El esmalte permite que los dientes suban un pisoteo y sigan masticando. El tejido más duro del cuerpo humano es lo suficientemente resistente como para resistir las abolladuras, pero lo suficientemente elástico como para no agrietarse durante décadas de aplastamiento de la mandíbula. Es tan increíble que los científicos no hayan creado un sustituto que pueda igualarlo, hasta ahora. Los investigadores dicen que han diseñado un esmalte artificial que es aún más resistente y duradero que el real.

"Este es un claro salto adelante", dice Álvaro Mata, ingeniero biomédico de la Universidad de Nottingham que no participó en el estudio. El avance, dice, podría tener usos más allá de reparar los dientes. "Desde la creación de armaduras corporales hasta el fortalecimiento o endurecimiento de superficies para pisos o automóviles, podría haber muchas, muchas aplicaciones".

El esmalte es difícil de imitar porque su estructura tiene muchos modos de organización anidados, como fibras de lana hiladas en hilo y luego tejidas en un suéter de punto de cable. Los átomos de calcio, fósforo y oxígeno deben unirse en un patrón complejo y repetitivo para formar cables cristalinos. Las células productoras de esmalte ensamblan un revestimiento rico en magnesio alrededor de esos cables, que luego se entrelazan para formar un material fuerte, que se organiza aún más en estructuras que se asemejan a racimos y torceduras.

Anteriormente, los investigadores que intentaban construir esmaltes artificiales han luchado por lograr esos diferentes niveles de organización. En el pasado, los investigadores han intentado usar péptidos, cadenas cortas de aminoácidos como las que usan las células para construir proteínas, para guiar la formación de los cables cristalinos. Pero no han podido organizar los cables en las estructuras complejas necesarias para la elasticidad y dureza del esmalte.

En el nuevo estudio, los científicos intentaron imitar el ensamblaje de esmalte de la naturaleza. En lugar de péptidos y otras herramientas biológicas, utilizaron temperaturas extremas para persuadir a los cables a una formación ordenada. Al igual que con la construcción anterior de esmaltes artificiales, el equipo construyó su nuevo material a partir de alambres de hidroxiapatita, el mismo mineral que compone el esmalte real. Pero a diferencia de la mayoría de los otros esmaltes sintéticos, los investigadores encerraron los cables en un revestimiento maleable a base de metales.

Este recubrimiento en los cables cristalinos es el ingrediente secreto que hace que este esmalte artificial sea tan resistente, dice el coautor del estudio Nicholas Kotov, ingeniero químico de la Universidad de Michigan, Ann Arbor. El revestimiento hace que los cables tengan menos probabilidades de romperse, porque el material blando que los rodea puede absorber cualquier presión o golpe potente. Aunque los cables en esmalte natural cuentan con un recubrimiento rico en magnesio, los investigadores actualizaron a óxido de circonio, que es extremadamente fuerte y sigue siendo no tóxico, dice Kotov. El resultado fue un trozo de material esmaltado que se podía cortar en formas con una sierra de hoja de diamante.

Los cables del nuevo material no se entretejen en la compleja arquitectura 3D del esmalte natural, señala Janet Moradian-Oldak, química proteica de la escuela de odontología de la Universidad del Sur de California que no participó en el estudio. Aún así, dice, la estructura de los cables paralelos está un poco más cerca del esmalte verdadero que los intentos anteriores.

Para medir la dureza y elasticidad del nuevo esmalte artificial, los investigadores cortaron un pedazo de él y aplicaron presión hasta que la muesca se extendió a una fractura. La presión de fracturación y la longitud de la grieta les permiten determinar la tenacidad y resistencia a la deformación del esmalte. También probaron lo fácil que era sangrar el esmalte con una punta de diamante puntiaguda. Cuando enfrentaron el esmalte artificial contra el esmalte dental natural en estas pruebas, encontraron que la versión cultivada en laboratorio superaba a su contraparte natural en seis áreas diferentes, incluida su elasticidad y capacidad para absorber vibraciones, informa el equipo hoy en Science.

Los investigadores han estado interesados durante mucho tiempo en generar esmalte artificial porque nuestros cuerpos no pueden regenerarlo. Las células que crean nuestro esmalte mueren tan pronto como los dientes emergen de las encías. "La mitad del mundo tiene problemas con el esmalte, y muchos conducen a condiciones muy graves, hasta perder dientes", dice Mata. "Juega un papel enorme, enorme en la calidad de vida de las personas". Y las técnicas actuales de reparación de esmaltes, como los empastes disponibles en el consultorio de un dentista, no tienen esa combinación especial de dureza y elasticidad que permite que el esmalte natural perdure décadas.

Aún así, Mata y Moradian-Oldak señalan que este nuevo material inspirado en el esmalte no está listo para picar. Los investigadores no probaron qué tan bien se une al esmalte natural, que es crucial para la reparación dental. Y el método requiere que las materias primas se calienten a 300 ̊C, se congelen cuidadosamente y luego se corten en forma con una sierra de diamante, lo que puede ser difícil (o imposible) en la mayoría de los consultorios dentales.

Pero las aplicaciones emocionantes están fuera de la boca. El esmalte artificial podría ayudar a proteger los delicados chips electrónicos en las computadoras portátiles de demasiadas empujones o incluso una gota, dice Kotov. Y recrear las propiedades del esmalte a mayor escala podría algún día ayudar a los ingenieros a diseñar materiales de construcción que puedan resistir los daños causados por terremotos. Moradian-Oldak añade: "Abre oportunidades para todo tipo de aplicaciones más allá de la medicina".

Fuente: science.org