ENAMEL ENGINEERING

1. به نام خدا ENAMEL ENGINEERING مهندسی مینا گردآوری: ایمان رمضانیان نیک، آیدین فاروقی، امیر یاری دانشکده دندانپزشکی مشهد

2. مباحث:

3. مينا سازي Amelogenesis

4. مقدمه • مينا بافت پوششي فوق العاده معدني است که تقريبا 85% از حجم آن را بلورهاي هيدروکسيآپاتيت بزرگ با تورم زياد تشکيل ميدهد. • تشکيل مينا يک فرآيند دو مرحله اي است. • اولين مرحله منجر به تشکيل ميناي نسبتا معدني(30%)شده ميشود. • مرحله دوم با رسوب مقدار زيادي مواد معدني همراه با برداشت مواد آلي و آب به انجام ميرسد. • بر اين اساس تشکيل مينا داراي دو مرحله ترشحي و بلوغ است.

5. پيش نياز تشکيل مينا عاج سازي است. • بستگي به حضور عاج تشکيل شده دارد و نمونه اي ازالقا متقابل( reciprocal induction) است. • سلول هاي اپي تليوم دنداني داخلي جزئي از واحد عملي سلولي لازم براي تشکيل مينا هستند. • با وجود دوري آملوبلاست هاي در حال تمايزاز عروق خوني دنتال فوليکول,سلول هاي اپتليوم دنداني داخلي,وظيفه ذخيره گليکوژن براي تغذيه آملوبلاست ها را قبل از شروع فعاليت ترشحي دارا مي باشند.

6. مرحله ترشحي مينا سازي: • در اين مرحله ترشح ماتريکس آلي مينا اتفاق مي افتد. • اين ماتريکس آلي شامل serine protease,metalloproteinases وفسفاتازها است. • 90% پروتئين هاي مينا را گروهي از پروتئين هاي هتروژن با ژن اختصاصي و با وزن مولکولي پايين به نام آملوژنين ها تشکيل ميدهند. • 10%بقيه را پروتئين هاي اناملين(enamelin),تافتلين(tuftelin)و آملين(amelin)شامل ميشوند.

7. پروتئين هاي مينا(Enamel proteins) • آملوژنين: گروه هتروژني از پروتئين هاي هيدروفوب با وزن مولکولي کم و غني از پرولين و گلوتامين هستند.ژن هاي آن بر روي هر دو کروموزوم X وy قرار دارد. • تافتلين: يک گليکوپروتئين فسفوريله اسيدي 45 کيلودالتوني است .محل استقرار آن DEJ است. • اناملين: تشکيل دهنده 2% از پروتئين هاي مينا است ه اتصال محکمي با کاني ها(MINERAL) برقرار ميکند. • آملين: 5 تا10% پروتئين هاي مينا را تشکيل ميدهد.داراي ژن اختصاصي است و منجر به ناهمگوني پروتئين هاي مينا ميشود.

8. معدني شدن مينا(Mineralition of enamel): • وزيکول هاي ماتريکس محيط بسته اي را براي شروع تشکيل بلور در ماتريکس آلي ايجاد ميکنند. • در معدني شدن پروتئين هاي مينا هيچ وزيکولي نقش ندارد. • تافتلين(Tuftelin) به عنوان عامل هسته گذاري در سطح عاج در نظر گرفته ميشود. • بلورهاي مينا به يکباره شکل ميگيرند و به سرعت از نظر طولي در ماتريکس آلي رشد ميکنند. • در نتيجه مينا که ابتدا ترشح شده بافتي نرم(soft) يا تقريبا سخت است که به مرور به سخت ترين بافت هاي بدن تبديل ميشود.

9. بلوغ مينا(Maturation of enamel) • در اين روند بلورهاي مينا بلندتر و پهن تر ميشوند. • براي ايجاد فضاي مورد نياز بيشتر پروتئين هاي مينا بايد برداشته شوند که شامل مراحل زير است: • آملوژنين به واسطه ترکيب شيميايي منحصر به فردش تحت فشار قرار گرفته و در ميان بلور هاي درحال رشد فشرده ميشود. • پروتئازهاي ترشح شده از آملوبلاست ها,آملوژنين را به پروتئين هاي با وزن مولکولي کمتري که به سادگي بيشتري از ميان بلورها برداشته ميشوند تجزيه مي کنند.

10. LRAP(Lysin-Rich AmelogeninPolypeptiode) و TRAP(Tyrasin-Rich AmelogeninPolypeptiode) بعنوان لايه پوشش دهنده بلورها در ماتريکس کاملا بالغ شده باقي گذاشته ميشود.

11. مراحل مينا سازي از نظر روش هاي ميکروراديوگرافي • مرحله اول(معدني شدن اوليه): شکل گيري ماتريکس ميناي نسبتا(30%) معدني شده. • مرحله دوم: با افزايش ثانوي در معدني شدن از سطح مينا آغاز ميشود. • مرحله سوم: شامل افزايش ثالثيه معدني شدن اين بار از عمق به سطح. • مرحله چهارم: در اين مرحله معدني شدن چهارم به سرعت شدت زياد انجام و معدني ترين قسمت مينا را تشکيل ميدهد.

12. آملوژنز از ديدگاه ميکروسکوپي

13. مرحله شکل يابي (Morphogenic Stage) • طي مراحل تاجي و زنگوله اي سلولهاي عضو دنداني و سلولهاي پالپ ، با رشد متغير بر هم تاثير گذارده و شکل دندان را تعيين مي کنند . سلوهاي اپي تليوم دنداني داخلي که در اين فعاليت دخيلند ،‌به صورت سلولهاي استوانهاي کوتاه يا مکعبي با هسته مرکزي بزرگ ، عناصر گلژي در قسمت پروگزيمال هستند .

14. مرحله تمايز (Differentation Stage) • در اين مرحله سلولهاي اپي تليوم دنداني داخلي به آملوبلاست ها تمايز مي يابند ، هسته هايشان در جهت پروگزيمال جا به جا شده ، کمپلکس گلژي افزايش حجم پيدا مي کند و به طور کلي به شدت قطبي مي شوند . اين سلولها در انتهاي پروگزيمال و ديستال توسط ترکيبات اتصالي احاطه مي گردند و اکتين از درون اين اتصالات به درون سيتوپلاسم ها افشانده مي شود . اين فيلامان ها در حرکت جزئي آملوبلاست ها طي ترشح مينا نقش دارند .

15. فاز ترشحي-سنتز مينا ( Secretory Stage-Synthesis of Enamel) • پروتئين مينا که در دستگاه آندوپلاسميک خشن ساخته شده ، از انتهاي ديستال آملوبلاست ها در مقابل عاجي که به تازگي ساخته شده رها مي شود . مينراليزاسيون مينا با عبور يونهاي معدني به طرف سطح مينا تحت کنترل آملوبلاست ها با فاصله زماني کوتاهي از ترشح ماتريکس مينا انجام مي شود . هنگامي که اين ميناي اوليه تشکيل شد ، آملوبلاست ها شروع به مهاجرت نموده و از سطح مينا دور مي شوند . با تشکيل زائده تومز ( يک زائده کوتاه و مخروطي شکل شامل گرانولهاي ترشحي و وزيکولهاي کوچک ) ، ترشح پروتئين مينا توسط گرانولهاي ترشحي از طريق کانالهاي باريکي در دو ناحيه پروگزيمال انجام مي شود که ديواره ماتريکس مينا را شکل مي دهد . منشورهاي مينايي با ماتريکس پر مي شوند و به علت اختلاف در زمان ترشح قسمت پروگزيمال با ديستال ، نقاط گودي در ديواره به وجود مي آيد . اين نقاط توسط ترشحات از زوائد تومز پر مي شود . • شايان ذکر است پروتئين هاي مينايي در سراسر ميناي تازه تشکيل شده ديده مي شود اما با بلوغ تدريجي مينا Amelin در نواحي غلاف سيلندرها فشرده شده که Sheathelin ناميده مي شود . تعبير ديگري که درباره تشکيل مينا وجود دارد اين است که آملوبلاست ها همزمان درگير ترشح و برداشت مينا هستند .

16. مرحله بلوغ Maturation Stage • در اين مرحله آملوبلاست ها کوتاهتر مي شوند ، اتصالات ديستال محکم پيدا مي کنند و سپس درگير يک مشي دوره اي ميشوند . آب و مواد ارگانيک از مينا برداشته شده و با مواد غير آلي جايگزين مي شود . در اين مرحله از سطح صاف آملوبلاست ها برداشت پروتئين و آب و از سطح ناصاف عبور مواد آلي انجام مي شود .

17. فاز حفاظتي Protective Stage • آملوبلاستها حاشيه مخطط خود را از دست مي دهند و سطح مينا را ترشح مي کنند .

18. ساختمان مينا Enamel Structure

19. مقدمه • از آنجا که درجه مينراليزاسيون مينا بالا است، مطالعه اين بافت مشکل بوده و در هنگامي که مقاطع دمينراليزه مورد آزمايش قرار مي گيرند در مکانهاي مينا فضاهاي خالي به چشم مي خورد. • مينا نور را از خود عبور مي دهد بنا براين مي توان آن را در مقطع خشک توسط ميکروسکوپ نوري مطالعه کرد. • البته اين روش نيز مشکلاتي دارد زيرا در مقاطع ضخيم ميله ها روي هم افتاده و باعث بروز مشکلاتي مي شود.

20. ساختارهای قابل مشاهده در مینا • ميله هاي مينايي (Enamel rods) • رابطه متقابل بين ميله ها (Rod Interrelationsship) • خطوط رتزيوس (StriaeRetzius) • خطوط عرضي (Cross striations) • نوارهاي هانتر-شرگر(Bands of Hunter Scherger) • تافت ها و لاملاي مينايي(Enamel tufts and lamellae) • سطح مینا(Enamel surface)

21. ميله هاي مينايي(Enamel rods) • کريستالهاي هيدروکسي آپاتيت واحدهاي سازنده ي مينا هستند. • ساختمانهاي آنها به صورت ميله هايي به قطر µm 5 است که موازي يکديگر قرار گرفته اند و اطراف آنها توسط ماتريکس احاطه مي شود. • کريستالها توسط غلافي پوشيده مي شوند البته اين غلاف در قسمت گردني از بين مي رود و در زير ميکروسکوپ الکتروني ميله هاي مينايي به شکل سوراخ کليد مشاهده مي شوند.

22. رابطه متقابل بين ميله ها • ميله ها در رديف هايي به صورت دايره در حول محور دندان قرار گرفته اند. • ميله ها در هر رديف عموماً در جهتي عمود بر سطح عاج امتداد مي يابند و همانطور که به طرف خارج مي روند به سمت کاسپ متمايل مي شوند. • در ميناي ناحيه گردن ميله ها به صورت افقي قرار مي گيرند و تنها تعداد کمي به طرف ريشه منحرف مي شوند. • ميله ها در پلان عرضي دندانها مسيري موجي شکل دارند.

23. خطوط رتزيوس (StriaeRetzius) • خطوط رشدي هستند که نشانگر ترشح متناوب لايه هاي مينا است. • اين خطوط در ميناي پيش از تولد(prenatal) به ندرت؛ در ميناي دندانهاي شيري(Postnatal) کم و بيش و در ميناي دندانهاي دائمي به وفور يافت مي شوند. • خط نوزادي(Neonatal line) يک خط رتزيوس بزرگ است که تغيير فيزيولوژيک مشخصي را که هنگام تولد رخ داده است؛ نشان مي دهد.

24. خطوط عرضي (Cross striations) • ميناي انسان با نسبت تقريبي 4 ميکرومتر در هر روز به وجود مي آيند و به همين دليل در مقاطع خشک داراي نمايي پريوديک و خطوط عرضي به فواصل 4 ميکرون هستند. • مشکلات فني در تهيه مقاطع طولي واقعي عامل بسياري از مشاهدات کاذب مقاطع عرضي است. • خطوط رتزيوس نشان دهنده ريتم فعاليت ترشحي هفتگي آملوبلاستها است.

25. نوارهاي هانتر-شرگر(Bands of Hunter Scherger) • پديده اي نوري است که به دليل تغيير جهت ميله ها و معمولاً در ¾ داخلي مينا به وجود مي آيد به طوري که با تغيير جهت نور؛ تغيير جهت مي دهند. • اين نوارها به شکل باندهاي تاريک و روشن متغير ديده مي شوند و با تغيير جهت نور تابانده شده تغيير سمت مي دهند.

26. تافت ها و لاملاي مينايي(Enamel tufts and lamellae) • تافتها و لامها را مي توان مشابه گسل هاي زمين شناسي دانستو آنها را در مقاطع عرضي به بهترين نحو مي توان مشاهده نمود. تافتها و لاملا در مقاطع خشک بهتر نشان داده مي شوند. • تافتها از محل اتصال عاج و مينا(DEJ) تا مسافت کوتاهي در مينا امتداد مي يابد در حاليکه لامها از سطح مينا تا مسافت هاي مختلفي به طرف عمق کشيده مي شوند. • پروتئين تافتها از نوع پروتئين هاي وزن مولکولي زياد است(مانند اناملين)، تافتها از لحاظ تکاملي به واسطه تغييرات ناگهاني در مسير گروه هاي ميله هايي که از نواحي مختلف اتصال دندانه دار عاج+مينا منشا مي گيرند پديد آمده اند.

27. Enamel tufts and lamellae

28. سطح مینا(Enamel surface) • خطوط رتزیوس غالباً از DEJ به سطح خارجی مینا امتداد یافته و این خطوط در شیارهای کم عمقی خاتمه می یابند که پری کیماتا (perikimata) نامیده می شود. • به علاوه ترک ها یا لاملا در مینا به شکل خطوطی دندانه دندانه مشاهده می شود. • در دندان رویش نیافته سطح مینا از کوتیکول هایی به ضخامت 0.5-0.15 نانومتر پوشیده شده که ساختمان مشخصی ندارند.

29. چشم انداز... • از آنجا که بر خلاف عاج، سلولهای سازنده نسج مینا یعنی آملوبلاستها پس از رویش دندان از بین می روند و امکان بازسازی و regeneration مینا وجود ندارد چشم اندازی که می توان برای این مقوله در نظر گرفت شناسایی ژن های مربوط به آپوپتوز آملوبلاستها و غیر فعال کردن آنها یا خارج نمودن آنها از سلول به روش مهندسی ژنتیک است تا آملوبلاستها پس از رویش دچار آپوپتوز و مرگ برنامه ریزی شده سلولی نشوند. چشم انداز دیگر شناسایی stem cell های آملوبلاستها و کشت آنها در محیط آزمایشگاهی و القای آنها به وسیله فاکتورهای مختلف مربوط در تکوین دندان و ترمیم مینای از بین رفته در محیط خارج از بدن است.

30. References: • Essentials of Oral Histology and Embryology: a Clinical Approach by Avery, Chiego (3nd Edition, 2005 Dec) • Development, Function and Evolution of Teeth by by Mark Teaford, M.W.J. Ferguson (2004 Edition) • http://www.experiencefestival.com/tooth_enamel_-_structure • http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2099282 • http://www.wikidoc.org/index.php/Ameloblast • http://adr.sagepub.com/content/15/1/14.abstract

31. پایان... با تشکر