MADRID, 31 May. (EUROPA PRESS) -
Los físicos y matemáticos utilizan el problema clásico de Stefan para explicar los principios de la formación de cristales, como los copos de nieve. Ahora, investigadores de la Universidad de Helsinki y la Universidad de Aalto, en Finlandia, han adaptado los mismos principios para explicar cómo el esmalte dental se distribuye sobre la corona durante el crecimiento. El trabajo recientemente publicado proporciona una base teórica para regular el desarrollo de la formación del esmalte y ayuda a descubrir por qué las especies como los humanos y los orangutanes tienen dientes de apariencia muy diferente.
La matriz del esmalte dental es suave cuando está recién colocada, pero comienza a endurecerse de inmediato. Una vez maduro, el esmalte es la parte más mineralizada y más dura del cuerpo de los mamíferos. La dureza del esmalte hace que los dientes puedan durar toda la vida, o más, ya que los dientes abundan en el registro fósil. El esmalte no se puede reparar ni remodelar, lo que hace que el crecimiento de la matriz del esmalte sea un paso crítico en la formación de los dientes.
Los investigadores de la Universidad de Helsinki y la Universidad de Aalto proponen que las diferencias en el grosor del esmalte están reguladas por la tasa de difusión de nutrientes, la tasa en que las regiones individuales de la corona reciben los nutrientes y las sustancias necesarios para hacer el esmalte. Partiendo de un modelo que se utiliza para simular la formación de copos de nieve, los científicos construyeron un nuevo modelo que, en lugar de hielo, imita la formación de matriz de esmalte.
"Aunque el esmalte no tiene una forma tan intrigante como los copos de nieve, es interesante que los mismos principios físicos puedan explicar el aumento de la complejidad en ambos sistemas", afirma Teemu Hkkinen, de la Universidad Aalto, Finlandia. El esmalte tiene una larga historia en la investigación paleontológica y médica, y se puede usar el nuevo modelo para investigar tanto las diferencias de especies evolutivas como los defectos médicos en la formación del esmalte.
REGISTRO DEL CRECIMIENTO DE LA MATRIZ COMO EL DE LOS ANILLOS DE LOS ÁRBOLES
A partir de dientes reales con tomografía computarizada de los cuales se eliminó digitalmente el esmalte, se recargó la matriz del esmalte en las superficies subyacentes de la dentina mediante simulaciones por ordenador. Solo al simular la secreción de la matriz como un proceso de difusión limitada, los investigadores pudieron hacer las sutiles características del esmalte que se encuentran en un diente de la mejilla humana, es decir, un molar.
En contraste con los humanos, los dientes molares del orangután tienen crestas y surcos complejos que podrían simularse reduciendo aún más la velocidad de difusión de los nutrientes formadores de esmalte. Por lo tanto, los orangutanes, que también comen alimentos duros como frutas y cortezas inmaduras, pueden haber desarrollado su esmalte arrugado con un cambio de desarrollo relativamente simple.
Además de los dientes humanos y de orangutanes, los investigadores analizaron el crecimiento de la matriz de esmalte en molares de cerdos con imágenes del ESRF, el acelerador de partículas del sincrotrón europeo. Las imágenes de sincrotrón revelan líneas de crecimiento que proporcionan el registro del crecimiento de la matriz de esmalte de forma muy similar a la forma en la que los anillos de los árboles muestran el crecimiento del árbol. Además de la superficie final del esmalte, las simulaciones de difusión limitada reproducían estas líneas de crecimiento del esmalte.
"Hay enormes cantidades de datos diferentes disponibles en el esmalte, y ahora tenemos las herramientas de los físicos para hacer predicciones comprobables", concluye la profesora académica Jukka Jernvall del Instituto de Biotecnología de la Universidad de Helsinki, Finlandia.
