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Roedores inspiram odontologia

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Jun 7, 2024
Imagem dos incisivos inferiores de nutria (coypu) e castor.  © adaptado de ACS Nan

Pesquisadores descobrem um material contendo ferro no esmalte externo dos dentes de roedores que também pode tornar os dentes humanos mais resistentes

Imagem dos incisivos inferiores de nutria (coypu) e castor.

Roedores como castores, nutrias (coypu), esquilos e ratos têm dentes frontais particularmente fortes e alongados que crescem continuamente ao longo de suas vidas. Usando técnicas de imagem de última geração, pesquisadores do Instituto Max Planck para Pesquisa do Estado Sólido, em Stuttgart, elucidaram agora a estrutura dentária de várias espécies de roedores em escala nanométrica. No processo, descobriram um material contendo ferro no esmalte externo que é crucial para a extrema resiliência dos dentes dos roedores. A descoberta pode ser o ponto de partida para o desenvolvimento de biomateriais completamente novos para a odontologia humana.

Os dentes são um excelente exemplo de um material compósito natural que consiste em componentes inorgânicos e orgânicos simples e organizados de maneira ideal. O esmalte dentário é o tecido mais mineralizado e duro do nosso corpo. Consiste principalmente em cristais alongados de hidroxiapatita contendo cálcio que são misturados com material orgânico e água. Tanto os dentes humanos como os animais são revestidos com este componente estrutural cristalino e extremamente resistente.

Os incisivos sem raízes dos roedores, em crescimento contínuo, estão perfeitamente adaptados à atividade roedora através da otimização estrutural e química e, portanto, são especialmente robustos. Seu lado labial é coberto com esmalte particularmente duro, o que os torna um dispositivo autoafiável. Os incisivos dos roedores são impressionantes devido à sua característica cor marrom-alaranjada.

Vesna Srot e seus colegas do Instituto Max Planck de Pesquisa do Estado Sólido, em Stuttgart, descobriram agora o que torna os dentes dos roedores tão resistentes. No esmalte dentário de sete espécies diferentes de roedores, eles encontraram um material semelhante à ferriidrita contendo ferro nos espaços de tamanho nanométrico entre os cristais alongados de hidroxiapatita. “Essas bolsas preenchidas representam menos de 2% do volume do esmalte rico em ferro, mas são decisivas para as propriedades mecânicas e resistência ao ataque ácido”, diz Vesna Srot.

A recém-descoberta camada rica em ferro tem cor semelhante ao esmalte dentário normal. Portanto, não é a causa da cor marrom-alaranjada dos dentes dos roedores. Em vez disso, as duas camadas sobrepostas – a camada superficial e a zona de transição – são decisivas para a cor. O primeiro consiste em uma matriz orgânica e um componente inorgânico que também contém ferro. Varia em espessura, mesmo em diferentes dentes de um indivíduo. Quanto mais espessa for a camada superficial, mais escuro será o dente.

“Os resultados representam uma mudança de paradigma, já que se pensava anteriormente que a cor era causada pelo esmalte rico em ferro”. Os investigadores recomendam, portanto, reavaliar a terminologia convencional utilizada há sete décadas: o esmalte anteriormente denominado “esmalte pigmentado” deve agora ser definido como “esmalte rico em ferro”.

Como parte do estudo, os pesquisadores analisaram os incisivos de sete espécies de roedores de diferentes habitats: castor, nutria, marmota, esquilo, ratazana, camundongo e rato. Para visualizar a arquitetura dos dentes em macro e nanoescala, os pesquisadores usaram técnicas de imagem em nanoescala em combinação com tomografia 3D, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura.

Embora as sete espécies estudadas tivessem condições de vida diferentes, seus dentes geralmente adaptavam a mesma microestrutura. O desenvolvimento dentário em roedores parece, portanto, ser uma adaptação geral na qual os fatores ambientais individuais não desempenham um papel. “Os dentes dos roedores são obras-primas da arquitetura”, diz Vesna Srot. “Eles têm propriedades físicas notáveis ​​que os tornam muito diferentes dos dentes humanos”. Essas diferenças são de grande interesse para a odontologia humana.

Inspiração para odontologia

Como o recém-descoberto material rico em ferro melhora as propriedades do esmalte dentário sem alterar a sua cor, poderá ser o ponto de partida para o desenvolvimento de uma classe inteiramente nova de biomateriais dentários. Várias aplicações também são concebíveis em odontologia restauradora. “A adição de pequenas quantidades de material semelhante à ferriidrita amorfa ou nanocristalina ou outros oxi-hidróxidos de ferro biocompatíveis aos produtos de cuidados dentários poderia proteger excepcionalmente bem o esmalte dos dentes humanos”, diz Vesna Srot. Além disso, pequenas quantidades de oxihidróxidos de ferro poderiam ser incorporadas ao esmalte sintético para tornar os reparos dentários mais duráveis.

V. Srot, S. Houari, G. Kapun, B. Bussmann, F. Predel, B. Pokorny, E. Bužan, U. Salzberger, B. Fenk, M. Kelsch, PA van Aken

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