Die USA erfinden ein neues Finanzderivat. Russland entwickelt eine neue Hyperschall-Rakete. Und nun kommt China und entwickelt den sich selbst heilenden Zahn! Noch Fragen?

Wir stehen am Beginn eines weltweiten, wissenschaftlichen Mega-Wettbewerbs und China scheint sich die richtigen Themen zu suchen und diese auch wirklich rasch in praktische Lösungen zu verwandeln. Das ist Wissenschaft zum Nutzen der Menschheit.

Zahnschmelz ist das härteste Gewebe im menschlichen Körper und spielt eine entscheidende Rolle für die Integrität und Funktion unserer Zähne. Dennoch bleibt seine Regeneration eine grosse Herausforderung, da die komplexe Struktur des Schmelzes bislang nicht künstlich reproduziert werden konnte. Mit dem Aufkommen neuer Technologien, insbesondere der biomimetischen Mineralisation, könnten sich jedoch bahnbrechende Möglichkeiten zur Reparatur und Wiederherstellung von Zahnschmelz eröffnen.

Was ist biomimetische Mineralisation?

Biomimetische Mineralisation ist ein Prozess, der natürliche Mechanismen der Gewebebildung nachahmt. In der Natur entsteht Zahnschmelz durch die epitaxiale Kristallisation von Apatitstrukturen, die dicht und hierarchisch geordnet sind. Durch die gezielte Verwendung von Kalziumphosphat-Ionen-Clustern (CPICs) können Forscher diese Prozesse nachahmen und eine Schicht aus amorphem Kalziumphosphat (ACP) schaffen, die als Ausgangspunkt für die epitaxiale Regeneration von Zahnschmelz dient.

Fortschritte in der Zahnschmelz-Reparatur

Charakterisierung von CPICs

CPICs, stabilisiert durch flüchtige organische Moleküle wie Triethylamin (TEA), bilden die Grundlage für die neue Technologie. Diese Cluster haben eine Größe von etwa 1,5 nm und können stabil in Ethanol gelöst werden. Die Stabilisierung durch TEA ermöglicht eine gezielte Steuerung der Clusterbildung und fördert die Bildung einer amorphen Kalziumphosphatschicht. Nach Entfernung des TEA verbleibt eine reine, anorganische Schicht, die als Grundstein für die Schmelzregeneration dient.

Epitaxiale Kristallisation

Die epitaxiale Kristallisation basiert auf der kontinuierlichen Übergangszone zwischen amorpher und kristalliner Phase. Dieses Verfahren ermöglicht es, die komplexe hierarchische Struktur des natürlichen Zahnschmelzes nachzubilden. Die mit CPICs behandelten Zähne zeigen nicht nur eine vollständige Wiederherstellung der Oberflächenstruktur, sondern auch eine perfekte Integration der reparierten Schicht in den nativen Schmelz.

 

Sinngemässe Übersetzung: Die Universität von Zhejiang, China hat gerade die Zahnheilkunde revolutioniert. Stellen Sie sich vor, einer Ihrer Zähne hat eine Beschädigung oder Karies. Ein Tropfen, des neu erfundenen Mittels, auf die schadhafte Stelle aufgetragen und es entsteht genau dort eine neue Schicht an Zahnschmelz mit der Dicke von 2.5 µm (Mikrometer) innerhalb von 48 Stunden. Das neu entstandene Material entspricht genau der Struktur und den Stoffen ihres original Zahnschmelzes. Wiederholen Sie den Vorgang und in einer Woche ist ihr Zahn „repariert“ und wie vorher. Klingt das nicht toll?

Ergebnisse und Anwendungen

Strukturelle und mechanische Eigenschaften

Nach der Reparatur zeigt der Zahnschmelz nahezu identische mechanische Eigenschaften wie natürlicher Schmelz. Härte (3,84 GPa) und Elastizitätsmodul (87,26 GPa) der reparierten Schicht übertreffen sogar die Werte von natürlichem Schmelz leicht, was auf die höhere Reinheit des regenerierten Hydroxylapatits zurückzuführen ist.

Eigenschaft	Natürlicher Schmelz	Reparierter Schmelz	Geätzter Schmelz
Härte (GPa)	3,19	3,84	1,12
Elastizitätsmodul (GPa)	84,55	87,26	21,32
Reibungskoeffizient	0,18	0,18	0,32

Die Verschleissfestigkeit und die Integrität der reparierten Oberfläche sind bemerkenswert und deuten darauf hin, dass diese Methode für klinische Anwendungen geeignet ist.

Regeneration der Fischschuppenstruktur

Die einzigartige Fischschuppenstruktur des Zahnschmelzes, die durch wechselnde Ausrichtungen von Zahnschmelzprismen und Interprismen gekennzeichnet ist, konnte präzise nachgebildet werden. Dies wurde durch hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie (SEM) bestätigt.

Grenzen und Perspektiven

Herausforderungen

Obwohl diese Methode vielversprechend ist, gibt es Herausforderungen. Die derzeitige Dicke der reparierten Schicht ist auf etwa 2,8 μm begrenzt, was für schwer geschädigte Zähne möglicherweise nicht ausreicht. Dieses Problem könnte durch zyklische Behandlungen oder Stabilisierung der amorphen Phase verbessert werden.

Sicherheit und Biokompatibilität

Ein potenzielles Sicherheitsproblem ist die Verwendung von TEA. Experimentelle Daten zeigen jedoch, dass TEA vollständig verdunstet, bevor die Reparaturschicht gebildet wird, wodurch keine Rückstände im behandelten Schmelz verbleiben.

Klinische Relevanz

Die epitaxiale Rekonstruktion von Zahnschmelz stellt eine revolutionäre Entwicklung in der Zahnmedizin dar. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien wie Kompositen oder Keramiken bietet die biomimetische Methode eine dauerhafte und nahtlose Reparatur.

Fazit

Die biomimetische Mineralisation eröffnet neue Horizonte für die dauerhafte Reparatur von Zahnschmelz. Durch die präzise Nachbildung natürlicher Strukturen und Eigenschaften könnten diese Technologien in naher Zukunft die klinische Behandlung von Zahnerosion und Karies revolutionieren. Die Verbindung von Biotechnologie und Zahnmedizin bietet ein enormes Potenzial für innovative und nachhaltige Lösungen.

Quellen

1. Nancollas, G. H., & Mohan, S., Chemical Reviews.
2. Zhang, X., & Weiner, S., Science Advances.
3. Ethical approval protocol, Zhejiang University. A novel way to repair tooth enamel.
4. Repair of tooth enamel by a biomimetic mineralization frontier ensuring epitaxial growth.
5. Foto von Jonathan Borba auf Unsplash

Dieser Text auf outview.ch wurde von Gordian Hense, Oftringen, Schweiz, erstellt und zur Verfügung gestellt. Das Copyright für diesen Text liegt bei Gordian Hense, Oftringen, Schweiz. Gordian Hense bietet Dienstleistungen in den Bereichen Business Conuslting, Mental-Coaching, Copywriting, Content-Erstellung und mehr an. Bei Interesse an diesem Text oder der Erstellung hochwertiger Inhalte wenden Sie sich bitte an Gordian Hense in Oftringen.