zewnątrzkomórkowe mikrośrodowisko
tworzenie szkliwa następuje zgodnie z ogólnym procesem biomineralizacji za pośrednictwem matrycy organicznej, co oznacza, że składniki białkowe w przestrzeni zewnątrzkomórkowej kontrolują inicjację, orientację i pakowanie kryształów. Czas ekspresji i wydzielania wymaganych białek i proteinaz jest dobrze kontrolowany przez różne geny i szlaki sygnałowe. Proces ten zachodzi w zamkniętym mikrośrodowisku, wyizolowanym z krążącej krwi i zlokalizowanym w przestrzeni pozakomórkowej między kolumnowymi komórkami nabłonkowymi (ameloblastami) a leżącą pod nimi zębiną utworzoną przez komórki odontoblastów. Rozwój szkliwa (amelogeneza) jest wynikiem szeregu złożonych i zaprogramowanych działań komórkowych.2 wydarzenia komórkowe, chemiczne i fizjologiczne zaangażowane w tworzenie szkliwa zębów są dynamiczne i występują w różnych stadiach. Te wahają się od etapu wydzielniczego, kiedy komórki wydzielają większość białek i proteinaz potrzebnych do mineralizacji do etapu dojrzewania, gdy masywna degradacja białka pozwala na jednoczesny wzrost kryształów, aby wypełnić przestrzeń, którą pozostawiają białka. Te dwa etapy są oddzielone etapem przejściowym, gdy zmniejsza się wydzielanie białka i wzrasta wzrost kryształów. Krytyczne pozakomórkowe zdarzenia zawierają proteina samomontaż, krokwise przetwarzanie proteiny specyficzni enzymy, jon transport, i kontrola lokalny pH.3 te dynamiczne zdarzenia przekształcają matrycę, która jest w 70% wodą i materiałem organicznym (głównie białkiem) z tylko 30% minerałem wagowym, w wysoce zorganizowaną strukturę, która jest w ponad 99% nieorganiczna (głównie kryształy hydroksyapatytu wapnia). Najmniejsze jednostki nieorganiczne-kryształy apatytu-rosną w długości na etapie wydzielniczym, a głównie rosną w szerokości i grubości na etapach przejścia i dojrzewania.
głównym białkiem strukturalnym macierzy organicznej jest amelogenina, która stanowi ponad 90% zawartości białka. Drugim najliczniejszym białkiem jest ameloblastyna, która ma właściwości adhezyjne komórek i najprawdopodobniej kontroluje różnicowanie komórek ameloblastu. Innym białkiem występującym w znacznie mniejszych ilościach jest enamelin, który uważa się również za kontrolujący zarodkowanie i wzrost apatytu w połączeniu z amelogeniną. Proteinazy, takie jak metaloproteinaza matrycowa MMP-20 i KLK4, działają w celu przetwarzania i degradacji amelogeniny i innych białek szkliwa na różnych etapach amelogenezy.4
oprócz wapnia, fluoru i fosforanu, środowisko zewnątrzkomórkowe zawiera inne jony, takie jak sód, magnez, potas, chlorek i wodorowęglan. Jony te przedostają się z naczyń krwionośnych na powierzchnię komórek narządów szkliwa. Poprzez kontrolowany lub być może ułatwiony ruch, jony te muszą przekroczyć odległość od 50 µm do 100 µm (dwie lub trzy różne warstwy komórek), aby przemieszczać się od strumienia krwi do rozwijającej się powierzchni szkliwa.
szkliwowe kryształy apatytu zawierają w swoich strukturach sód, magnez, potas, fluor, węglan i wodorofosforan (HPO4)-3. Jednym z najważniejszych jonów wbudowanych w strukturę apatytu szkliwa jest fluor. Fluor zastępuje jony hydroksylowe w apatycie i stabilizuje sieć w wyniku wiązań wodorowych z sąsiednimi jonami OH -. Otrzymany fluorohydroksyapatyt jest mniej rozpuszczalny niż hydroaksyapatyt, ma lepszą krystaliczność i jest mniej podatny na rozpuszczanie kwasów i postęp próchnicy. Wychwyt fluoru występuje głównie w fazie przejścia/dojrzewania i trwa po zaprzestaniu wydzielania ameloblastów. Powierzchnia szkliwa pochłania również fluor z otaczającego płynu tkankowego przed erupcją zęba. Jednak nadmierne zużycie fluoru podczas rozwoju szkliwa powoduje tworzenie się fluoryzowanego lub cętkowanego szkliwa.5 ponieważ znaczna kwasowość jest generowana w mikrośrodowisku macierzy pozakomórkowej szkliwa po wytrąceniu hydroksyapatytu szkliwa, funkcja buforowania pH w systemie ma kluczowe znaczenie, gdy postępujący i szybki wzrost kryształów szkliwa występuje podczas dojrzewania szkliwa. Wodorowęglan jest kolejnym istotnym składnikiem płynu szkliwa biorącym udział w buforowaniu środowiska zewnątrzkomórkowego.
podczas całego procesu amelogenezy, który rozpoczyna się u ludzi w trzecim trymestrze ciąży, ameloblasty przechodzą przez szereg etapów różnicowania charakteryzujących się zmianami morfologii i funkcji komórek. Po całkowitym zmineralizowaniu szkliwa i degradacji i usunięciu matrycy organicznej-6 miesięcy po urodzeniu u ludzi-ameloblasty przestają funkcjonować i ulegają regresji. Kurczą się one dramatycznie i w jamie ustnej może prowadzić do próchnicy i / lub erozji zębów.7 zarówno próchnica, jak i erozja są wynikiem ubytku minerałów szkliwa spowodowanego kwaśnym środowiskiem, podczas gdy niesie powstawanie specyficznie wiąże się z obecnością bakterii.
oprócz możliwości takiego uszkodzenia, tworzenie szkliwa może być również wadliwe od wczesnych stadiów rozwojowych z powodu mutacji w produktach genowych ameloblastu. Rezultatem jest nieprawidłowe działanie jednego z białek lub proteinaz, które są odpowiedzialne za kontrolowanie procesów tworzenia minerałów oraz za organizację i przetwarzanie matrycy organicznej. Mutacja w którymkolwiek z genów kodujących amelogeninę, enamelinę, MMP-20 lub KLK4 prowadzi do jednej z serii dziedzicznych chorób malformacji szkliwa zwanych amelogenesis imperfecta.4 w zależności od białka dotkniętego i etapu rozwoju zaangażowanych, wadliwe szkliwo może być cienka (hipoplastyczny) lub mają normalną grubość, ale miękkie (hipomineralizowane) struktury.