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Jun 05, 2023

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Scientific Reports volume 13, Articolo numero: 12301 (2023) Cita questo articolo 1267 Accessi 1 Metrica Altmetrica dettagli Lo smalto dentale è un tessuto biologico peculiare privo di qualsiasi capacità di autorinnovamento

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12301 (2023) Citare questo articolo

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Lo smalto dentale è un tessuto biologico peculiare privo di qualsiasi capacità di autorinnovamento a differenza dell'osso. Pertanto, una conoscenza approfondita della composizione dello smalto è essenziale per sviluppare nuove strategie per la riparazione dello smalto dentale. Mentre il minerale presente nelle ossa e nello smalto dentale è generalmente visto come l’equivalente prodotto biologicamente dell’idrossi(l)apatite, la formazione di queste bioapatiti è controllata da diverse strutture della matrice organica, principalmente collagene di tipo I nell’osso e amelogenina nello smalto. Nei vertebrati inferiori, come i roditori, vengono prodotti due tipi distinti di smalto. Lo smalto pigmentato contenente ferro protegge gli incisivi in ​​continua crescita mentre lo smalto non pigmentato ricco di magnesio copre i denti molari. Utilizzando la spettroscopia Raman ad alta risoluzione, la microscopia elettronica a scansione e la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia, questo lavoro esplora le differenze nel contenuto di fosfato acido (HPO42−), carbonato (CO32−), idrossile (OH−), ferro e magnesio di smalto incisivo pigmentato e smalto molare non pigmentato di ratti Sprague Dawley. Fasci di nanofili di idrossi(l)apatite comprendono i prismi dello smalto, dove i prismi nello smalto pigmentato sono più larghi e più lunghi di quelli nei molari non pigmentati. In contrasto con lo smalto non pigmentato ricco di magnesio, una maggiore cristallinità minerale e livelli più elevati di HPO42− e OH− sono caratteristiche distintive dello smalto pigmentato ricco di ferro. Inoltre, l’apparente assenza di ossidi di ferro o ossi(idrossidi) indica che il ferro viene introdotto nel reticolo dell’apatite a scapito del calcio, anche se in quantità che non alterano le firme Raman dei modi interni di PO43−. Le idiosincrasie compositive dello smalto pigmentato ricco di ferro e nominalmente privo di ferro non pigmentato offrono nuove intuizioni sulla biomineralizzazione dello smalto, supportando l'idea che, nei roditori, la funzione degli ameloblasti differisce significativamente tra gli incisivi e i molari.

Lo smalto dentale è probabilmente il tessuto biologico più duro e resistente1. Nonostante le straordinarie proprietà meccaniche che consentono di resistere alla fatica e all’usura, lo smalto dentale ha una capacità limitata di autoriparazione o rinnovamento, a differenza dell’osso2. Sebbene siano considerate analoghi prodotti biologicamente dell'idrossi(l)apatite [Ca5(PO4)3OH], le apatiti dell'osso e dello smalto dentale sono notevolmente diverse3. Nello smalto, attraverso l'autoassemblaggio supramolecolare pH-dipendente, una proteina chiamata amelogenina svolge un ruolo chiave nel guidare la crescita allungata e altamente orientata dell'apatite nello smalto4,5. Come diretta conseguenza dei gradienti chimici, la distinta struttura nucleo-guscio e le tensioni residue che ne derivano influiscono in modo significativo sul comportamento di dissoluzione dei cristalliti dello smalto umano6. Nei roditori, i denti incisivi7 in continua crescita sono protetti da smalto pigmentato contenente Fe mentre i denti molari sono ricoperti da smalto non pigmentato ricco di Mg8.

La spettroscopia Raman può distinguere tra diversi tessuti biologici mineralizzati, tra cui smalto, dentina, cemento e osso, e rivelare informazioni vitali sui processi biologici alla base della loro formazione e assemblaggio9. Alcuni aspetti della composizione minerale, ad esempio l'incorporazione di ioni carbonato (CO32−), forniscono informazioni sui percorsi di formazione della bioapatite10. Il grado di carbonatazione (cioè il contenuto di CO32−), in definitiva, influenza l'ordine a lungo raggio o la cristallinità minerale11. Inoltre, fattori come il pH locale influenzano la disponibilità e l'incorporazione del fosfato acido (HPO42−) nel reticolo dell'apatite, ovvero una maggiore quantità di HPO42− introdotta in condizioni acide12. Fasi contenenti HPO42 come l'ottacalcio fosfato si incontrano frequentemente nel biofilm dentale mineralizzato13. E sebbene si ritenga che lo smalto umano e bovino contenga circa il 5% in peso di HPO42−14, gli studi Raman sui denti premolari umani non sono stati in grado di rilevare ambienti non apatitici15,16.