Механизм формирования жемчуга поможет создать новый стоматологический материал

Ученые из Стоматологического колледжа Нью-Йорка начали масштабный проект по изучению механизмов формирования натурального жемчуга. Исследователи отмечают, что это один из самых прочных материалов естественного происхождения: по этому показателю он примерно в тысячу раз превосходит карбонат кальция. Такие характеристики обеспечиваются за счет уникальной структуры жемчужин. Ее изучение поможет создать новые прочные и легкие искусственные компоненты, которые можно будет использовать в стоматологии и других областях.

Общий механизм формирования жемчуга уже известен: он запускается, если в раковину проникает песок, паразит или другой раздражитель. После этого возникает защитная реакция: в результате активного деления клеток создается круглая полая структура, закрывающая повреждение. Затем этот скелет наполняется минеральными веществами и белками матрикса – так и создается жемчужина.

Примерно на 95 процентов она состоит из карбоната кальция, остальной объем приходится на органический матрикс. При этом пока неизвестно, какую именно функцию в данной структуре выполняет белковый компонент. Специалисты из Стоматологического колледжа считают, что понимание этого процесса позволит воспроизвести искусственный материал с такими же характеристиками: механически прочный, стойкий к образованию трещин и сколов. Именно такие компоненты востребованы в современной стоматологии: в частности, их можно использовать для имплантации зубов. Кроме того, среди возможных сфер применения – искусственная костная ткань и космические аппараты, которым также важна повышенная прочность.

В рамках исследования американские ученые проводят лабораторные анализы жемчуга. На данном этапе они изучают роль белков в его формировании. Специалисты отмечают, что эти компоненты служат основной для создания структуры внутри раковины. Во время роста жемчужины они сохраняются в виде нанополостей в кристаллах, которые и делают материал исключительно прочным, но при этом легким. Ученые выращивали в лаборатории моллюсков Pinctada fucata, в которых содержатся гены PFMG, кодирующие формирование перламутра. Им удалось установить, что гены PFGM1 и PFMG2 отвечают за создание особого гидрогеля, определяют его размеры и структурные особенности. Именно из него формируются слои жемчуга. На следующем этапе работы исследователи попробуют использовать тот же механизм для получения искусственных аналогов.