Was passiert mit unseren Zähnen, wenn wir älter werden?

Zahnschmelz besteht hauptsächlich aus Mineralien, die in sich wiederholenden Strukturen angeordnet sind, welche zehntausendmal kleiner sind als ein menschliches Haar breit ist. Dabei ist er die ganze Zeit De- und Remineralisierungszyklen in der Mundhöhle ausgesetzt, deren kumulative Wirkungen mit der Zeit zu Versprödung führen.

Ein Forschungsteam der University of Washington (UW) und des Pacific Northwest National Laboratory hat nun die atomare Zusammensetzung von Zahnschmelzproben zweier menschlicher Zähne analysiert: Der eine Spender-Molar stammte von einem 22-Jährigen, der andere von einem 56-Jährigen.

Ziel der Arbeit war, zu untersuchen, wie sich die Proteinzusammensetzung des Zahnschmelzes im Laufe der Zeit verändert.

Das Team entnahm von jedem der beiden Molaren drei Proben. Mit der sogenannten Atomsonden-Tomografie konnten die Wissenschaftler eine 3-D-Karte jedes Atoms in einer Probe erstellen und so Unterschiede in der Elementzusammensetzung in drei wichtigen Bereichen aufzeigen: dem Nanokristallkern, der ihn umgebenden Schale und dem Raum zwischen den Schalen.

Die Studie ergab, dass die Mineralzusammensetzung in älterem Zahnschmelz kompakter, aber auch spröder ist. Im Laufe der Jahre führen Zyklen der Demineralisierung und Remineralisierung, die durch Ernährung und Fluoridaufnahme beeinflusst werden, zu strukturellen Verschiebungen.

Interessanterweise betreffen diese Prozesse vor allem die äußerste Schale der Nanokristalle des Zahnschmelzes, wo erhöhte Fluoridwerte bei älteren Zähnen am deutlichsten zu erkennen sind. Diese äußere Schicht ist zwar widerstandsfähiger gegen Säureangriffe, wird jedoch aufgrund ihrer starren Beschaffenheit anfälliger für Risse.

Die Forschenden nehmen an, dass die Versprödung des Zahnschmelzes zumindest teilweise durch die Einlagerung von Fluorid in die Nanokristalle verursacht wird und dass hauptsächlich De- und Remineralisierungszyklen die Schalen der Nanokristalle erodieren und wieder aufbauen.

"Wir wissen, dass Zähne mit zunehmendem Alter spröder werden, vor allem an der Oberfläche, wo Risse entstehen. Dafür gibt es viele Gründe – einer davon ist die Zusammensetzung des Mineralgehalts. Wir möchten genau verstehen, wie sich der Mineralgehalt verändert. Und um das zu sehen, muss man sich die atomare Ebene ansehen.“

Jack Grimm, Hauptautor der Studie

Das Verständnis der Mechanismen der Alterung von Zahnschmelz auf atomarer Ebene stecke jedoch noch in den Kinderschuhen, insbesondere in Bezug darauf, wo Unterschiede in der Zusammensetzung der Hydroxylapatit-Nanokristalle auftreten und welche zugrunde liegenden Mechanismen dafür verantwortlich sind.

Aber obwohl es sich um eine Proof-of-Concept-Studie handelt, zeigen diese Ergebnisse, wie Fluorid im Alter aufgenommen und in den Zahnschmelz integriert wird, betonen die Wissenschaftler.