Nature Communications hat soeben eine Entdeckung veröffentlicht, die unseren Ansatz zur Zahnpflege revolutionieren könnte. Britische Forscher haben ein Gel entwickelt, das in der Lage ist, den Zahnschmelz zu regenerieren – jene Schutzschicht, die sich nach ihrer anfänglichen Bildung nicht mehr natürlich erneuert.
Das Team der Universität Nottingham hat dieses innovative Material entwickelt, indem es sich von natürlichen biologischen Prozessen inspirieren ließ. Dieses Protein-basierte Gel reproduziert die Rolle der Moleküle, die die Bildung des Zahnschmelzes während unserer Entwicklung steuern. Seine schnelle Anwendung auf den Zähnen, ähnlich wie bei konventionellen Fluoridbehandlungen, ermöglicht die Bildung einer dünnen und widerstandsfähigen Beschichtung, die in die Zahnoberfläche eindringt, um Mikrorisse und Unvollkommenheiten zu füllen und gleichzeitig die bestehende Struktur zu stärken.
Illustrationsbild Pixabay Der Wirkmechanismus basiert auf einem Phänomen namens epitaktische Mineralisation. Das Gel dient als strukturelles Gerüst, das Calcium- und Phosphationen aus dem Speichel anzieht und so das organisierte Wachstum neuer Mineralienkristalle orchestriert. Diese kontrollierte Regeneration ermöglicht es den neuen Materialien, sich perfekt mit dem natürlichen Zahnschmelz zu verbinden und sowohl die strukturelle Integrität als auch die mechanische Festigkeit des Zahnes wiederherzustellen.
Die potenziellen Anwendungen gehen über die einfache Reparatur von beschädigtem Zahnschmelz hinaus. Das Material kann auch auf freiliegendes Dentin aufgetragen werden, jene empfindliche Schicht unter dem Zahnschmelz. Es bildet dann eine schützende Barriere ähnlich dem Zahnschmelz und bietet vielversprechende Lösungen gegen Überempfindlichkeit der Zähne und verbessert die Haftung von Zahnrestaurationen. Diese Vielseitigkeit eröffnet Perspektiven für die Behandlung verschiedener Mundgesundheitsprobleme bei Patienten aller Altersgruppen.
Tests unter realistischen Bedingungen haben gezeigt, dass der regenerierte Zahnschmelz mechanische Eigenschaften besitzt, die denen von gesundem Zahnschmelz entsprechen. Er widersteht perfekt den Belastungen durch Zähneputzen, Kauen und dem Kontakt mit sauren Lebensmitteln. Diese Technologie, die mit einer praktischen klinischen Vision entwickelt wurde, unterscheidet sich von aktuellen Behandlungen wie Fluoridlacken, die nur Symptome lindern, ohne tatsächlich verlorenes Gewebe zu regenerieren.
Elektronenmikroskopische Aufnahmen von erodierten Zahnschmelzkristallen (links) und regenerierten Kristallen nach der Behandlung (rechts)
Quelle: University of Nottingham
Dr. Abshar Hasan, Hauptautor der Studie, betont, dass ihr Material ein organisiertes Kristallwachstum ermöglicht, das die Architektur des natürlichen Zahnschmelzes wiederherstellt. Professor Alvaro Mata, der die Forschung leitete, präzisiert, dass die Entwicklung über ihr Start-up Mintech-Bio weitergeführt wird, mit dem Ziel, bereits im nächsten Jahr ein erstes Produkt zu vermarkten und so eine zugängliche Lösung zur Erhaltung der globalen Zahngesundheit anzubieten.
Zahnschmelz: Diese Barriere, die sich nicht regeneriert
Der Zahnschmelz bildet die äußere Schicht unserer Zähne, die zu 96% aus Mineralien besteht, hauptsächlich Hydroxylapatit-Kristallen. Es ist die härteste Substanz im menschlichen Körper, die entwickelt wurde, um Kaubelastungen standzuhalten und die empfindlicheren inneren Schichten zu schützen.
Im Gegensatz zu anderen Körpergeweben wie Haut oder Knochen enthält reifer Zahnschmelz keine lebenden Zellen. Einmal in Kindheit und Jugend gebildet, kann er sich nicht mehr natürlich regenerieren. Die Ameloblasten, die für seine Bildung verantwortlichen Zellen, verschwinden, sobald ihre Arbeit abgeschlossen ist.
Die fortschreitende Erosion des Zahnschmelzes resultiert hauptsächlich aus der Wirkung von Säuren, die von Mundbakterien produziert werden, und dem chemischen Angriff durch saure Lebensmittel und Getränke. Dieser Abbau legt das darunterliegende Dentin frei, was zu Empfindlichkeit, Karies und möglicherweise zu schwerwiegenderen Infektionen führen kann.
Konventionelle Behandlungen beschränken sich darauf, den verbleibenden Zahnschmelz zu stärken oder ihn durch künstliche Materialien zu ersetzen. Die echte Regeneration stellt daher einen großen Fortschritt in der Zahnmedizin dar, da sie die ursprüngliche Struktur wiederherstellt, anstatt lediglich ihre Defizite auszugleichen.
Epitaktische Mineralisation: Die Kunst, Kristalle wachsen zu lassen
Epitaktische Mineralisation bezeichnet einen Prozess, bei dem sich neue Kristalle bilden, indem sie sich präzise an die Struktur eines vorhandenen Kristalls anlagern. Dieses natürliche Phänomen tritt auf, wenn sich Atome nach einem regelmäßigen Muster organisieren, das der Geometrie des Ausgangssubstrats folgt.
Im zahnmedizinischen Bereich ermöglicht dieser Mechanismus neuen Mineralien, sich perfekt in den vorhandenen Zahnschmelz zu integrieren. Die Proteine im Gel wirken als molekulare Führer, die das Wachstum der Hydroxylapatit-Kristalle in die richtige kristallografische Richtung lenken.
Dieser Prozess unterscheidet sich grundlegend von klassischen Remineralisationen, bei denen sich Mineralien unorganisiert ablagern. Die Epitaxie gewährleistet eine strukturelle Kontinuität zwischen altem und neuem Material und bewahrt so die außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften des natürlichen Zahnschmelzes.
Die Innovation liegt in der Fähigkeit, diesen biologischen Prozess künstlich zu reproduzieren, indem die idealen Bedingungen geschaffen werden, damit sich Calcium- und Phosphationen aus dem Speichel zu einer perfekt organisierten Kristallstruktur zusammensetzen, die identisch mit der von gesundem Zahnschmelz ist.
Quelle: Nature Communications