Il Microambiente Extracellulare
la formazione dello Smalto segue il generale matrice organica-mediata biomineralization processo, il che significa che i componenti delle proteine nello spazio extracellulare controllo l’iniziazione, l’orientamento e l’imballaggio dei cristalli. I tempi di espressione e secrezione delle proteine e delle proteinasi richieste sono ben controllati da vari geni e vie di segnalazione. Questo processo avviene in un microambiente chiuso, isolato dal sangue circolante e situato nello spazio extracellulare tra le cellule epiteliali colonnari (gli ameloblasti) e la dentina sottostante formata dalle cellule odontoblastiche. Lo sviluppo dello smalto (amelogenesi) è il risultato di una serie di attività cellulari complesse e programmate.2 Gli eventi cellulari, chimici e fisiologici coinvolti nella formazione dello smalto dei denti sono dinamici e si verificano in varie fasi. Questi vanno dalla fase secretoria quando le cellule secernono la maggior parte delle proteine e delle proteinasi necessarie per la mineralizzazione alla fase di maturazione quando la massiccia degradazione proteica consente la crescita simultanea di cristalli per riempire lo spazio lasciato dalle proteine. Queste due fasi sono separate dalla fase di transizione, quando la secrezione proteica diminuisce e la crescita dei cristalli aumenta. Gli eventi extracellulari critici includono l’autoassemblaggio delle proteine, l’elaborazione graduale delle proteine mediante enzimi specifici, il trasporto di ioni e il controllo del pH locale.3 Questi eventi dinamici trasformano la matrice che è il 70% di acqua e materiale organico (principalmente proteine) con solo il 30% di minerali in peso in una struttura altamente organizzata che è più del 99% inorganica (principalmente cristalli di idrossiapatite di calcio). Le più piccole unità inorganiche-cristalli di apatite-crescono in lunghezza nella fase secretoria e crescono principalmente in larghezza e spessore nelle fasi di transizione e maturazione.
La principale proteina strutturale della matrice organica è l’amelogenina, che costituisce oltre il 90% del contenuto proteico. La seconda proteina più abbondante è l’ameloblastina, che ha proprietà di adesione cellulare e molto probabilmente controlla la differenziazione cellulare dell’ameloblasto. Un’altra proteina trovata nelle quantità molto più piccole è enamelin, che inoltre è pensato per controllare la nucleazione e la crescita dell’apatite insieme ad amelogenina. Le proteinasi, come la metalloproteinasi della matrice MMP-20 e KLK4, funzionano per elaborare e degradare l’amelogenina e altre proteine dello smalto a diversi stadi dell’amelogenesi.4
Oltre al calcio, al fluoro e al fosfato, l’ambiente extracellulare contiene altri ioni come sodio, magnesio, potassio, cloruro e bicarbonato. Questi ioni entrano dai vasi sanguigni sulla superficie delle cellule degli organi dello smalto. Attraverso il movimento controllato o forse facilitato, questi ioni devono attraversare una distanza di 50 µm a 100 µm (due o tre diversi strati cellulari) per viaggiare dal flusso sanguigno alla superficie dello smalto in via di sviluppo.
I cristalli di apatite smaltata incorporano sodio, magnesio, potassio, fluoro, carbonato e fosfato di idrogeno (HPO4)-3 nelle loro strutture. Uno degli ioni più importanti incorporati nella struttura dell’apatite dello smalto è il fluoruro. Il fluoruro sostituisce gli ioni idrossile nell’apatite e stabilizza il reticolo come risultato dei legami idrogeno con gli ioni OH vicini. La fluoroidrossiapatite risultante è meno solubile dell’idroassiapatite, ha una migliore cristallinità ed è meno suscettibile alla dissoluzione acida e alla progressione della carie. L’assorbimento di fluoro si verifica principalmente durante la fase di transizione / maturazione e continua dopo che gli ameloblasti cessano la secrezione. La superficie dello smalto assorbe anche il fluoro dal fluido tissutale circostante prima dell’eruzione del dente. Tuttavia, il consumo eccessivo di fluoro durante lo sviluppo dello smalto provoca la formazione di smalto fluorosed o screziato.5 Poiché l’acidità significativa è generata nel microambiente extracellulare della matrice dello smalto a seguito della precipitazione dell’idrossiapatite dello smalto, la funzione tampone di pH nel sistema è critica quando la crescita progressiva e rapida dei cristalli dello smalto sta avvenendo durante la maturazione dello smalto. Il bicarbonato è un altro componente essenziale del liquido dello smalto coinvolto nel tamponamento dell’ambiente extracellulare.
Durante l’intero processo di amelogenesi, che inizia nell’uomo durante il terzo trimestre di gravidanza, gli ameloblasti passano attraverso una serie di stadi di differenziazione caratterizzati da cambiamenti nella morfologia e nella funzione cellulare. Una volta che lo smalto è completamente mineralizzato e la matrice organica viene degradata e rimossa—6 mesi dopo la nascita nell’uomo— gli ameloblasti smettono di funzionare e subiscono una regressione. Si restringono drammaticamente e nella cavità orale possono portare a carie dentale e / o erosione dentale.7 Sia la carie e l’erosione sono il risultato di perdita di minerali smalto a causa di un ambiente acido, mentre trasporta formazione specificamente comporta la presenza di batteri.
Oltre alla possibilità di tale danno, la formazione di smalto può anche essere difettosa dalle prime fasi dello sviluppo a causa di mutazioni nei prodotti del gene ameloblasto. Il risultato è un malfunzionamento di una delle proteine o proteinasi che sono responsabili del controllo dei processi di formazione minerale e dell’organizzazione e dell’elaborazione della matrice organica. La mutazione in c’è ne dei geni che codificano amelogenin, enamelin, MMP-20, o KLK4 conduce ad una di una serie di malattie ereditarie della malformazione dello smalto chiamata amelogenesis imperfecta.4 A seconda della proteina interessata e dello stadio di sviluppo coinvolto, lo smalto difettoso potrebbe essere sottile (ipoplastico) o avere uno spessore normale ma una struttura morbida (ipomineralizzata).