Gel pe bază de proteine pentru regenerarea funcțională a smalțului dentar

Un studiu recent a prezentat o platformă inovatoare pentru regenerarea smalțului dentar, bazată pe un matrix supramolecular de tip recombinamer asemănător elastinei (ELR). Cercetarea a fost realizată de o echipă internațională de cercetători în biomateriale și inginerie tisulară și publicată în revista Nature Communications. Această tehnologie permite formarea controlată a unui strat de smalț artificial de până la 10 μm grosime, cu arhitectură și proprietăți mecanice comparabile cu smalțul natural.
Smalțul dentar este cel mai dur și mineralizat țesut din organismul vertebratelor, cu o arhitectură ierarhică unică ce asigură protecția dinților pe parcursul vieții. Este format în dezvoltarea timpurie prin auto-asamblarea proteinei amelogenină în structuri fibrilare β-rice, care ghidează mineralizarea epitaxială a cristalelor de hidroxiapatită. Din păcate, odată pierdut, smalțul nu se poate regenera spontan, iar pierderea sa prin abraziune, carii sau eroziune afectează aproape jumătate din populația globală.

În ultimii ani, cercetările s-au concentrat pe dezvoltarea de biomateriale capabile să remineralizeze smalțul, însă majoritatea soluțiilor disponibile au limitări semnificative: condiții de aplicare nepractice, toxicitate, timp mare de aplicare și rezultate parțiale în privința restaurării arhitecturii și funcționalității complete a smalțului.

Despre studiu

Echipa de cercetători a dezvoltat o tehnologie bazată pe molecule ELR, inspirate din elastina naturală, care imită structura amelogeninei în faza sa mineralizantă. Moleculele ELR conțin secvențe hidrofobe, hidrofile și acide (inspirate din staterină), care permit formarea de structuri fibrilare ordonate în prezența ionilor de calciu. Aceste structuri acționează ca matrice mineralizantă, determinând formarea de cristale de apatită perfect aliniate, într-un mod asemănător cu procesul de amelogeneză.

Fibrilele ELR au fost caracterizate prin microscopie electronică și tehnici de difracție, confirmând structura cross-β specifică proteinelor fibrilare, cu dimensiuni și organizare similare celor observate în smalțul embrionar. Simulările computaționale au demonstrat rolul esențial al ionilor de Ca²⁺ în asamblarea acestor structuri, susținând formarea de filamente ce se agregă în fibrile, cu aranjamente precise ale motivelor hidrofobe și încărcate.

Rezultate

Capacitatea de remineralizare pe smalț și dentină

• Matricea ELR a reușit să regenereze arhitectura smalțului aprismatic, prismatic și inter-prismatic.
• Pe dentină complet expusă, ELR a stimulat creșterea unui strat de tip smalț aprismatic, cu integrare epitaxială a cristalelor de apatită în rețeaua de fibre de colagen mineralizat.
• În toate cazurile, procesul de mineralizare a fost ghidat de matricea ELR, rezultând în straturi cu grosime și orientare controlată a cristalelor.

Restaurarea proprietăților funcționale

• Proprietățile mecanice (modulul lui Young, duritatea, coeficientul de frecare și rata specifică de uzură) au fost complet recuperate după remineralizare.
• Rezistența la uzură, exprimată ca wear strength, a fost chiar superioară smalțului nativ (171,3 ± 3,8 GPa față de 153,9 ± 3,2 GPa).
• Stratul remineralizat a rezistat la periaj echivalent cu un an, forțe de masticație de 75 N timp de două săptămâni și expunere la acizi (pH 4,0, până la 2 zile).

Validarea creșterii epitaxiale

• Imagini TEM (microscop electronic cu transmisie) și difracție electronică au confirmat continuitatea cristalină între smalțul nativ și cel regenerat.
• În zona de joncțiune dentină–smalț, fibrele de colagen și-au modificat orientarea pentru a susține mineralizarea, imitând structura joncțiunii naturale.

Aplicabilitate clinică

• ELR a fost aplicat în condiții compatibile cu practica stomatologică: după detartraj, gravare acidă și uscare.
• Aplicarea soluției ELR a durat 3–4 minute și a generat o peliculă stabilă de 10 μm grosime.
• Mineralizarea a fost realizată cu salivă artificială și salivă umană naturală, demonstrând robustețea platformei în medii biologice complexe.

Concluzie

Studiul demonstrează capacitatea unei matrice supramoleculare ELR de a regenera smalțul dentar în mod epitaxial și funcțional, pe toate regiunile anatomice ale dintelui, inclusiv pe dentină expusă. Tehnologia permite restaurarea arhitecturii naturale și a proprietăților biomecanice ale smalțului, oferind o soluție practică, rapidă și compatibilă cu practica clinică. Această abordare deschide noi perspective în dezvoltarea de materiale bioinspirate pentru regenerarea tisulară, cu aplicabilitate directă în stomatologie și medicina restaurativă.