Studie zeigt, dass eisenreicher Zahnschmelz die orangebraunen Schneidezähne von Nagetieren schützt, sie aber nicht verfärbt

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Chatterende Eichhörnchen, bezaubernde Nutrias und schwanzschlagende Biber haben – zusammen mit einigen anderen Nagetieren – orangebraune Vorderzähne. Forscher haben hochauflösende Bilder von Schneidezähnen von Nagetieren veröffentlicht ACS Nanound bietet einen Blick auf den Zahnschmelz und seine Beschichtung auf atomarer Ebene. Sie entdeckten winzige Taschen aus eisenreichen Materialien im Zahnschmelz, die einen Schutzschild für die Zähne bilden, aber vor allem nicht zum orange-braunen Farbton beitragen – neue Erkenntnisse, die die menschliche Zahnheilkunde verbessern könnten.

Menschliche und tierische Zähne sind mit einer komplexen kristallinen Substanz namens Zahnschmelz überzogen. Und während der Zahnschmelz das härteste Gewebe unseres Körpers ist, ist er bei Nagetieren noch härter. Ihre immer größer werdenden Schneidezähne tragen zusätzlich eine äußere Schicht aus säurebeständigem, eisenhaltigem Zahnschmelz.

Zuvor vermuteten Forscher, dass dieses eisenreiche Material auch für die auffällige orange bis braune Farbe der Schneidezähne vieler Nagetiere verantwortlich sei. Allerdings war die mikroskopische Struktur des eisenreichen Zahnschmelzes noch nicht vollständig charakterisiert. Um mehr über die Zusammensetzung des Zahnschmelzes von Nagetieren zu erfahren, haben Vesna Srot und Kollegen hochauflösende Bilder von Schneidezähnen verschiedener Arten aufgenommen.

Die Forscher sammelten Schneidezähne von Nagetieren, die in verschiedenen Umgebungen leben: Biber, Nutrias, Eichhörnchen, Murmeltiere, Ratten, Wühlmäuse und Mäuse. Um die Struktur, die Elementzusammensetzung und die Farbübertragung des Zahnschmelzes zu untersuchen, wurden dünne Scheiben aus verschiedenen Abschnitten der Zähne entnommen und für die Bildgebung mit optischer Mikroskopie, 3D-fokussierter Ionenstrahltomographie und Rastertransmissionselektronenmikroskopie vorbereitet. Die Bilder mit Auflösung im Mikro- und Nanomaßstab zeigten:

  • Zunächst produzieren Zellen, die Schmelzbestandteile synthetisieren, 6 bis 8 Nanometer große Partikel von Eisenspeicherproteinen, sogenannte Ferritine, die das Ausgangsmaterial für Eisenionen im gereiften Zahnschmelz sind.
  • Während der Zahnschmelz reift und sich verfestigt, bevor die Zähne aus dem Zahnfleisch ausbrechen, wandert eisenhaltiges Ferrihydrit-ähnliches Material in die äußere Schicht des Zahnschmelzes und besetzt leere Räume zwischen kalziumhaltigen Hydroxylapatitkristallen.
  • Die Mikrostruktur des eisenreichen Zahnschmelzes enthält längliche, nanometergroße Taschen, die mit kleinen Mengen des Ferrihydrit-ähnlichen Materials gefüllt sind und zur Säurebeständigkeit beitragen, obwohl die gefüllten Taschen weniger als 2 % des Volumens des eisenreichen Zahnschmelzes ausmachen.
  • Während diese Ergebnisse darauf hindeuten, dass verschiedene Arten von Nagetieren die eisenreiche äußere Schmelzschicht auf ähnliche Weise entwickeln, variiert die Tiefe der Schicht je nach Art, wobei Mäuse die dünnsten und Nutrias die dicksten Schichten aufweisen.
  • Schließlich kommt die intensive orange-braune Farbe der Schneidezähne von Nagetieren nicht, wie bisher angenommen, aus den gefüllten Taschen im Zahnschmelz, sondern aus einer dünnen Oberflächenschicht aus aromatischen Aminosäuren und anorganischen Mineralien.

    • Die Forscher vermuten, dass die Zugabe kleiner Mengen Ferrihydrit-ähnlicher oder anderer farbloser biokompatibler Eisenmineralien zu Zahnpflegeprodukten einen außergewöhnlichen Schutz für den menschlichen Zahnschmelz bieten könnte. Darüber hinaus könnte die Einarbeitung geringer Mengen an Eisenhydroxiden in synthetischen Zahnschmelz zu länger haltbaren Restaurationen für menschliche Zähne führen.

    Mehr Informationen:
    Geniale Architektur und Farberzeugung im Zahnschmelz von Nagetierzähnen, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.4c00578

    Zur Verfügung gestellt von der American Chemical Society

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