Babbelende eekhoorns, charmante beverratten en bevers die met hun staart slaan, hebben – samen met enkele andere knaagdieren – oranjebruine voortanden. Onderzoekers hebben afbeeldingen met hoge resolutie van snijtanden van knaagdieren gepubliceerd in ACS Nano , waardoor een beeld op atomair niveau ontstaat van het ingenieuze glazuur en de coating ervan. Ze ontdekten kleine zakjes met ijzerrijke materialen in het glazuur die een beschermend schild voor de tanden vormen, maar, belangrijker nog, niet bijdragen aan de oranjebruine tint – nieuwe inzichten die de menselijke tandheelkunde zouden kunnen verbeteren.

Menselijke en dierlijke tanden zijn bedekt met een complexe kristallijne substantie die glazuur wordt genoemd. En hoewel glazuur het hardste weefsel in ons lichaam is, is het bij knaagdieren nog moeilijker. Hun steeds groter wordende snijtanden hebben een extra buitenlaag van zuurbestendig, ijzerrijk glazuur.

Eerder suggereerden onderzoekers dat dit ijzerrijke materiaal ook verantwoordelijk was voor de opvallende oranje tot bruine kleur van de snijtanden van veel knaagdieren. De microscopische structuur van het ijzerrijke glazuur was echter nog niet volledig gekarakteriseerd. Om meer te weten te komen over de samenstelling van het tandglazuur van knaagdieren, hebben Vesna Srot en collega's hogeresolutiebeelden gemaakt van snijtandspecimens van verschillende soorten.

De onderzoekers verzamelden snijtanden van knaagdieren die in verschillende omgevingen leven:bevers, beverratten, eekhoorns, marmotten, ratten, veldmuizen en muizen. Om de structuur, de elementaire samenstelling en de kleurtransmissie van het glazuur te onderzoeken, werden dunne plakjes van verschillende delen van de tanden genomen en voorbereid voor beeldvorming met optische microscopie, 3D-gefocusseerde ionenbundeltomografie en scanning-transmissie-elektronenmicroscopie. De resolutiebeelden op micro- en nanoschaal onthulden:

• In eerste instantie produceren cellen die glazuurcomponenten synthetiseren deeltjes van 6 tot 8 nanometer brede deeltjes ijzeropslageiwitten, ferritines genaamd, die het bronmateriaal zijn voor ijzerionen in gerijpt glazuur.
• Terwijl het glazuur rijpt en stolt voordat de tanden uit het tandvlees losbarsten, beweegt ijzerhoudend ferrihydrietachtig materiaal naar de buitenste laag van het glazuur, waarbij het lege ruimtes inneemt tussen calciumhoudende hydroxyapatietkristallen.
• De microstructuur van het ijzerrijke glazuur bevat langwerpige holtes van nanometerformaat gevuld met kleine hoeveelheden van het ferrihydrietachtige materiaal, die bijdragen aan de zuurbestendigheid, ook al vertegenwoordigen de gevulde holtes minder dan 2% van het volume van het ijzerrijke glazuur emaille.
• Hoewel deze resultaten suggereren dat verschillende soorten knaagdieren de ijzerrijke buitenste glazuurlaag op een vergelijkbare manier ontwikkelen, varieert de diepte van de laag per soort, waarbij muizen de dunste en beverrat de dikste lagen hebben.
• Tenslotte komt de intense oranjebruine kleur van de snijtanden van knaagdieren niet voort uit de gevulde holten in het glazuur, zoals eerder werd gedacht, maar uit een dunne oppervlaktelaag bestaande uit aromatische aminozuren en anorganische mineralen.

De onderzoekers suggereren dat het toevoegen van kleine hoeveelheden ferrihydrietachtige of andere kleurloze biocompatibele ijzermineralen aan tandverzorgingsproducten uitzonderlijke bescherming zou kunnen bieden aan het menselijk tandglazuur. Bovendien zou het opnemen van kleine hoeveelheden ijzerhydroxide in synthetisch glazuur duurzamere restauraties voor menselijke tanden kunnen opleveren.

Meer informatie: Ingenieuze architectuur en kleurgeneratie in het glazuur van knaagdiertanden, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.4c00578

Journaalinformatie: ACS Nano

Aangeboden door American Chemical Society