Исследователи из ВГУ изучили структуру кариеса на наноуровне

Фото из открытых источников

Революционное исследование в области стоматологии позволило ученым заглянуть в самое сердце процесса развития кариеса. Группа российских исследователей из Воронежского государственного университета впервые применила метод синхротронной инфракрасной наноспектроскопии для изучения структурных изменений в зубной эмали на наноуровне.

Кариес - это широко распространенное заболевание, от которого страдает около половины населения планеты. Несмотря на его повсеместность, до сих пор оставались неясными некоторые аспекты его развития на самых ранних стадиях. Новый метод исследования, как сообщает портал InScience, позволил ученым преодолеть этот барьер и получить беспрецедентно детальную информацию о процессах, происходящих в зубной эмали при возникновении кариеса.

Суть метода заключается в облучении образцов зубной ткани инфракрасным светом, полученным с помощью синхротрона - мощного ускорителя частиц. Затем, используя атомно-силовой микроскоп, исследователи измеряют, как образец поглощает этот свет на наноуровне. Такой подход позволяет получить информацию о структуре и химическом составе эмали с разрешением до 25 нанометров, что сопоставимо с размером небольших вирусов.

Для проведения исследования ученые отобрали пять человеческих зубов с кариесом. Из каждого зуба были вырезаны образцы здоровой ткани и участки с кариозными поражениями. Сначала образцы изучили под обычным оптическим микроскопом, чтобы подтвердить наличие кариеса и оценить его внешние признаки.

Анализ микроструктуры тканей показал, что здоровая эмаль имеет гладкую и ровную поверхность, состоящую из плотно упакованных нанокристаллов апатита - основного минерального компонента зубной эмали. В местах, пораженных кариесом, структура эмали заметно менялась: появлялись отдельные скопления или "островки" кристаллов апатита.

Затем исследователи применили синхротронную инфракрасную наноспектроскопию для получения спектров поглощения от здоровых и пораженных кариесом участков. Результаты оказались весьма информативными. Они показали, что при развитии кариеса происходят существенные изменения внутри кристаллов апатита, что отражается в перераспределении интенсивности полос поглощения в спектре.

Наиболее заметные изменения наблюдались в диапазоне длин волн 1150-1090 обратных сантиметров, который соответствует поглощению апатита. Анализ этих изменений позволил ученым установить, что в местах поражения кариесом происходит деформация кристаллической решетки апатита. Кроме того, было обнаружено значительное увеличение количества кислых фосфатов в пораженных участках.

В нормальном состоянии доля кислых фосфатов в зубной эмали не превышает 3%. Однако в местах развития кариеса их количество возрастает до 25%. Это увеличение связано с деятельностью бактерий, обитающих на поверхности зубов. Эти микроорганизмы перерабатывают сахара, поступающие с пищей, в кислоты, которые и вызывают появление кислых фосфатов в эмали.

Важно отметить, что применение синхротронной инфракрасной наноспектроскопии позволило выявить нарушения структуры ткани, которые невозможно обнаружить с помощью обычного микроскопа. Это открывает новые возможности для ранней диагностики кариеса и разработки более эффективных методов профилактики.

Павел Середин, заведующий кафедрой физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета и основной исполнитель проекта, подчеркивает важность этого исследования не только с научной, но и с социальной точки зрения. Он отмечает, что разработка новых высокоточных методов выявления и исследования кариеса может привести к созданию более эффективных способов профилактики заболеваний зубов.

Более того, это исследование может стать важным шагом на пути к персонализированной медицине и высокотехнологичному здравоохранению, что соответствует приоритетным направлениям развития России. Применение передовых технологий в стоматологии может значительно улучшить качество диагностики и лечения, а также способствовать развитию технологий здоровьесбережения.

Результаты этого исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), были опубликованы в авторитетном научном журнале Nano-Structures & Nano-Objects. Это свидетельствует о высокой значимости полученных результатов для мирового научного сообщества.