Pratlande ekorrar, charmiga coypus och svanskladdande bävrar – tillsammans med några andra gnagare – har orangebruna framtänder. Forskare har publicerat högupplösta bilder av framtänder på gnagare i ACS Nano , vilket ger en bild på atomnivå av tändernas geniala emalj och dess beläggning. De upptäckte små fickor av järnrika material i emaljen som bildar en skyddande sköld för tänderna men, viktigare, inte bidrar till den orangebruna nyansen – nya insikter som kan förbättra mänsklig tandvård.

Människors och djurs tänder är belagda med en komplex kristallin substans som kallas emalj. Och även om emalj är den hårdaste vävnaden i våra kroppar, är den ännu svårare hos gnagare. Deras ständigt växande framtänder har ytterligare ett yttre lager av syrafast, järnrik emalj.

Tidigare föreslog forskare att detta järnrika material också var ansvarigt för den slående orange till bruna färgen på många gnagares framtänder. Den mikroskopiska strukturen hos den järnrika emaljen hade dock inte karakteriserats fullt ut. För att lära dig mer om sammansättningen av gnagartandsemaljen, tog Vesna Srot och kollegor högupplösta bilder av framtänder från flera arter.

Forskarna samlade in framtänder från gnagare som lever i olika miljöer:bävrar, coypus, ekorrar, murmeldjur, råttor, sorkar och möss. För att undersöka emaljens struktur, elementära sammansättning och färgöverföring togs tunna skivor från olika sektioner av tänderna och förbereddes för avbildning med optisk mikroskopi, 3D-fokuserad jonstråletomografi och scanningtransmissionselektronmikroskopi. Bilderna med upplösning i mikro- och nanoskala visade:

• Initialt producerar celler som syntetiserar emaljkomponenter 6 till 8 nanometer breda partiklar av järnlagrande proteiner som kallas ferritiner, som är källmaterialet för järnjoner i mognad emalj.
• När emaljen mognar och stelnar innan tänderna bryter ut från tandköttet, flyttas järnhaltigt ferrihydritliknande material in i det yttre lagret av emalj och upptar tomma utrymmen mellan kalciumhaltiga hydroxiapatitkristaller.
• Mikrostrukturen hos den järnrika emaljen innehåller långsträckta nanometerstora fickor fyllda med små mängder av det ferrihydritliknande materialet, vilket bidrar till syrabeständighet även om de fyllda fickorna står för mindre än 2 % av volymen järnrika emalj.
• Medan dessa resultat tyder på att olika typer av gnagare utvecklar det järnrika yttre emaljlagret på ett liknande sätt, varierar lagrets djup beroende på art, med möss som har de tunnaste och coypus som har de tjockaste lagren.
• Slutligen kommer den intensiva orange-bruna färgen på framtänder inte från de fyllda fickorna i emaljen, som man tidigare trott, utan från ett tunt ytskikt som består av aromatiska aminosyror och oorganiska mineraler.

Forskarna föreslår att tillsats av små mängder ferrihydritliknande eller andra färglösa biokompatibla järnmineraler till tandvårdsprodukter kan ge exceptionellt skydd för mänsklig tandemalj. Dessutom kan inkorporering av små mängder järnhydroxider i syntetisk emalj producera mer långvariga restaureringar för mänskliga tänder.

Mer information: Genialisk arkitektur och färggenerering i emalj av gnagartänder, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.4c00578

Journalinformation: ACS Nano

Tillhandahålls av American Chemical Society