Пломбы по структуре не похожи на настоящий зуб. Как показали российские ученые, особенности атомно-молекулярного строения стоматологического материала могут заметно повлиять на его долговечность и приживаемость. Атомы кальция в таком композите иначе взаимодействуют с органической матрицей, из-за чего «сращивание» материала с дентином и эмалью осложняется. Выводы исследователей помогут создать композит для долговечных пломб, идеально имитирующих свойства природной ткани.

Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы на страницах престижного журнала Nanomaterials.

Поводом для визита к стоматологу для многих людей становится боль, свидетельствующая о серьезных повреждениях зубов. В таком случае часто требуется убрать пораженные ткани и поставить пломбу, то есть заменить их искусственными материалами. Чаще всего это композиты, по структуре и свойствам отличающиеся от зубной эмали и дентина.

«Современные медицинские технологии регенерации зубов находятся на довольно высоком уровне, но все равно не позволяют получить полностью идентичные природным тканям вещества. Поиски новых решений требуют понимания молекулярных основ строения и взаимодействия искусственных материалов с дентином и эмалью человека. В новой работе мы решили исследовать структуру разработанного нашей группой биомиметического минерализующего композита и сравнить его с эмалью и дентином зубов человека», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Дмитрий Голощапов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета.

Исследователи из Воронежского государственного университета (Воронеж), Воронежского государственного медицинского университета (Воронеж) и Уральского федерального университета (Екатеринбург) впервые исследовали атомно-молекулярную структуру биомиметических стоматологических композитов. Они были изготовлены на основе карбонат-замещенного гидроксиапатита и аминокислот, которые служат органической основой, улучшающей совместимость материала с дентином и покрывающей его зубной эмалью. С помощью спектроскопических методов авторы смогли определить молекулярный состав и атомное окружение фрагментов молекул как биомиметического композита, так и дентина и эмали.

Выяснилось, что поведение атомов и молекул в составе разработанного биокомпозита и ткани зуба во многом схожи. Однако в минеральной части эмали и дентина и созданных материалов связь с органической матрицей осуществляется различными способами и зависит от окружения атомов кальция. Последние занимают разное положение в нанокристаллах гидроксиапатита и на основе этого разделяются на два типа. Главное отличие состоит в том, какой из них преимущественно оказывается на поверхности нанокристаллов — это определит механизм связывания с органической матрицей. И именно из-за такого несоответствия интегрирование (по сути, «сращение») искусственного материала с зубом может быть затруднено.

«Обнаруженные нами особенности имеют фундаментальное значение для понимания того, каким должен быть идеальный стоматологический композит, способный полностью имитировать свойства дентина и эмали. В дальнейшем, опираясь на полученные результаты, мы планируем разработать новый подход к восстановлению зуба. Он может быть реализован за счет контролируемого индуцированного эпитаксиального роста биомиметического апатитного слоя, воспроизводящего свойства природной твердой ткани», — подводит итог Дмитрий Голощапов.