Эмаль зубов, в отличие от кости, не способна к регенерации. Однако международная группа исследователей разработала перспективный метод воссоздания эмалевого слоя. Природная эмаль формируется в результате сложного процесса самоорганизации белков, главным образом амелогенина. Авторы создали биомиметическую белковую матрицу, имитирующую амелогениновую среду. Она способна инициировать направленный рост нанокристаллов апатита непосредственно на поверхности зубов. Материал устойчив к истиранию, кислотам и механическим нагрузкам, что делает его перспективным для клинического применения при лечении эрозии и гиперчувствительности зубов.
Изображение:
Процесс посстановления эмали.
Credit:
University of Nottingham | Пресс-релиз
Зубная эмаль — самая твердая ткань человеческого организма, формирующаяся в ходе сложного процесса самоорганизации белков, главным образом амелогенина. Сначала этот белок находится в неупорядоченном состоянии, но в ходе развития формирует упорядоченные фибриллярные β-структуры, которые обеспечивают рост иерархически организованных нанокристаллов гидроксиапатита. Однако, в отличие от костной ткани, эмаль не способна к регенерации, и ее утрата вследствие эрозии, кариеса или механического воздействия необратима, что приводит к повышенной чувствительности и разрушению зубов. Современные подходы к реминерализации — от кислотных и гидротермальных методов до синтетических нанокомпозитов — не способны воссоздать сложную иерархическую организацию и механические свойства природной эмали. Препятствия к клиническому применению включают также токсичность реагентов, длительность процедур и недостаточную интеграцию новых кристаллов с подлежащими тканями.
Чтобы преодолеть эти ограничения, международная команда ученых представила биомиметическую технологию восстановления эмали на основе супрамолекулярной белковой матрицы из эластиноподобных рекомбиномеров (ELR). Эта система имитирует природную амелогениновую матрицу, в которой формируется эмаль, и способна инициировать направленный рост нанокристаллов апатита непосредственно на поверхности зубов, включая участки с сильной эрозией и оголенным дентином.
Исследователи разработали матрицу из молекул ELR, включающих гидрофобные, гидрофильные и кислые участки, способные к самосборке в присутствии ионов кальция. При высушивании образуются фибриллы диаметром 15–40 нм и длиной в несколько микрометров, структурно сходные с β-слоями амелогенина. Электронная микроскопия, рентгеновская и инфракрасная спектроскопия подтвердили наличие упорядоченных β-структур и кальцийсодержащих нуклеационных центров. Компьютерное моделирование показало, что Ca²⁺ стабилизирует сборку фибрилл и способствует их ориентации в пучки, аналогичные эмалевым филаментам.
При погружении покрытых матрицей образцов в раствор, перенасыщенный фторапатитом, происходила нуклеация и рост ориентированных нанокристаллов апатита. Уже через 24 часа формировались слои толщиной до 10 мкм, воспроизводящие микроструктуру эмали. Покрытие демонстрировало способность к регенерации даже с поверхности дентина, где кристаллы вырастали из коллагеновых фибрилл, напоминая естественное соединение на границе дентин–эмаль.
Механические тесты показали почти полное восстановление свойств: модуль Юнга повысился с 37 до 76 ГПа, а твердость — с 1,1 до 3,1 ГПа, что соответствовало здоровой эмали. Коэффициент трения и показатель износостойкости также возвращались к нормальным значениям, а плотная упаковка новых кристаллов обеспечивала даже более высокую сопротивляемость усталостному разрушению, чем в природной ткани.
При испытаниях на долговечность слой сохранял целостность после моделирования ежедневной чистки зубов в течение года, жевательных нагрузок, эквивалентных 3,5 годам, и даже после воздействия кислот (pH 4) в течение двух суток. Реминерализованная эмаль демонстрировала более высокую химическую стойкость по сравнению с нативной за счет фторсодержащего апатита.
Для клинической адаптации матрицу готовили на основе безопасных растворителей (этанол/вода) с глутаровым альдегидом как кросслинкером, что обеспечивало быстрое (3–4 мин) формирование устойчивого слоя толщиной до 10 мкм. В экспериментах с искусственной и натуральной слюной матрица сохраняла способность индуцировать рост фторапатита и восстанавливать механические свойства эмали независимо от индивидуальных колебаний концентрации кальция.
Таким образом, работа демонстрирует новый подход к восстановлению зубной эмали: белковая матрица из эластиноподобных рекомбиномеров не просто реминерализует поверхность, а воссоздает естественную наноструктуру эмали. Материал обеспечивает рост фторапатита даже на сильно эродированных участках и дентине, восстанавливая механические свойства, устойчивость к истиранию и кислотам. Простота применения, биосовместимость и устойчивость покрытия делают технологию перспективным кандидатом для клинического использования в терапии эрозии и гиперчувствительности зубов.
Источник:
Hasan A., et. al. Biomimetic supramolecular protein matrix restores structure and properties of human dental enamel. // Nature Communication 16 (2025), published online 4 November 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-64982-y