solunulkoinen mikroympäristö
hammaskiilteen muodostuminen seuraa yleistä orgaanista matriisivälitteistä biolineralisaatioprosessia, mikä tarkoittaa, että solunulkoisessa tilassa olevat proteiinikomponentit ohjaavat kiteiden initiaatiota, orientaatiota ja pakkaamista. Vaadittujen proteiinien ja proteinaasien ilmentymisen ja erittymisen ajoitusta säätelevät hyvin erilaiset geenit ja signalointireitit. Tämä prosessi tapahtuu suljetussa mikroympäristössä, joka on eristetty verenkierrosta ja sijaitsee solunulkoisessa tilassa columnaaristen epiteelisolujen (ameloblastien) ja taustalla olevan odontoblastisolujen muodostaman dentiinin välillä. Emalin kehitys (amelogeneesi) on seurausta useista monimutkaisista ja ohjelmoiduista solutoiminnoista.2 hammaskiilteen muodostumiseen liittyvät solu -, kemikaali-ja fysiologiset tapahtumat ovat dynaamisia ja esiintyvät eri vaiheissa. Nämä vaihtelevat eritysvaiheesta, jolloin solut erittävät suurimman osan mineralisaatioon tarvittavista proteiineista ja proteinaaseista, kypsymisvaiheeseen, jolloin massiivinen proteiinin hajoaminen mahdollistaa kiteiden samanaikaisen kasvun täyttämään proteiinien jättämän tilan. Nämä kaksi vaihetta erotetaan toisistaan siirtymävaiheessa, jolloin proteiinin eritys vähenee ja kidekasvu lisääntyy. Kriittisiä solunulkoisia tapahtumia ovat proteiinien itsesäätyminen, proteiinien vaiheittainen prosessointi tiettyjen entsyymien avulla, ionikuljetus ja paikallisen pH: n säätely.3 nämä dynaamiset tapahtumat muuttavat matriisin, joka on 70% vettä ja orgaanista materiaalia (enimmäkseen proteiinia) vain 30% mineraali painosta erittäin järjestäytynyt rakenne, joka on yli 99% epäorgaaninen (enimmäkseen kalsiumhydroksiapatiitti kiteitä). Pienimmät epäorgaaniset yksiköt-apatiittikiteet-kasvavat pituudeltaan sekretorisessa vaiheessa ja kasvavat pääasiassa leveydeltään ja paksuudeltaan siirtymävaiheessa ja kypsymisvaiheessa.
orgaanisen matriisin tärkein rakenneproteiini on amelogeniini, joka muodostaa yli 90% proteiinipitoisuudesta. Toiseksi runsain proteiini on ameloblastiini, jolla on solujen adheesio-ominaisuuksia ja joka todennäköisimmin säätelee ameloblastisolujen erilaistumista. Toinen paljon pienemmissä määrissä esiintyvä proteiini on enameliini, jonka uskotaan myös säätelevän apatiitin nukleaatiota ja kasvua yhdessä amelogeniinin kanssa. Proteinaasit, kuten matriisimetalloproteinaasi MMP-20 ja KLK4, toimivat prosessoimaan ja hajottamaan amelogeneesin eri vaiheissa olevia amelogeniineja ja muita emali-proteiineja.4
kalsiumin, fluoridin ja fosfaatin lisäksi solunulkoisessa ympäristössä on muita ioneja, kuten natriumia, magnesiumia, kaliumia, kloridia ja bikarbonaattia. Nämä ionit tulevat hammaskiillesolujen pinnalla olevista verisuonista. Valvotun tai ehkä helpottuneen liikkeen kautta näiden ionien on kuljettava 50-100 µm: n (kahden tai kolmen eri solukerroksen) matka verenkierrosta kehittyvälle kiilteen pinnalle.
Emaliapatiittikiteet sisältävät rakenteissaan natriumia, magnesiumia, kaliumia, fluoridia, karbonaattia ja vetyfosfaattia (HPO4)-3. Yksi tärkeimmistä kiilteen apatiittirakenteeseen liittyneistä ioneista on fluoridi. Fluoridi korvaa hydroksyyli-ioneja apatiitissa ja stabiloi hilaa vetysidosten seurauksena viereisten OH – ionien kanssa. Tuloksena oleva fluorohydroksiapatiitti on vähemmän liukeneva kuin hydroaksiapatiitti, sillä on parempi kristalliniteetti ja se on vähemmän altis hapon liukenemiselle ja karieksen etenemiselle. Fluorinotto tapahtuu useimmiten siirtymävaiheessa / kypsymisvaiheessa ja jatkuu ameloblastien lopetettua erityksen. Kiilteen pinta imee fluoria myös ympäröivästä kudosnesteestä ennen hampaan puhkeamista. Liiallinen fluorin kulutus emalikehityksen aikana johtaa kuitenkin fluoratun tai kirjavan kiilteen muodostumiseen.5 koska merkittävää happamuutta syntyy emalin solunulkoisessa matriisissa mikroympäristössä sen jälkeen, kun emali hydroksiapatiitti on saostunut, järjestelmän pH-puskurointitoiminto on kriittinen, kun emali-kiteiden progressiivinen ja nopea kasvu tapahtuu emalin kypsymisen aikana. Bikarbonaatti on toinen olennainen osa emali nestettä mukana puskurointi solunulkoinen ympäristö.
koko amelogeneesiprosessin aikana, joka alkaa ihmisellä raskauden kolmannella kolmanneksella, ameloblastit läpäisevät joukon erilaistumisvaiheita, joille on ominaista solujen morfologian ja toiminnan muutokset. Kun emali on täysin mineralisoitunut ja orgaaninen matriisi on hajonnut ja poistettu—6 kuukautta syntymän jälkeen ihmisillä— ameloblastit lakkaavat toimimasta ja taantuvat. Ne kutistuvat dramaattisesti ja suuontelossa voi johtaa kariekseen ja / tai hampaiden eroosioon.7 sekä karies ja eroosio ovat seurausta emali mineraali menetys johtuu happamassa ympäristössä, kun taas kuljettaa muodostumista liittyy erityisesti bakteerien.
tällaisen vaurion mahdollisuuden lisäksi myös kiilteen muodostuminen voi olla puutteellista varhaisista kehitysvaiheista johtuen ameloblastigeenituotteiden mutaatioista. Tuloksena on yhden proteiinin tai proteinaasin toimintahäiriö, joka on vastuussa mineraalien muodostumisen prosesseista ja orgaanisen matriisin järjestämisestä ja prosessoinnista. Mutaatio missä tahansa amelogeniinia, enameliinia, MMP-20: tä tai KLK4: ää koodaavassa geenissä johtaa johonkin amelogeneesi imperfecta-nimiseen perinnölliseen emaliepämuodostuman sairauteen.4 riippuen proteiini vaikuttaa ja kehitysvaiheessa mukana, viallinen emali voi olla ohut (hypoplastinen) tai on normaali paksuus, mutta pehmeä (hypomineralisoitu) rakenne.