Como o esmalte dentário dura a vida toda?
O esmalte dentário é a substância mais dura do corpo humano, mas, até agora, ninguém sabia como conseguia durar a vida toda. Os autores de um estudo recente concluem que o segredo do esmalte está no alinhamento imperfeito dos cristais.
Se cortarmos nossa pele ou quebrarmos um osso, esses tecidos se consertarão; nossos corpos são excelentes na recuperação de lesões.
O esmalte dentário, entretanto, não pode se regenerar e a cavidade oral é um ambiente hostil.
A cada refeição, o esmalte é submetido a um estresse incrível; também resiste a mudanças extremas de pH e temperatura.
Apesar dessa adversidade, o esmalte dentário que desenvolvemos na infância permanece conosco ao longo de nossos dias.
Os pesquisadores há muito se interessam em como o esmalte consegue se manter funcional e intacto por toda a vida.
Como um dos autores do estudo mais recente, o Prof. Pupa Gilbert, da University of Wisconsin-Madison, afirma: “Como isso evita a falha catastrófica?”
Os segredos do esmalte
Com a ajuda de pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT) em Cambridge e da University of Pittsburgh, PA, o Prof. Gilbert deu uma olhada detalhada na estrutura do esmalte.
A equipe de cientistas já publicou os resultados de seu estudo na revista Nature Communications.
O esmalte é feito dos chamados bastonetes de esmalte, que consistem em cristais de hidroxiapatita. Esses longos e finos bastonetes de esmalte têm cerca de 50 nanômetros de largura e 10 micrômetros de comprimento.
Usando tecnologia de imagem de ponta, os cientistas puderam visualizar como os cristais individuais no esmalte dos dentes estão alinhados. A técnica, que o Prof. Gilbert projetou, é chamada de mapeamento de contraste de imagem dependente de polarização (PIC).
Antes do advento do mapeamento PIC, era impossível estudar o esmalte com este nível de detalhe. “Você pode medir e visualizar, em cores, a orientação de nanocristais individuais e ver muitos milhões deles de uma vez”, explica o Prof. Gilbert.
“A arquitetura de biominerais complexos, como o esmalte, torna-se imediatamente visível a olho nu em um mapa PIC.”
Quando eles viram a estrutura do esmalte, os pesquisadores descobriram padrões. “Em geral, vimos que não havia uma única orientação em cada haste, mas uma mudança gradual nas orientações dos cristais entre os nanocristais adjacentes”, explica Gilbert. “E então a pergunta era: 'Esta é uma observação útil?'”
A importância da orientação do cristal
Para testar se a mudança no alinhamento do cristal influencia a maneira como o esmalte responde ao estresse, a equipe recrutou a ajuda do Prof. Markus Buehler do MIT. Usando um modelo de computador, eles simularam as forças que os cristais de hidroxiapatita experimentariam quando uma pessoa mastigasse.
Dentro do modelo, eles colocaram dois blocos de cristais um ao lado do outro, de forma que os blocos se tocassem ao longo de uma borda. Os cristais dentro de cada um dos dois blocos estavam alinhados, mas onde eles entraram em contato com o outro bloco, os cristais se encontraram em um ângulo.
Ao longo de vários testes, os cientistas alteraram o ângulo em que os dois blocos de cristais se encontraram. Se os pesquisadores alinhassem perfeitamente os dois blocos na interface onde se encontravam, uma rachadura apareceria quando aplicassem pressão.
Quando os blocos se encontraram a 45 graus, foi uma história semelhante; uma rachadura apareceu na interface. No entanto, quando os cristais estavam apenas ligeiramente desalinhados, a interface desviou a rachadura e evitou que ela se espalhasse.
Essa descoberta estimulou mais investigações. Em seguida, o Prof. Gilbert queria identificar o ângulo de interface perfeito para resiliência máxima. A equipe não podia usar modelos de computador para investigar esta questão, então a Prof. Gilbert confiou na evolução. “Se existe um ângulo ideal de desorientação, aposto que é aquele em nossas bocas”, decidiu ela.
Para investigar, a coautora Cayla Stifler retornou às informações de mapeamento PIC originais e mediu os ângulos entre os cristais adjacentes. Depois de gerar milhões de pontos de dados, Stifler descobriu que 1 grau era o tamanho mais comum de desorientação e o máximo era 30 graus.
Esta observação concordou com a simulação - ângulos menores parecem mais capazes de desviar as fissuras.
“Agora sabemos que as rachaduras são desviadas em nanoescala e, portanto, não podem se propagar para muito longe. Essa é a razão pela qual nossos dentes podem durar uma vida inteira sem serem substituídos. ”
Prof. Pupa Gilbert
