Поводом для визита к стоматологу для многих людей становится боль, свидетельствующая о серьезных повреждениях зубов. В таком случае часто требуется убрать пораженные ткани и поставить пломбу, то есть заменить их искусственными материалами. Чаще всего это —композиты, по структуре и свойствам отличающиеся от зубной эмали и дентина.
«Современные медицинские технологии регенерации зубов находятся на довольно высоком уровне, но все равно не позволяют получить полностью идентичные природным тканям вещества. Поиски новых решений требуют понимания молекулярных основ строения и взаимодействия искусственных материалов с дентином и эмалью человека. В новой работе мы решили исследовать структуру разработанного нашей группой биомиметического минерализующего композита и сравнить его с эмалью и дентином зубов человека», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Дмитрий Голощапов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета.
Исследователи из Воронежского государственного университета (Воронеж), Воронежского государственного медицинского университета (Воронеж) и Уральского федерального университета (Екатеринбург) впервые исследовали атомно-молекулярную структуру биомиметических стоматологических композитов. Они были изготовлены на основе карбонат-замещенного гидроксиапатита и аминокислот, которые служат органической основой, улучшающей совместимость материала с дентином и покрывающей его зубной эмалью. С помощью спектроскопических методов авторы смогли определить молекулярный состав и атомное окружение фрагментов молекул как биомиметического композита, так и дентина и эмали.
Выяснилось, что поведение атомов и молекул в составе разработанного биокомпозита и ткани зуба во многом схожи. Однако в минеральной части эмали и дентина и созданных материалов связь с органической матрицей осуществляется различными способами и зависит от окружения атомов кальция. Последние занимают разное положение в нанокристаллах гидроксиапатита и на основе этого разделяются на два типа. Главное отличие состоит в том, какой из них преимущественно оказывается на поверхности нанокристаллов — это определит механизм связывания с органической матрицей. И именно из-за такого несоответствия интегрирование (по сути «сращение») искусственного материала с зубом может быть затруднено.
«Обнаруженные нами особенности имеют фундаментальное значение для понимания того, каким должен быть идеальный стоматологический композит, способный полностью имитировать свойства дентина и эмали. В дальнейшем, опираясь на полученные результаты, мы планируем разработать новый подход к восстановлению зуба. Он может быть реализован за счет контролируемого индуцированного эпитаксиального роста биомиметического апатитного слоя, воспроизводящего свойства природной твердой ткани», — подводит итог Дмитрий Голощапов.