Зубная эмаль под микроскопом. Новые открытия о развитии кариеса

Ученые впервые применили синхротронную инфракрасную наноспектроскопию для изучения развития кариеса. Этот метод позволяет детально анализировать изменения в структуре и составе зубной эмали на уровне отдельных нанокристаллов апатита, что может привести к новым подходам в профилактике и лечении кариеса.

Исследователи из Воронежского государственного университета использовали инновационный метод для анализа твердых тканей зуба — синхротронную инфракрасную наноспектроскопию. Этот подход позволяет облучать образцы инфракрасным светом, сгенерированным на синхротроне, а затем измерять локальное поглощение света с помощью атомно-силового микроскопа. Методика обеспечивает наномасштабное пространственное разрешение и позволяет выявить структурные изменения в эмали, которые невозможно увидеть под обычным микроскопом.

Ученые исследовали пять зубов, пораженных кариесом, выделив здоровые и поврежденные участки с помощью алмазного лезвия. Сначала образцы анализировали с помощью оптического микроскопа, чтобы подтвердить наличие кариеса и оценить его внешние проявления. Затем с помощью наноспектроскопии получали спектры поглощения от здоровых и пораженных кариесом образцов.

Результаты показали, что здоровая эмаль состоит из равномерно упакованных нанокристаллов апатита, в то время как в местах, пораженных кариесом, наблюдаются агломераты — островки кристаллов апатита. Изменения в кристаллической решетке апатита при кариесе приводят к перераспределению интенсивностей полос поглощения в спектре, особенно в диапазоне длин волн 1150–1090 см⁻¹. Это свидетельствует о деформации кристаллов и увеличении количества кислых фосфатов в поврежденной эмали.

«Разработка новых высокоточных методик выявления и исследования кариеса даст не только значимый научный, но и социальный эффект, поскольку позволит предложить более эффективные способы профилактики заболеваний зубов.»

• Павел Середин, заведующий кафедрой физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета

Наблюдения показали, что максимальное разрешение, достигаемое с помощью наноспектроскопии, составляет 25 нанометров, что позволяет выявить нарушения структуры ткани на уровне, недоступном для других методов. Эти данные помогут лучше понять причины и этапы разрушения зубной эмали, что, в свою очередь, может привести к улучшению профилактики и лечения кариеса.

По статистике, кариесом страдает около 3,5 миллиардов человек по всему миру. Он возникает из-за бактерий, которые превращают сахара в кислоты, разрушающие эмаль. Исследование показало, что в норме доля кислых фосфатов в эмали не превышает 3%, но при кариесе она возрастает до 25%, что указывает на значительные химические изменения под действием бактериальных кислот.

«Эти разработки помогут ускорить переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения.»

• Павел Середин, заведующий кафедрой физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета