La caries dental ha obligado a visitarnos desagradables a la mayoría de la población de EE. UU. De hecho, más del 90 % de los adultos han tenido al menos una caries. Además, la mayor vida útil y las atroces disparidades de salud dental están contribuyendo al aumento de los casos.

Sin embargo, a pesar del trabajo de biólogos, científicos de materiales, químicos, ingenieros y clínicos, no se sabe mucho sobre cómo o por qué algunas personas son más propensas que otras a experimentar caries del esmalte dental o afecciones congénitas.

Ahora, un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad de Northwestern ha mapeado iones dentro de los dientes humanos y ha encontrado diferencias estructurales significativas entre las muestras que pueden mejorar la comprensión del ciclo de vida del esmalte y el impacto en la salud humana.

Un nuevo artículo titulado "Desgradantes estructurales de mesoescala en esmalte dental humano", publicado el 19 de diciembre en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, demuestra nuevos enfoques para medir las diferencias en la composición de los dientes en una escala de esmalte dental sin haber sido investigada y difícil de medir.

El esmalte dental puede ser uno de los materiales más complejos producidos por los vertebrados, una barrera significativa para comprender mejor los dientes en el contexto de la formación y el bienestar general.

"Este artículo encaja en el objetivo más amplio de comprender la estructura de este importante material biológico y su papel en la salud humana, especialmente a la luz de las caries dentales y la caries dental", dijo Robert Free, primer autor del artículo e investigador de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern.

Usando la tecnología de difracción de rayos X, el equipo pudo observar pequeñas diferencias, por orden de picómetros, una fracción del tamaño de un solo átomo, en los parámetros cristalográficos de los cristales de esmalte, que vincularon a la presencia de iones como el magnesio y el sodio o el carbonato.

"Hay muy pocas técnicas que puedan medir estos iones particulares dentro de los cristalítos de esmalte con precisión", dijo Derk Joester de Northwestern, el autor correspondiente del artículo. "Tienen números atómicos y concentraciones bajos, por lo que, en última instancia, predicemos diferencias de composición que están en el orden de una fracción de un porcentaje atómico. Esto requiere una precisión extrema y solo es posible con rayos X utilizando un enfoque lateral para predecir la composición".

Joester es profesor asociado de ciencia e ingeniería de los materiales en McCormick. Es miembro del Instituto de Química de los Procesos de Vida de Northwestern y del Centro de Investigación de Materiales.

En el estudio, los investigadores analizaron tres dientes sanos de adultos humanos. La tecnología que incluye la difracción de rayos X de sincrotrón y el aprendizaje automático no supervisado, luego reveló estructuras dentro de las características de mesoescala, específicamente, las varillas de esmalte individuales y el esmalte entre varilla circundante.

Las varillas son paquetes de alrededor de 10.000 cristales, cristales muy finos y largos, que se apilan de manera ordenada como un puñado de espaguetis secos. Anteriormente, trabajando con la tomografía de la sonda de átomos y la microscopía electrónica de transmisión, los investigadores solo podían mirar un área pequeña dentro de una varilla sin la capacidad de distinguir las diferencias entre los parámetros de la red cristalina en el esmalte de varilla e interrod.

El equipo descubrió diferencias en la orientación y estructura de la red entre las muestras de esmalte a nivel de mesoescala. La mesoescala es una escala intermedia que se encuentra entre la escala atómica y las observables por el ojo humano. Donde otras escalas se entienden bien, sin una tecnología más avanzada, la mesoescala no se puede medir. Una asociación de larga data con Advanced Photon Source (APS), una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía en el Laboratorio Nacional de Argonne, permitió al equipo de Northwestern investigar estructuras en la mesoescala, donde se pueden capturar varillas.

"La APS es un gran recurso para Northwestern", dijo Stuart Stock, profesor de investigación de biología celular y del desarrollo en la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern y autor del documento. "Hay todas estas máquinas sofisticadas en Argonne que dan a nuestros estudiantes la oportunidad de usar herramientas de vanguardia con frecuencia sin tener que subirse a un avión cada vez".

Stock describió el tamaño de la muestra del estudio como una población de "reras de oro" porque demostró nuevos hallazgos, enseñó al equipo a preparar muestras de esmalte notoriamente difíciles y les mostró que esta escala puede revelar cosas como la formación de dientes y la salud general.

"Hemos planteado más preguntas de las que empezamos", dijo Stock. "No lo hemos expuesto y descrito del todo, pero hay algo que está pasando aquí, y hay que hacer mucho más trabajo a esta escala en este problema en particular".

Los investigadores han desarrollado nuevas teorías sobre los dientes basadas en los hallazgos clave del estudio. Por ejemplo, las varillas se veían diferentes de lo previsto y tenían una variación significativa entre el diente de cada individuo. Queda por ver si las variaciones son comunes a todos los seres humanos o una evidencia crítica de por qué las poblaciones, incluidas las mujeres, son más susceptibles a la caries dental.

El equipo cree que las respuestas a estas preguntas podrían llevarnos a comprender cómo se desarrolla el esmalte dental, lo que sería un conocimiento crítico para los científicos que desarrollan esmalte en laboratorios o intentan detener la caries dental antes de que comience.

"Ver la huella digital inorgánica de los cristales de esmalte nos da una idea de lo que estaba sucediendo cuando se formó el esmalte", dijo Victoria Cooley, estudiante de doctorado que estudia modelos de dientes animales en el departamento de ciencias de materiales de Northwestern. "Mirar a diferentes iones y ver dónde están localizados en el esmalte nos dice lo que están haciendo las células durante la formación y lo que están contribuyendo".

Los iones de magnesio y carbonato, por ejemplo, controlan la solubilidad del esmalte, por lo que su composición en el esmalte dental puede ser crítica para cómo y cuándo se descomponen los dientes. Con los hallazgos de que hay diferencias en la estructura del esmalte atribuidas a cambios en los parámetros de la red, el equipo piensa que la composición entre los dientes también difiere, marcando un paso más cerca del corazón de la caries dental.

FUENTE: medicalxpress.com