Учёные создали гель, который может восстановить зубную эмаль

Эмаль — самая твёрдая ткань в человеческом теле, но у неё есть фатальный недостаток: однажды стёршись, она не восстанавливается сама. Кости срастаются, кожа заживает, а эмаль не имеет живых клеток, способных её отстроить. Существующие фторсодержащие средства лишь защищают остатки эмали или восполняют потери минералов на ранней стадии, но не восстанавливают утраченный слой. Исследователи из Ноттингемского университета, возможно, нашли способ изменить это положение — гель, который использует минералы слюны для выращивания новой эмали.

Работа опубликована в журнале Nature Communications. Её авторы — сотрудники Школы фармации и кафедры химической и экологической инженерии Ноттингемского университета. Материал создан по образцу биологических процессов, которые формируют эмаль в раннем детстве. Его задача — восстанавливать эмаль, ослабленную потерей минералов или стёртую эрозией, а также укреплять ту, что ещё сохранилась.

Одна из самых привлекательных сторон технологии — простота. Стоматолог может нанести гель прямо на зубы процедурой, похожей на существующую обработку фтором. Это значит, что метод потенциально легко встроить в обычный стоматологический приём. Но, в отличие от традиционных фторсодержащих продуктов, новый гель не содержит фтора. Вместо него используется материал из белков, который воспроизводит важные свойства природных белков, направляющих формирование эмали при развитии зубов.

После нанесения гель образует тонкое, но прочное покрытие, которое проникает в поверхность зуба и заполняет микроскопические трещины и щели. Это покрытие служит каркасом для восстановления минеральной структуры эмали. Процесс опирается на ионы кальция и фосфата — два основных минеральных компонента, естественно присутствующих в слюне. Гель притягивает эти минералы и помогает им организоваться в новые кристаллы, растущие в упорядоченном порядке.

Учёные называют этот процесс эпитаксиальной минерализацией. По сути, новые минеральные кристаллы растут в согласии с существующей эмалью, что позволяет новому материалу структурно интегрироваться с исходной поверхностью зуба. Эта упорядоченность особенно важна, потому что исключительная твёрдость и долговечность эмали обусловлены именно точным расположением её минеральных кристаллов. Простое осаждение минералов на зуб не воссоздаёт сложную структуру, которая делает природную эмаль столь эффективной. Направляя рост кристаллов, новый гель способен восстановить как микроскопическую архитектуру, так и физические свойства здоровой эмали.

Исследователи также обнаружили, что их материал можно применять на обнажённом дентине — слое зубной ткани под эмалью. Дентин мягче эмали и содержит микроскопические канальцы, передающие ощущения к нервам внутри зуба. Когда эмаль стирается или дёсны опускаются, обнажённый дентин делает зубы особо чувствительными к горячему, холодному, сладкому и кислому. Новый гель может стимулировать образование эмалеподобного минерального слоя на обнажённом дентине. Это может помочь снизить чувствительность зубов, а также улучшить прикрепление стоматологических реставраций — пломб и других средств, используемых для восстановления повреждённых зубов.

Потенциальные выгоды значительны. Разрушение эмали — главный фактор кариеса и причина стоматологических проблем, затрагивающих почти половину населения мира. Эти состояния вызывают боль, инфекции и в конечном итоге потерю зубов. Плохое состояние полости рта связано и с более широкими проблемами здоровья, включая диабет и сердечно-сосудистые заболевания. Одна из главных трудностей стоматологии в том, что эмаль не имеет живых клеток, способных восстановить её после полного развития зубов. Хотя слюна естественным образом восполняет часть минералов, потерянных на самой ранней стадии повреждения, организм не может заново вырастить значительный объём стёртой эмали.

Существующие методы, включая фторсодержащие лаки и средства для реминерализации, помогают защищать зубы и восстанавливать раннюю потерю минералов. Однако они не могут полностью воссоздать уже утраченную эмаль. Новая технология нацелена на преодоление этого ограничения, стимулируя образование новой минеральной ткани со свойствами, близкими к свойствам исходной эмали.

Исследовательская группа проверила механическую прочность и долговечность восстановленного материала в условиях, имитирующих повседневное использование. Эксперименты показали, как новая эмаль реагирует на чистку зубов, жевание и контакт с кислыми продуктами. Результаты обнадёживают. По словам исследователей, восстановленная эмаль продемонстрировала механические свойства, сопоставимые со свойствами здоровой природной эмали, что говорит о том, что материал может дать больше, чем временное защитное покрытие.

«Зубная эмаль имеет уникальную структуру, которая придаёт ей замечательные свойства, защищающие наши зубы на протяжении всей жизни от физических, химических и термических воздействий. Когда наш материал наносят на деминерализованную или эрозированную эмаль либо на обнажённый дентин, он стимулирует рост кристаллов интегрированным и организованным образом, восстанавливая архитектуру нашей естественной здоровой эмали. Мы проверили механические свойства этих восстановленных тканей в условиях, имитирующих „реальные ситуации“, — чистку зубов, жевание и воздействие кислых продуктов, — и обнаружили, что восстановленная эмаль ведёт себя как здоровая», — объяснил доктор Абшар Хасан, постдокторант и ведущий автор исследования.

Эти результаты позволяют предположить, что гель в конечном итоге сможет не просто замедлять дальнейшее разрушение, а восстанавливать прочность и защитную функцию повреждённой эмали. Однако лабораторные результаты ещё не устанавливают, насколько хорошо лечение будет работать в течение длительного времени у пациентов.

Помимо способности восстанавливать эмаль, исследователи подчёркивают, что технология разрабатывалась с прицелом на практическое применение в стоматологии. Гель задуман как безопасный, простой в нанесении и пригодный для крупномасштабного производства. Его универсальность может позволить включать его в разные виды стоматологической продукции, потенциально помогая пациентам разного возраста с эрозией эмали, чувствительностью зубов и другими проблемами, связанными с обнажённым дентином.

«Мы очень воодушевлены, потому что технология разработана с учётом интересов врача и пациента. Она безопасна, легко и быстро наносится и масштабируема. Кроме того, технология универсальна, что открывает возможность её превращения в несколько типов продуктов для помощи пациентам всех возрастов, страдающим от различных стоматологических проблем, связанных с потерей эмали и обнажённым дентином. Мы начали этот процесс со своей стартап-компанией Mintech-Bio и надеемся выпустить первый продукт уже в следующем году; это новшество скоро сможет помогать пациентам по всему миру», — сказал профессор Алвару Мата, заведующий кафедрой биомедицинской инженерии и биоматериалов Ноттингемского университета, руководивший исследованием.

Исследователи уже начали работу по коммерциализации через свою компанию Mintech-Bio, поставив цель выпустить первый продукт уже в течение года после объявления. Хотя дальнейшая разработка и клиническая проверка будут важны, прежде чем технология станет признанным стоматологическим лечением, её способность воссоздавать структуру и прочность природной эмали представляет собой многообещающий шаг вперёд.

Вопрос, который остаётся: если гель действительно способен восстановить эмаль, то следующим рубежом стоматологии станет не лечение повреждений, а их предотвращение — но сможет ли метод, не содержащий фтора и полагающийся на минералы слюны, доказать свою надёжность в реальной полости рта на протяжении лет, а не месяцев?