Znajdź zawartość

Szkliwo to najtwardszy materiał biologiczny wchodzący w skład naszego organizmu. Znane jest ze swojej wyjątkowej sztywności, twardości, lepkosprężystości, stabilności i wytrzymałości. Mimo, że jego grubość liczona jest w milimetrach, jest wyjątkowo odporne na deformacje i uszkodzenia. A wszystkie te właściwości zawdzięcza swojej wyjątkowej strukturze. Teraz uczeni z Chin i USA stworzyli materiał, który naśladuje tę strukturę dzięki specjalnie pokrytym nanowłóknom. Jego właściwości mechaniczne są lepsze od właściwości szkliwa, dzięki czemu nowy materiał znajdzie szerokie zastosowanie w inżynierii. Hewei Zhao z Beihang University w Pekinie i jego zespół rozpoczęli pracę od zsyntetyzowania nanowłókien hydroksyapatytu o długości 10 mikrometrów. Następnie pokryli je warstwą amorficznego nadtlenku cynku, który tworzy silne wiązania z hydroksyapatytem. Włókna następnie poprzeplatano molekułami poli(alkoholu winylowego), a całość zamrożono. Miksturę poddano działaniu dwukierunkowego gradientu temperatury. Utworzyły się równolegle ułożone kryształy lodu, co wymusiło na włóknach zajęcie przestrzeni pomiędzy kryształami i ułożyło je wszystkie w tym samym kierunku. W końcu całość poddano liofilizacji i kompresji. W wyniku całego procesu otrzymano gęste sztuczne szkliwo zbudowane z równolegle ułożonych i ściśle przylegających warstw nanowłókien hydroksyapatytu pokrytych nadtlenkiem cynku. Szczegółowe analizy wykaząły, że taka struktura wytrzymuje naprężenia przekraczające 140 MPa, a podczas rozciągania zwiększa swoją długość zaledwie o 1,8% przed rozerwaniem. Co ważne, Zhao i jego zespół wykazali, że materiał ten można masowo produkować i nadawać mu dowolny kształt. Szczegółowy opis materiału opublikowano na łamach Science. « powrót do artykułu

Naukowcy z Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) postanowili sprawdzić, w jaki sposób kwaśne i słodkie napoje wpływają na szkliwo zębów w skali nano. By ocenić zmiany mechaniczne i morfologiczne zachodzące w czasie indukowanej napojami erozji szkliwa, zespół posłużył się mikroskopem sił atomowych (AFM). Nieleczona, utrata szkliwa może prowadzić do różnych problemów, w tym przebarwień, pęknięć czy nadwrażliwości. Raz uszkodzone szkliwo nigdy się już nie odbuduje, dlatego badania wyjaśniające, jak erozja szkliwa się rozpoczyna i rozwija, zwłaszcza w najwcześniejszych etapach, mają spore znaczenie dla utrzymania zdrowia zębów. Doktorzy Panpan Li i Chungik Oh wybrali do badań 3 popularne napoje: Coca-colę, Sprite'a i sok pomarańczowy. Za pomocą AFM badano topografię powierzchni i sporządzano mapę modułu sprężystości. Od ochotników w wieku 20-35 lat, którzy odwiedzili KAIST Clinic, pozyskano 5 zdrowych zębów trzonowych. Po wyrwaniu trzymano je w wodzie destylowanej. Napoje kupiono i otwarto tuż przed eksperymentem z zanurzaniem. Naukowcy zaobserwowali, że wraz z czasem zaburzenia chropowatość powierzchni szkliwa znacząco rosła, a moduł sprężystości drastycznie spadał. Zademonstrowano, na przykład, że po 5 min przebywania w cieczy moduł sprężystości był 5-krotnie niższy. Dodatkowo Koreańczycy zaobserwowali preferencyjne wytrawianie uszkodzonego szkliwa. Zbyt mocne szczotkowanie zębów i pasty z cząsteczkami polerującymi, które są reklamowane jako sposób na usunięcie biofilmu, mogą zaś powodować zadrapania szkliwa. « powrót do artykułu

Na University of Washington powstała interesująca metoda zapobiegania próchnicy zębów i leczenia uszkodzonego nią szkliwa. Metoda bazuje na produktach naturalnych, jest łatwa s stosowaniu i wykorzystuje proteiny do leczenia ubytków. Remineralizacja kontrolowana przez peptydy to zdrowa alternatywa dla obecnie stosowanych metod, mówi główny autor badań, profesor Mehmet Sarikaya. Zespół z University of Washington wykorzystali wiedzę o amelogeninach, białkach odpowiedzialnych za tworzenie się szkliwa na zębach, do stworzenia peptydów, które remineralizują uszkodzony ząb. Peptydy te przyczepiają się do powierzchni zęba wykorzystują jony wapnia i fosforu do jego odbudowy, mówi współautor badań Deniz Yucesoy. Po każdorazowym zastosowaniu wspomnianych peptydów na uszkodzonym utworzy się 10-50 mikrometrów nowego szkliwa. Twórcy nowej technologii mają nadzieję, że gdy ją w pełni opracują, wspomniane peptydy będzie można wykorzystywać w pastach do zębów, żelach i materiałach dentystycznych. Staną się łatwą w stosowaniu tanią alternatywą dla obecnych metod. Każdy będzie mógł, stosując pastę do zębów z peptydami, codziennie uzupełniać ewentualne ubytki w zębach. « powrót do artykułu

Po przeskanowaniu genomów 9 osób z tej samej rodziny, z których 4 cierpiały na amelogenesis imperfecta (AI), czyli uwarunkowane genetycznie zaburzenia rozwoju szkliwa zębów, a 5 było zdrowych, i porównaniu ich do próbek DNA 952 niespokrewnionych osób naukowcy z Uniwersytetu w Manchesterze zidentyfikowali gen odpowiedzialny za tworzenie szkliwa. Jak można się domyślić, oszczędzi to cierpienia chorym z próchnicą i pracy stomatologom. Ludzie nie mogą odtworzyć raz uszkodzonego szkliwa, ponieważ ameloblasty (komórki szliwotwórcze pochodzenia nabłonkowego), które produkują i odkładają na powierzchni zębowej preszkliwo, po zakończeniu pracy stają się płaskie i wraz z innymi komórkami narządu szkliwotwórczego wytwarzają zanikającą w wyniku ścierania błonę Nasmytha. Brytyjczycy zauważyli, że krewni z AI mieli mutacje w obu kopiach genu FAM20A. U 4 zdrowych przedstawicieli tej samej rodziny stwierdzono mutację tylko w jednej kopii tego genu. W żadnej próbce DNA od niespokrewnionych osób nie znaleziono tego typu mutacji. W zębach myszy szczególnie silną ekspresję genu FAM20A można było zaobserwować w czasie dojrzewania ameloblastów. To również potwierdzałoby, że to właśnie ten gen odgrywa kluczową rolę w wytwarzaniu szkliwa. Jeden z komentatorów odkrycia akademików z Manchesteru uważa, że białko kodowane przez FAM20A wzmaga produkcję szkliwa, wiążąc się z ameloblastami. Gdyby rzeczywiście tak było, można by wykorzystać proteinę do reaktywacji komórek szkliwotwórczych. Zespół Jamesa O'Sullivana z Uniwersytetu w Manchesterze nie znalazł opisu "swojej" mutacji nonsensownej w żadnej z baz danych. Dodatkowo ustalono, że dotyczy ona eksonu 2. genu FAM20A.

Szkliwo z zębów ryb dwudysznych i belony pospolitej (Belone belone) może ułatwić wyprodukowanie lżejszych i bardziej wydajnych paliwowo samochodów czy samolotów – twierdzi prof. John Barry, fizyk z Queensland University of Technology. Napędem dla mojej pracy jest potrzeba znalezienia nowych lepszych materiałów, ponieważ większości udoskonaleń z dziedziny materiałoznawstwa z ostatnich 60 lat nie uda się kontynuować bez wprowadzania ciągłych innowacji. Ograniczeniem są właściwości wykorzystywanych obecnie materiałów. Z powodu ciągłej potrzeby zwiększania osiągów docieramy do granic możliwości materiałów, a skutki tego zjawiska bywają katastrofalne – w tym miejscu warto przypomnieć choćby ostatnie awarie silników Airbusów 380. Barry ma na to radę – badanie przyrody i wykorzystywanie naturalnych rozwiązań. Zęby różnych zwierząt były przystosowywane lub konstruowane do różnych celów. Jak materiały inżynieryjne są tworami kompozytowymi o właściwościach o wiele lepszych od wielu istniejących syntetyków. Zaczęliśmy od dwudysznych, ponieważ są zwierzętami prehistorycznymi [wyewoluowały we wczesnym dewonie]. Z tego powodu sądziliśmy, że budowa ich zębów będzie sporo prostsza niż u współczesnych zwierząt, które podlegały wielu ewolucyjnym zmianom. Byliśmy zaskoczeni, gdy natrafiliśmy na skomplikowaną mikrostrukturę zęba. Badaliśmy także belony, które mają wyjątkowe odporne na zniszczenia zęby. Australijczycy tłumaczą, że w 95% ząb składa się z hydroksyapatytu, minerału zbudowanego z hydroksyfosforanu wapnia, który sam w sobie jest bardzo słaby, ale w organizmie żywym staje się twardy i wytrzymały. Zespół z QUT bada strukturę zęba na 3 poziomach. Najpierw akademicy przyglądają się kryształom zębiny (dentyny), które mogą mieć różne kształty, sposobom ich ułożenia w poszczególnych pęczkach pryzmatycznych szkliwa oraz temu, jak zorganizowana jest powierzchnia zęba, by ciąć, miażdżyć lub rozcierać pokarm. Badacz z antypodów podkreśla, że w przeszłości naukowcy próbowali już wykorzystywać materiały naśladujące przyrodę. W czasie II wojny światowej inżynierowie pracujący nad imitowaniem właściwości drewna stworzyli włókno szklane, zaś zamek błyskawiczny to technologiczna kopia przywierających do ubrania rzepów. Barry opowiada, że skopiowanie niektórych struktur zęba pozwoli na wyeliminowanie kompozytów włókien węglowych. Obecnie są one najlepszym z dostępnych rozwiązań, ale, niestety, pozostają bardzo mocne wzdłuż warstwy nanoszenia ziaren, a w poprzek są bardzo słabe, co ogranicza ich zastosowanie.

Jeleń olbrzymi, zwany też łosiem irlandzkim, był jednym z największych jeleniowatych, jakie kiedykolwiek zamieszkiwały Ziemię. Do tej pory pozostawało tajemnicą, czemu nagle wyginął ok. 10600 lat temu. Analiza zębów wykazała, że Megaloceros giganteus nie przetrwał zmiany klimatu. Północna Europa stawała się coraz chłodniejsza i bardziej sucha, przez co zmniejszał się dostęp do pokarmu (Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology). Szczątki jelenia odkryto na początku XIX wieku. Przywołano wiele teorii nt. przyczyn wyginięcia ssaka: od biblijnego potopu po wytrzebienie przez człowieka. Dane archeologiczne sugerują jednak, że tym razem przedstawiciele naszego gatunku nie przyłożyli do tego ręki, ponieważ pierwsi osadnicy przybyli do Irlandii po zakończeniu ostatniej epoki lodowcowej, czyli już po śmierci większości jeleni. Nie ma też danych, które świadczyłyby o tym, że Megaloceros giganteus miał na Zielonej Wyspie jakichkolwiek naturalnych wrogów w postaci drapieżników. Dużą popularnością cieszyła się hipoteza, że wskutek doboru płciowego rogi jelenia olbrzymiego stały się zbyt duże. Dość powiedzieć, że ich rozpiętość sięgała nawet 3,6 m, a waga 40 kg. Samicom podobały się byki ze sporym porożem i to z nimi chętniej kopulowały. Wg zwolenników opisywanej teorii, ciężar noszony na głowie doprowadził do grzęźnięcia samców w gliniastej ziemi. Jak się to kończyło, nietrudno zgadnąć. Kendra Chritz, autorka najnowszego studium, która obecnie pisze doktorat na University of Utah, podkreśla, że takie wyjaśnienie nagłego wyginięcia doskonale wcześniej prosperującej populacji jeleni było zbyt dużym uproszczeniem. Stąd pomysł na zbadanie szkliwa zębów 7 skamielin samców jelenia olbrzymiego. Analizując stężenie izotopów węgla i tlenu, a także kostniwo pokrywające korzenie zębów, członkowie zespołu mogli określić porę roku, kiedy urodził się dany osobnik, jego dietę oraz ewentualne zmiany zwyczajów/zachowania w miarę upływu lat. Stosunek izotopów ujawnił, że ekosystem stawał się coraz bardziej suchy. Las przekształcił się w tundrę. Nastąpiło ogólne ograniczenie wegetacji. Jelenie rodziły się wiosną lub wczesnym latem, lecz w okresie wymierania gatunku średnie temperatury roczne spadły. Młodym jeleniom bardzo trudno było sobie poradzić ze wszystkimi zmianami związanymi z epoką lodowcową, podobnie zresztą jak z zaspokajaniem potrzeb energetycznych rosnących organizmów – zaznacza Chritz. Badanie kostniwa, które przyrasta każdego roku jak słoje drzewa, wykazało, że jelenie olbrzymie żyły od 6,5 do 14 lat Najwięcej szczątków Megaloceros giganteus znaleziono w Irlandii, lecz gatunek ten występował także w Azji Północnej i północnej Afryce. Choć na większości tych obszarów jeleń wyginął pod koniec ostatniej epoki lodowcowej, na Syberii znajdowano szczątki datowane na 7 tys. lat. Oznacza to, że zwierzęta ze stałego lądu znalazły sobie jakieś ostoje. Mogły migrować w poszukiwaniu lepszego środowiska. Jelenie z Irlandii wpadły w pułapkę wyspy i nie miały gdzie pójść.

Naukowcom z University of Kentucky (UK) udało się opracować gumę, która może z powodzeniem zastąpić pastę i szczoteczkę do zębów. Jej twórcy uważają, że pomoże ona utrzymać higienę jamy ustnej wielu ludziom, w tym żołnierzom na misji i dzieciom z krajów Trzeciego Świata. Wynalazek to pokłosie programu tzw. gumy militarnej. Nasącza się ją antybakteryjnym składnikiem, znanym jako KSL. Zapobiega on tworzeniu się płytki nazębnej i ścieraniu szkliwa. Badania akademików z UK były sponsorowane przez amerykańską armię. Jak przypomina pułkownik Geoffrey Thompson, zapalenie dziąseł, a także angina Plauta-Vincenta, postać zapalenia tkanki chłonnej gardła, doskwierały żołnierzom zarówno podczas wojen światowych, jak i podczas walk w Wietnamie czy Korei. Nawet teraz tego typu dolegliwości pojawiają się u ok. 15% wojaków. Jeśli w Iraku trzeba kogoś przetransportować do dentysty, musi mu towarzyszyć 7-osobowy konwój, a to oczywiste zagrożenie dla wszystkich. Prof. Pat DeLuca z University of Kentucky zajął się militarną gumą przed 4 laty. Żołnierze wyjawili mu ponoć, że nawet jedna mała plamka z pasty do zębów może pomóc wrogowi w namierzeniu przemieszczającej się osoby. Prof. Abeer al Ghananeem, która przejęła projekt w zeszłym roku, zaznacza, że chore na AIDS dzieci z Afryki cierpią często na poważne, a zarazem wyjątkowo bolesne przypadłości stomatologiczne. Nie da się więc ukryć, że guma mogłaby im bardzo pomóc. Problem polegał jednak na tym, by składnik zwalczający płytkę wydzielał się przez cały okres żucia (20-30 min), a nie w całości podczas pierwszych ugryzień. W pokonaniu przeszkody pomogła naukowcom maszyna, którą wyposażono w poruszające się tłoki, odzwierciedlające nacisk i tempo ludzkiego żucia. Wkrótce rozpoczną się testy kliniczne wynalazku. Jeśli wyniki będą dobre, potem armia będzie musiała poszukać producenta. Al Ghananeem zaznacza, że guma nie może na dłuższą metę zastąpić pasty i szczoteczki.

Zła wiadomość dla osób, które dbając o kolor zębów, zamieniły czerwone wino na białe. Niestety, ono również niekorzystnie wpływa na szkliwo. Badacze z College'u Stomatologii Uniwersytetu Nowojorskiego odkryli, że kwasy białego wina wytrawiają na zębach wyżłobienia i placki o szorstkiej powierzchni, które później łatwo zabarwiają się np. pod wpływem kawy, herbaty czy coli. Amerykanie zanurzyli w czarnej herbacie, czerwonym i białym winie krowie zęby. Wybrali je, ponieważ ich powierzchnia przypomina pokrycie naszego własnego "garnituru", a że są sporo większe, wygodniej się z nimi pracuje. Po godzinnym moczeniu zęby łaciatych przeniesiono z białego wina do naparu czarnej herbaty. W przypadku pozostałych cieczy czas czas preparowania również wynosił 60 min. Członkowie zespołu wyjaśniają, że zabieg ten można porównać do sączenia herbaty czy alkoholu do posiłku. Okazało się, że z dwojga złego rzeczywiście lepiej wybrać białe wino, bo po czerwonym plamy były najciemniejsze. Działo się tak za sprawą większej kwasowości oraz chromogenu. To cząsteczka o bardzo intensywnej barwie - tłumaczy szef ekipy profesor Mark Wolff. Moczenie w herbacie uznano za nieszkodliwe. Erozja szkliwa pod wpływem kwasów zachodzi nie tylko po wypiciu wina. Podobnie działają napoje cytrusowe, np. soki cytrynowy czy pomarańczowy, lemoniady oraz drinki energetyczne. By zapobiec przebarwianiu, wg Wolffa, wystarczy używać pasty wybielającej.

Czy neandertalczyk był "domatorem", czy też lubił podróżować? Po zbadaniu zęba sprzed 40 tys. lat, znalezionego w 2002 roku na południu Peloponezu, okazało się, że jego właściciel przynajmniej część życia spędził poza obszarem, na którym umarł. Potwierdzałoby to tezę o zacięciu podróżniczym tego hominida (Journal of Archaeological Science). Kwestia mobilności neandertalczyka jest niezwykle kontrowersyjna – tłumaczy Katerina Harvati z Instytutu Antropologii Ewolucyjnej Maxa Plancka. Część ekspertów uważa, że poruszał się on na bardzo ograniczonym obszarze, a część, iż musiał być bardziej ruchliwy, zwłaszcza podczas polowań. Do tej pory dysponowano jedynie dowodami pośrednimi, tj. kamiennymi narzędziami. Nasze analizy po raz pierwszy dostarczyły dowodów pochodzących z samych skamieniałości neandertalczyka. Naukowcy analizowali zawartość izotopu strontu w szkliwie. Stront jest metalem naturalnie występującym w wodzie i pokarmach. Jego stężenie zmienia się w zależności od regionu. Eleni Panagopoulou twierdzi, że poziom strontu w zębie wskazuje, że neandertalczyk wzrastał co najmniej 20 km od miejsca na wybrzeżu, w którym go znaleziono. Wg niej, sieć osad była szersza i bardziej zorganizowana niż do tej pory przypuszczano. Nie wszyscy uznają jednak odkrycie za znaczące. Clive Finlayson, dyrektor Muzeum Gibraltarskiego i specjalista ds. neandertalczyków, podkreśla, że byłby zdziwiony, gdyby w ciągu życia, a nawet roku hominidy nie przemieszczały się na odległość co najmniej 20 km. Wygląda więc na to, że sprawa nadal nie została do końca wyjaśniona...

Neandertalczycy cierpieli okresowo z powodu głodu. Stawali się wtedy kanibalami. Wskazują na to szczątki odnalezione w północno-zachodniej Hiszpanii. Paleobiolodzy badali próbki pobrane z 8 szkieletów neandertalczyków sprzed 43 tys. lat. Od 2000 roku odkopywano je w jaskini w El Sidrón. Ich studium rzuca nieco światła na styl życia, jaki prowadziły te istoty przed przybyciem do Europy człowieka współczesnego. Naukowcy odkryli ślady ugryzień, a także rozłupane kości. To silne dowody, które sugerują, że ci neandertalczycy zostali zjedzeni — tłumaczy Antonio Rosas z Narodowego Muzeum Nauk Naturalnych w Madrycie. Długie kości i czaszki były połamane, by można się było dostać do ich odżywczej zawartości — szpiku kostnego. Rosas uważa, że szczątki z innych części Europy także potwierdzają występowanie kanibalizmu. Można powiedzieć, że taka praktyka była powszechna wśród neandertalczyków. Odkopane zęby potwierdzają występowanie okresów głodu lub niedożywienia, zwłaszcza podczas ważnych życiowych przemian, takich jak dojrzewanie czy karmienie piersią. Zęby rosną w wyniku dodawania kolejnych warstw na powierzchni szkliwa. Kiedy jednak zaczynają się pojawiać zakłócenia, nowe szkliwo "rośnie" wolniej albo proces ulega całkowitemu zahamowaniu. Siły zewnętrzne, np. klimat lub choroby, również wpływają na wzrost zębów. Tak więc surowe w większości przypadków zimy, w połączeniu z pojawiającymi się w życiu jednostki trudnościami fizjologicznymi, mogą wyjaśnić nasze odkrycie — podsumowuje Rosas. Jego zespół odnotował ponadto, że neandertalczycy z południa mieli szersze i bardziej spłaszczone twarze od swoich pobratymców z północy. Dokładnie nie wiadomo, dlaczego doszło do wykształcenia różnic w wyglądzie, ale Rosas uważa, że to adaptacja do warunków klimatycznych. Populacje z północy mogły mieć np. dłuższe nosy, aby lepiej podgrzewać wdychane powietrze.

U większości kręgowców mamy do czynienia z ciągłym odrostem zębów, co oznacza, że zniszczony ząb zostaje natychmiast zastąpiony nowym. Ssaki, w tym człowiek, mają tylko dwa "pokolenia" zębów: mleczne i stałe. Naukowcom z Instytutu Biotechnologii Uniwersytetu Helsińskiego i ich współpracownikom z Berlina oraz Kioto udało się wywołać zjawisko odrastania zębów u ssaków, a konkretnie u myszy. Rezultaty ich badań opisano na łamach magazynu Proceedings of the National Academy of Sciences. W mysich tkankach zaktywizowano drogę sygnałową Wnt, regulującą wzrost, różnicowanie, a także ruchliwość komórek. Odgrywa ona bardzo ważną rolę w rozwoju embrionalnym. Efektem stymulacji było pojawienie się zębów trzonowych z prawidłowo wykształconą zębiną i szkliwem. Proces wzrostu przebiegał całkowicie normalnie. Jedna różnica polegała na wytworzeniu się mniej skomplikowanych koron zębów (miały one kształt muszli). Wzrost zębów śledzono w laboratoryjnych kulturach tkankowych. W międzyczasie stało się jasne, że (tak jak u niższych kręgowców) rozwijają się one z istniejących już wcześniej zawiązków zębów. Ewolucja uzębienia ssaków przebiegała w kierunku zmniejszenia liczby następujących po sobie "pokoleń" zębów oraz zwiększenia stopnia skomplikowania budowy koron. Badania Finów wykazały, że droga sygnałowa Wnt mogła odgrywać kluczową rolę w opisanych zmianach ewolucyjnych. Jeśli można na nowo zaktywizować drogę sygnałową u myszy, być może uda się to i u ludzi. W przyszłości stomatolodzy nie musieliby się wtedy zajmować wstawianiem koron czy implantów, tylko pobudzaliby wzrost nowych zębów.