Hüdroksüapatiit vs fluoriid - mis on asi?

Tänapäeval soovitavad hambaarstid hammaste tugevdamiseks pehmete harjastega hambaharju ja hambapastasid, mis ei ole liiga abrasiivsed ja sisaldavad mõningaid levinud fluoriühendeid (näiteks naatriumfluoriidi või naatriummonofluorofosfaati). Fluoriidiühend muudab hambaemaili mitu korda tugevamaks, kuid iga kahjulik aine sõltub tarbitud kogusest: fluoriidi tarbimine suurtes kogustes võib põhjustada fluoroosi, mille käigus inimese pehmed liigesed muutuvad jäigaks. Lisaks võib ajus kuhjuda märkimisväärses koguses kaltsiumi ja/või fluoriidi, mis teeb sellest kõige rohkem fluoriidiga küllastunud organi inimkehas. Nii kaltsifikatsioon kui ka fluoriidi kogunemine võivad põhjustada melatoniini puudulikkust [st unega seotud häireid] [1].

Kas fluori asemel võiks hambapastas kasutada midagi muud?

Jah, saate! See on see, mida *drumroll* hüdroksüapatiit (HAp) on mõeldud.

Võtame kõigepealt "hüdroksüapatiit" (HAp) kui pulgad: hüdroksü-" ja "apatiit". Alustame tagantjärele: Apatiit on mineraal, mis sisaldab kaltsiumi ja fosforit. Apatiit on kõige levinum fosfori sisaldav mineraal ja oluline biomineraal. Apatiiti nimetatakse "biomineraaliks", sest inimeste ja paljude teiste organismide hambad ja luud koosnevad apatiidist.

Apatiidil võib olla neli erinevat vormi:

- Fluorapatiit: Ca5(PO4)3F (korduvühik kristallis), mis on apatiidi kõige levinum vorm.

- Kloropatiit: Ca5(PO4)3Cl (korduv üksus kristallis)

- Karbonaatapatiit: Ca5[(PO4)(CO3)(OH)](OH) (korduv üksus kristallis): Ca5[(PO4)(CO3)(OH)](OH) (korduv üksus kristallis)

- Hüdroksüapatiit (HA): Ca5(PO4)3(OH) (korduv üksus kristallis)

Apatiiti aetakse sageli ekslikult kokku teiste mineraalidega. See tendents väljendub mineraali nimes, mis tuleneb kreeka sõnast απατείν (apateiin), mis tähendab petma või eksitama [2].

Inimestel on kombeks naeratada ja ilus naeratus on kadestamisväärne asi. Kas teadsite, et kui kohtate metsloomi või kui loom on väärkoheldud, võivad nad teie naeratust tajuda kui agressiooni, kui näevad teie hambaid? Igatahes on vaja, et me oskaksime oma hambaid tervena hoida, sest hea tervis algab tervetest hammastest.

Inimese hambaemail koosneb hüdroksüapatiidi (HAp) kristallidest (96-98% hamba massi alusel) [3, 5]. Kristallid on organiseerunud emailiprismaiks, mida näete joonise 1 keskel.

Joonis 1. Skemaatilised joonised hiidpanda hambaemaili hierarhilisest struktuurist (Weng et al; 2016)

Emailprismad moodustuvad vardadest, mille sees on HAp-kiud. Need kiud on 2800x väiksemad kui tavalise juuksekarva läbimõõt (!).

Lisaks HAp-le koosneb emaili mineraalne osa karbonaatidest ja mitmesugustest elementidest, mis esinesid hambaemaili tekkimisel. Need võivad pakkuda kaitset kaariese eest, kuid muudavad hamba ka vastuvõtlikumaks välismõjude suhtes. Kaariese teket ennetavad elemendid on fluor, boor, baarium ning karbonaadid, raud ja plii pigem soodustavad kaariese teket [4]. See selgitab üht põhjust, miks inimeste hambad on erineva tugevusega ja vajavad erinevaid suuhooldusvahendeid.

Hambaemaili suhteline tugevus on Mohsi skaalal 5. Talk on 1, kvarts 7 ja teemant 10.

Me oleme käsitlenud "hüdroksüapatiiti", nüüd liigume edasi "nano" osa juurde. Nanohüdroksüapatiiti kasutatakse sageli suuhooldustoodetes.

Oh, nanotehnoloogia värk!

Nanohüdroksüapatiit (nHAp) on hüdroksüapatiidi (HAp) kristall, mille suurus on 50-1000 nanomeetrit [5]. HAp on üks enim uuritud biomaterjale meditsiinivaldkonnas tänu oma tõestatud bioloogilisele kokkusobivusele.

Nimelt on biosobivuse uuringud näidanud, et nHAp seondub keemiliselt luuga, kuid ei ole toksiline ega põletikuline. Tänu oma keemilisele ja kristallograafilisele afiinsusele (afiinsus - aine võime reageerida teise ainega) anorgaaniliste komponentide (need ained, mis moodustavad näiteks luud) suhtes on nHAp võimeline looma nendega keemilisi sidemeid ja tagama näiteks titaanimplantaadi kiirema integreerumise luudesse ja ümbritsevatesse kudedesse, kui implantaat on kaetud nHAp-kihiga [5].

nHAp omadused:

- võime keemiliselt ühineda luukoes,

- mittetoksilisus,

- väike võimalus põletiku tekitamiseks,

- võime stimuleerida luukasvu [5].

Tänu nHAp'i ainulaadsetele omadustele on nHAp'i kasutatud parodontoloogias (hambaravi) ja suu-, näo- ja lõualuukirurgias. NHAp'i kõige suurepärasem omadus on tema osteoinduktiivne (luu sidumise) võime [5].

Restauratiivse ja ennetava hambaravi seisukohalt on nHApil remineraliseeriv toime hambaemaili esmaste kahjustuste suhtes. nHAp on biomimeetiline (sarnaneb mineraalidega, mis jõuavad hammastele loomuliku sülje kaudu), sest nHApil on sobivad omadused hambaemaili remineraliseerimiseks ja parandamiseks. Biomimeetilise nHAp-i ülesanne on kaitsta hambaid, luues uue sünteetilise hambaemaili kihi hamba krooni ümber. nHAp ei täida sama funktsiooni nagu fluoriid, sest fluoriid kõvendaks olemasolevat hamba pinnakihti fluoriidi anioonidega, mille järel muutub hamba pind kaltsiumfluorofosfaadiks (Ca5(PO4)3F), nagu näiteks naatriumfluoriidi sisaldava suuhooldusvahendi kasutamisel. Lisaks vähendab nHAp hamba tundlikkust, sest nHAp-osakesed võivad täita tundlikkust põhjustavad dentiinitorud.

nHAp-osakesed võivad moodustada tugevaid sidemeid valkudega (sealhulgas hambaplaadi ja bakteritega). See omadus on tingitud nanoosakeste väikesest suurusest, sest nHAp-pulbril on märkimisväärselt suur pindala, millega valgud saavad seonduda. nHAp toimib ka täiteainena, parandades hambaemaili pinnal olevaid väikseid auke ja augukesi [5].

Jah, jah, ma olen palju kuulnud nanotehnoloogiast. Kas need nHAp nanoosakesed on minu tervisele ohtlikud?

Võib juhtuda, et nHAp-osakesed ei vasta Euroopa Liidus kehtivatele nõuetele. Selleks, et tagada nende nanoosakeste täielik ohutus inimeste tervisele Euroopa Komisjoni direktiivi alusel, peavad nHAp-osakesed olema vähemalt 100 nanomeetri pikkused ja mitte nõelataolised (ei tohi olla "nõelataolised") [6]. Selliseid nanoosakesi (alla 100 nanomeetri pikkused ja nõelakujulised) uuritakse praegu, et need lõplikult ohutuks tunnistada või neile ohuklass määrata, sest praegu peab tarbijaohutuse teaduskomitee (SCCS) alla 100 nanomeetri pikkuseid ja nõelakujulisi nanoosakesi ohtlikuks [6]. Seega, kui me kasutame kosmeetikatoodetes alla 100 nanomeetri pikkuseid ja nõelakujulisi nanoosakesi, on oht, et need pisikesed nõelakujulised nanoosakesed satuvad inimkeha rakkudesse ja põhjustavad geneetilisi kahjustusi [6].

Okei, nanohüdroksüapatiit võib olla minu tervisele ohtlik. Miks ma ei peaks jääma fluoriidi juurde?

Õnneks ei pea HAp tingimata olema nanoosakeste kujul. Piisab ka sellest, kui HAp on biomimeetiline. See sõltub suuresti protsessist, mille abil HAp valmistatakse.

Kuid kõigepealt biomimeetilisusest. Biomimeetilisus tähendab, et sünteesitud materjalil on keemilis-füüsikalised omadused, mis vastavad inimkehas leiduva materjali omadustele. Hüdroksüapatiidikristalle saab valmistada koosseisu, mida leidub mineraliseerunud kudedes, näiteks dentiinis ja emailis, ning HAp-kristalle saab valmistada ka sama kristallstruktuuriga. Siiski ei ole kõik hüdroksüapatiidil põhinevad materjalid biomimeetilised [8, 9].

Seega on nanokristallilised [ja mittekristallilised] apatiidid (olgu need siis bioloogilise päritoluga või nende sünteetilised biomimeetilised vasted) erinevalt stöhhiomeetriline hüdroksüapatiit [9]. Stöhhiomeetriline HAp ei ole valmistatud meetoditega, mis annavad HAp-le sama koostise ja kristallstruktuuri kui inimese hammastes looduslikult esinev HAp.

Seni avaldatud tõendite põhjal võib järeldada järgmist:

- Biomimeetilised HAp-osakesed taastavad hambaid mineraalidega.

- HAp pöördub tagasi ja remineraliseerib varajased kaariesekahjustused, pakkudes remineralisatsiooniks vajalikke ioone (kaltsiumi ja fosfaati).

- HAp annab süljele ja biokilele täiendavat kaltsiumi ja fosfaati, mis loob suuõõnes paremad tingimused remineraliseerumiseks. Kaltsiumi ja fosfaadi lisamine biofilmile on oluline remineraliseerumise mehhanism [10,11].

- HAp toimib erinevalt võrreldes fluoriidiga ja toimib vähemalt sama hästi kui fluoriid, ennetades esma- ja siirdehammaste kaariese teket [12].

Vau! Milline on HAp ajalugu? Kust sa selle hea asja leidsid?

Jaapani ettevõte Sangi Company Limited oli esimene, kes kasutas nHAp'i pärast seda, kui see Jaapani ettevõte omandas 1970. aastal NASA (National Aeronautics and Space Administration) õigused leiutisele. Kuna astronautide hambad ja luud kaotavad gravitatsiooni puudumisel mineraalaineid, töötas NASA välja sünteetilise nHAp'i mineraalainete lisana. 1978. aastal tõi Sangi Company Limited esmakordselt turule nHAp'i sisaldava hambapasta (kaubamärk Apadent). Aastal 2006 ilmus Euroopas esimene sünteetilist nHAp-i sisaldav hambapasta alternatiivina fluoriidile [5]. Tänapäeval on nHAp Jaapani suuhooldusvahendites levinud kriteeriumiks.

nHAp on hea vaba kaltsiumi allikas, mis on keskne keemiline element seoses remineralisatsiooni ning kaitsega kaariese ja erosiooni eest. Ennetav hambaravi on hambaravis ülioluline. Väikese koguse nHAp (nt 0,25%) lisamine jookidele, näiteks spordi karastusjookidele, et ennetada nende jookide põhjustatud hambakahjustusi, on üks uusimaid rakendusi [5].

Jätkuv huvi nHAp'i vastu on ajendanud paljusid teadlasi otsima uusi ainekombinatsioone, mis võiksid täiendada [ja muuta olemasolevaid materjale ohutumaks]. See on viinud uute komplekssete ühendite väljatöötamiseni (näiteks tsinkkarbonaadiga seotud nHAp, mis näib olevat suurepärane materjal hambaemaili ja dentiini esmaste kahjustuste remineraliseerimiseks, või polüamiidiga seotud nHAp, mis loob kaitsva parodontaalse (igemepiirkonna) kihi) [5]. Kahtlemata suureneb huvi HAp vastu üldiselt lähiaastatel, nagu näitavad uued teadusartiklid ja leiutised.

Oleme järk-järgult jõudnud tuumani. Me oleme valinud hüdroksüapatiidi fluoriidi asemel; me oleme valinud HAp, mis ei ole nanoosakeste kujul; me oleme valinud HAp, mis on pigem biomimeetiline kui stöhhiomeetriline . Me oleme seda kõike teinud, sest meie hambad ja tervis ei vääri vähemat.

Loe pakendit! Teiste hambapasta sisaldab biomimeetilist hüdroksüapatiiti (HAp), nii et Teiste kasutajate hambad saavad kasu selle aine ägedatest omadustest.

Viited:

Chlubek D, Sikora M. (2020). Fluoriid ja käbinääre. https://www.researchgate.net/publication/340869318_Fluoride_and_Pineal_Gland#pf8.

Mindat.org. (2022). Fluorapatiit. https://www.mindat.org/min-1572.html

Ross MH, Pawlina W. (2003). Histoloogia: A text and atlas. 6th Ed. Pages 534-539 in

Avery JK. (2002). Suu areng ja histoloogia. 3rd Ed. Leheküljed 156-157.

Pepla et al. (2014). Nanohüdroksüapatiit ja selle rakendused ennetavas, taastavas ja regeneratiivses hambaravis: kirjanduse ülevaade. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4252862/.

Tarbijaohutuse teaduskomitee. (2021). Arvamus hüdroksüapatiidi (nano) kohta. https://ec.europa.eu/health/system/files/2021-08/sccs_o_246_0.pdf.

Euroopa Komisjon. (2011). Nanomaterjali mõiste. https://ec.europa.eu/environment/chemicals/nanotech/faq/definition_en.htm

Limeback L, Enax J, Meyer F. (2021). Biomimeetiline hüdroksüapatiit ja kaariese ennetamine: süstemaatiline ülevaade ja metaanalüüs. Page 149

Gómez-Morales et al. (2013). Edusammud nanokristalliliste apatiitide valmistamisel ja pinna iseloomustamisel: ülevaade fundamentaalsetest ja rakenduslikest aspektidest. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960897412000332.

Shaw et al. (1983). Kaltsiumi ja fosfori sisaldus hambaplaagis ja süljes seoses hambakaariesega. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6580080/.

Whitford et al. (2002). Hambaplaadi fluoriidikontsentratsioon sõltub plaadi kaltsiumikontsentratsioonist. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12218274/

Limeback L, Enax J, Meyer F. (2021). Biomimeetiline hüdroksüapatiit ja kaariese ennetamine: süstemaatiline ülevaade ja metaanalüüs. Page 156

Viide joonisele:

Weng et al. (2016). Hiidpanda hambaemail: Structure, mechanical behavior and toughening mechanisms under indentation. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27498423/.