Dental Tribune Austrian Edition

SPECIALTRIBUNE Austrian Edition · Nr. 7+8/2015 · 29. Juli 2015 Special News 21 Einem interdisziplinären Team um Forscher der Charité – Universitäts- medizin Berlin, Deutschland, ist es gelungen, die Biostruktur der Zahn- substanz Dentin und deren innere Mechanismen zu entschlüsseln. An- ders als Knochen kann Dentin Risse oder Brüche weder reparieren noch heilen. Es gilt allerdings als eines der beständigsten organischen Materia- lien.Wie dieWissenschafter nun erst- mals zeigen: Innere Spannungen sor- gen dafür, dass Schäden nicht ent- stehenoderbegrenztbleiben.Waszur Widerstandskraft gesunder Zähne führt, ist in der Fachzeitschrift Nano Letters*veröffentlicht. Belastbarkeit untersucht Zähne halten im Idealfall ein Leben lang, auch wenn sie täglich enormenKräftenausgesetztsind.Bis- lang war unklar, warum das Dentin, eine knochenähnliche Substanz, die den eigentlichen Zahn bildet, so be- lastbar ist. Das Team um Dr. Paul Zaslansky vom Julius Wolff Institut (JWI) der Charité hat nun die Nano- strukturen von Dentin analysiert. MineralischeNanopartikelsinddem- nachineindichtesNetzausKollagen- fasern eingebettet. Ziehen sich diese Strukturen zusammen, werden die Mineralteilchen komprimiert. Die dabei entstehenden inneren Span- nungen erhöhen die Belastbarkeit der Biostruktur. Einblick in die winzigen Struk- turen haben die Forscher durch die Arbeit an wissenschaftlichen Groß- geräten erhalten, die hochbrillante Strahlung von Tetrahertz- bis in den Röntgenbereich erzeugen: Die Syn- chrotronquelle BESSY II des Helm- holtz-Zentrums Berlin für Materia- lienundEnergieunddieESRF–Euro- pean Synchrotron Radiation Facility in Grenoble. Das Wissen um innere Vorspannungen wird in den Inge- nieurwissenschaften bewusst einge- setzt, um Materialien für technische Anwendungen gezielt zu verstärken. DieBiologiekenntdiesenTrickoffen- bar schon viel länger und wendet ihn inunserenZähnenan. Um das Prinzip nachzuweisen, haben die Forscher die Feuchtig- keit in Dentinproben verändert. Die Messungen zeigen, wie die Spannung der Mineralpartikel zunimmt, wenn die Strukturfasern schrumpfen.„Die- ser Mechanismus trägt dazu bei, das Entstehen von Rissen zu verhindern. Die Art und Weise der Kompression sorgt zudem dafür, dass die innersten Bereiche des Zahns und damit die empfindliche Pulpa weitgehendvorSchäden geschützt bleiben“, erklärt Dr. Zas- lansky. Die Wis- senschafter stell- ten in weiteren Experimenten fest, dass die Verbindungzwi- schen Mineral- partikeln und Kollagenfasern durch Erhitzen ge- schwächt wird, wo- bei die Belastbarkeit von Dentin abnimmt. „Wirglauben,dassdieinneren Spannungen zwischen Mineral- partikeln und Kollagenfasern im Gleichgewicht sein müssen. Das ist entscheidend für eine dauerhafte Be- lastbarkeit von Zähnen“, sagt Jean- BaptisteForien,ErstautorderStudie. Stabilitätsfaktoren Die Erkenntnisse erklären, warum künstlicher Zahnersatz weni- gerbelastbaristalsgesundeZahnsubs- tanz: Die keramischen Materialien sind einfach zu „passiv“ gegenüber Belastung, da ihnen die inneren Me- chanismen fehlen,die der natürlichen Zahnsubstanz zu Stabilität verhelfen. „Vielleicht liefern die Ergebnisse der Arbeit Anregungen für die Entwick- lung belastbarer keramischer Mate- rialien zur Zahnbehandlung oder als Zahnersatz“,hofftDr. Zaslansky. Forschungsteam AnderDFG-gefördertenUntersu- chung zur Nanostruktur des Dentins waren neben den Charité-Wissen- schafternTeamsderTechnischenUni- versität Berlin, des Max-Planck-Insti- tutsfürKolloid-undGrenzflächenfor- schung,Potsdam,und des Technion – Israel Institute of Technology, Haifa, beteiligt. Quelle:Charité–UniversitätsmedizinBerlin ST Das Geheimnis starker Zähne: Nanostrukturen unter Spannung Wissenschafter entdecken Grundlagen für neue keramische Materialien. *Jean-Baptiste Forien, Claudia Fleck, Peter Cloetens, Georg Duda, Peter Fratzl, Emil Zolo- toyabko, Paul Zaslansky. Compressive Resi- dualStrainsinMineralNanoparticlesasaPos- sible Origin of Enhanced CrackResistance in Human Tooth Dentin. Nano Letters. 2015 May 29.doi:10.1021/acs.nanolett.5b00143. Biostruktur des Dentins: Tubuli und Netz von Kollagenfasern, in denen mineralische Nanopartikel eingebettet sind – angespannt links, ent- spannt rechts,Grafik: Jean-Baptiste Forien,© Charité – Universitätsmedizin Berlin. ANZEIGE

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