¿Por qué el esmalte dental dura toda la vida?
En caso que nos cortemos la piel o suframos una fractura ósea, estos tejidos se repararán solos, gracias a una gran propiedad regenerativa de nuestros cuerpos, que permiten recuperarnos de una lesión.
Por el contrario, en el caso del esmalte dental una vez que se desgasta, no puede regenerarse, aún, considerando que la cavidad oral es un ambiente altamente hostil que expone constantemente a los dientes a varias agresiones.
El esmalte el tejido más duro del cuerpo, es casi completamente inorgánico: el 97% de su composición es mineral de hidroxiapatita carbonatada (HAP), empaquetado a alta densidad (95% en peso en el esmalte maduro), con apenas el 1% de su peso de matriz orgánica blanda (proteína) y un 4% de su peso compuesto de agua.
Esta composición le permite a los dientes resistir los elementos duros, ácidos o calientes que ingresan en la boca, pues cada vez que comemos, es sometido a un estrés de gran magnitud.
Pese a estas situaciones adversas, el esmalte dental que desarrollamos de niño permanece con nosotros a lo largo de nuestra vida, hecho que ha llamado poderosamente la atención de los investigadores para saber cómo el esmalte logra mantenerse funcional e intacto durante toda la vida.
El esmalte en detalle
Con la ayuda de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Cambridge y la Universidad de Pittsburgh, la profesora Pupa Gilbert, de la Universidad de Wisconsin–Madison, examinó detalladamente la microestructura del esmalte dental, resultados que fueron publicados en la revista Nature Communications.
El esmalte se compone de varillas formadas por cristales de hidroxiapatita, que son estructuras largas y delgadas de alrededor de 50 nanómetros de ancho y 10 micrómetros de largo.
Mediante el uso de tecnología de imagen de vanguardia diseñada por Gilbert- que se llama mapeo de contraste de imágenes dependientes de polarización (PIC)- los científicos pudieron visualizar la forma en que se alinean los cristales individuales en el esmalte dental.
Gilbert explica que previo a la incorporación del mapeo PIC, era imposible estudiar el esmalte con este enorme nivel de detalle: «[Usted] puede medir y visualizar, en color, la orientación de nanocristales individuales y ver muchos millones de ellos a la vez«, puesto que «La arquitectura de los biominerales complejos, como el esmalte, se vuelve inmediatamente visible a simple vista en un mapa PIC«.
Después de observar detalladamente el esmalte, los investigadores descubrieron que su estructura exhibía patrones: «En general, vimos que no había una sola orientación en cada barra, sino un cambio gradual en las orientaciones de cristal entre nanocristales adyacentes«, explica Gilbert. «Y luego la pregunta fue: ‘¿Es esta una observación útil?‘»
La importancia de la orientación del cristal
Los investigadores- con la ayuda del profesor Markus Buehler del MIT- idearon una simulación en un modelo computacional, para probar si el cambio en la alineación de los cristales influía en la forma en que el esmalte respondía al estrés.
La situación estresante consistía en recrear las fuerzas que experimentarían los cristales de hidroxiapatita cuando una persona mastica, momento en que los dientes en general y el esmalte en particular, son sometidos a enormes tensiones.
En el modelo computarizado pusieron dos bloques de cristales, uno al lado del otro, de forma tal que se tocaran a lo largo de un borde. Los cristales dentro de cada uno de los dos bloques estaban alineados, pero en la zona donde entraron en contacto ambos bloques, los cristales se encontraron en ángulo.
A lo largo de varias pruebas, los científicos fueron variando el ángulo en el que se tocaban los dos bloques de cristales. Cuando los bloques quedaron perfectamente alineados en la interfaz donde se contactaban, aparecería una grieta cuando aplicaban presión.
Cuando los bloques se contactaron a 45 grados una grieta apareció en la interfaz. Sin embargo, cuando los cristales solo estaban ligeramente desalineados, la interfaz desvió la grieta y evitó que se extendiera, por lo que los investigadores concluyeron que la clave de la gran duración del esmalte reside en la alineación imperfecta de los cristales.
Este descubrimiento motivó al equipo de Gilbert para identificar el ángulo perfecto para la máxima resistencia- que fue investigado “in situ”- como Gilbert indicó: «Si hay un ángulo ideal de desorientación, apuesto a que es el que tenemos en la boca«.
Para investigar esta hipótesis, la coautora Cayla Stifler regresó a la enorme cantidad de datos aportados por el mapeo PIC original y midió los ángulos entre los cristales adyacentes, donde descubrió que 1 grado era el tamaño más habitual de desorientación y el máximo era de 30 grados.
Esta observación del mapeo PIC estuvo en concordancia con la simulación: los ángulos más pequeños tienen mayor capacidad de desviar las grietas, como explica Gilbert: «Ahora sabemos que las grietas se desvían a nanoescala y, por lo tanto, no pueden propagarse muy lejos. Esa es la razón por la que nuestros dientes pueden durar toda la vida sin ser reemplazados«.
