организацией кристаллов покрытия с помощью слабого электрического поля, что позволяет создавать более функциональный и долговечный аналог естественной эмали.
Зубная эмаль — это уникальный «бронежилет» организма, который практически не способен к регенерации, рассказал «Известиям» основатель стоматологической клиники MaxTreat, к. м. н., стоматолог-хирург Максим Копылов. По его словам, технология может стать прорывом в стоматологии: авторам удалось найти такой способ управления архитектурой кристаллов, который повторяет природный биомиметический процесс.
— Если удастся полностью воссоздать структуру эмалевых призм, мы получим материал, который не просто «заклеивает» дыру, а срастается с зубом на структурном уровне. В будущем это позволит восстанавливать эмаль без бормашины, что радикально снижает стресс для пациента — это то, к чему стремится вся современная медицина, — отметил медик.
Несмотря на воодушевляющие лабораторные результаты, важно понимать, что в условиях in vitro отсутствуют агрессивная среда слюны, постоянные перепады температур и жевательная нагрузка до 70–100 кг, добавил эксперт. Поэтому исследованию предстоит пройти этап полноценной клинической апробации.
— В последнее время в стоматологии совершаются революционные шаги: ученые пытаются выращивать зубы в лаборатории, а также зачатки зубов для последующей подсадки и выращивания. Есть компании, которые занимаются восстановлением эмали, а также специальные реагенты, позволяющие восстанавливать эмаль естественным образом, — пояснил к. м. н., главный врач Немецкого имплантологического центра, хирург-имплантолог Магомед Дахкильгов. — В России такие методы пока не получили клинического одобрения, хотя в США их уже применяют. Предложенная авторами методика уникальна и интересна, и, если удастся довести ее до клиники, это станет настоящим прорывом.
В дальнейшем исследователи планируют проверить устойчивость и биосовместимость покрытия в условиях, приближенных к реальной среде полости рта, а также оптимизировать режимы электрического воздействия, чтобы еще точнее управлять ростом кристаллов. Кроме того, команда рассчитывает объединить достигнутую структурную упорядоченность покрытия с антибактериальными свойствами, продемонстрированными в предыдущих работах.
Авторы отмечают, что подобные подходы могут быть востребованы не только в стоматологии, но и в материаловедении, где требуются тонкие износостойкие покрытия с контролируемой внутренней структурой.
