Comment l'émail dentaire dure-t-il toute une vie?
L'émail dentaire est la substance la plus dure du corps humain, mais, jusqu'à présent, personne ne savait comment il a réussi à durer toute une vie. Les auteurs d’une étude récente concluent que le secret de l’émail réside dans l’alignement imparfait des cristaux.
Si nous nous coupons la peau ou cassons un os, ces tissus se répareront d'eux-mêmes; nos corps sont excellents pour se remettre d'une blessure.
L'émail dentaire, cependant, ne peut pas se régénérer et la cavité buccale est un environnement hostile.
À chaque repas, l'émail est soumis à un stress incroyable; il résiste également à des changements extrêmes de pH et de température.
Malgré cette adversité, l'émail dentaire que nous développons dans notre enfance reste avec nous tout au long de nos jours.
Les chercheurs s'intéressent depuis longtemps à la façon dont l'émail parvient à rester fonctionnel et intact pendant toute une vie.
Comme le dit l’un des auteurs de la dernière étude, le professeur Pupa Gilbert de l’Université du Wisconsin – Madison, «Comment évite-t-il un échec catastrophique?»
Les secrets de l'émail
Avec l'aide de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Cambridge et de l'Université de Pittsburgh, Pennsylvanie, le professeur Gilbert a examiné en détail la structure de l'émail.
L'équipe de scientifiques a maintenant publié les résultats de son étude dans la revue Nature Communications.
L'émail est composé de soi-disant bâtonnets d'émail, constitués de cristaux d'hydroxyapatite. Ces tiges d'émail longues et minces mesurent environ 50 nanomètres de largeur et 10 micromètres de longueur.
En utilisant une technologie d'imagerie de pointe, les scientifiques ont pu visualiser comment les cristaux individuels de l'émail dentaire sont alignés. La technique, conçue par le professeur Gilbert, est appelée cartographie du contraste d'imagerie dépendant de la polarisation (PIC).
Avant l'avènement de la cartographie PIC, il était impossible d'étudier l'émail avec ce niveau de détail. «[V] ous pouvez mesurer et visualiser, en couleur, l'orientation des nanocristaux individuels et en voir plusieurs millions à la fois», explique le professeur Gilbert.
«L'architecture des biomatériaux complexes, tels que l'émail, devient immédiatement visible à l'œil nu sur une carte PIC.»
Lorsqu'ils ont observé la structure de l'émail, les chercheurs ont découvert des motifs. «Dans l'ensemble, nous avons vu qu'il n'y avait pas une seule orientation dans chaque tige, mais un changement progressif des orientations cristallines entre les nanocristaux adjacents», explique Gilbert. "Et puis la question était:" Est-ce une observation utile? ""
L'importance de l'orientation cristalline
Pour tester si le changement d'alignement des cristaux influence la façon dont l'émail réagit au stress, l'équipe a recruté l'aide du professeur Markus Buehler du MIT. À l'aide d'un modèle informatique, ils ont simulé les forces que les cristaux d'hydroxyapatite subiraient lorsqu'une personne mâche.
Dans le modèle, ils ont placé deux blocs de cristaux l'un à côté de l'autre de sorte que les blocs se touchent le long d'un bord. Les cristaux dans chacun des deux blocs étaient alignés, mais là où ils sont entrés en contact avec l'autre bloc, les cristaux se sont rencontrés à un angle.
Au cours de plusieurs essais, les scientifiques ont modifié l'angle auquel les deux blocs de cristaux se rencontraient. Si les chercheurs alignaient parfaitement les deux blocs à l'interface où ils se sont rencontrés, une fissure apparaîtrait lorsqu'ils appliquaient une pression.
Lorsque les blocs se sont rencontrés à 45 degrés, c'était une histoire similaire; une fissure est apparue à l'interface. Cependant, lorsque les cristaux n'étaient que légèrement désalignés, l'interface déviait la fissure et l'empêchait de se répandre.
Cette constatation a incité une enquête plus approfondie. Ensuite, le professeur Gilbert a voulu identifier l'angle d'interface parfait pour une résilience maximale. L'équipe ne pouvait pas utiliser de modèles informatiques pour étudier cette question, alors le professeur Gilbert a fait confiance à l'évolution. «S'il y a un angle de désorientation idéal, je parie que c'est celui dans notre bouche», décida-t-elle.
Pour enquêter, le co-auteur Cayla Stifler est revenu aux informations de cartographie PIC d'origine et a mesuré les angles entre les cristaux adjacents. Après avoir généré des millions de points de données, Stifler a découvert que 1 degré était la taille de désorientation la plus courante et que le maximum était de 30 degrés.
Cette observation concordait avec la simulation - des angles plus petits semblent mieux en mesure de dévier les fissures.
«Nous savons maintenant que les fissures sont déviées à l’échelle nanométrique et ne peuvent donc pas se propager très loin. C’est la raison pour laquelle nos dents peuvent durer toute une vie sans être remplacées. »
Professeur Pupa Gilbert
