Was die Zinkkonzentration in Zähnen verrät
Ein Großteil des Zahns besteht aus Dentin, einem knochenartigen,
hochporösen Material. Diese Struktur macht Zähne sowohl stark als auch
empfindlich. Neben Kalzium und Phosphat enthalten Zähne auch
Spurenelemente wie Zink. Mit komplementären mikroskopischen Verfahren hat
ein Team der Charité Berlin, der TU Berlin und des HZB die Verteilung von
natürlichem Zink im Zahn ermittelt.
Das Ergebnis: mit zunehmender
Porosität des Dentins in Richtung Pulpa steigt die Zinkkonzentration um
das 5- bis 10-fache. Diese Erkenntnis hilft, den Einfluss von zinkhaltigen
Füllungen auf die Zahngesundheit besser zu verstehen und könnte
Verbesserungen in der Zahnmedizin anstoßen.
Zähne haben eine komplexe Struktur: Die Zahnpulpa mit den Nerven ist von
Dentin umgeben, einem porösen Knochenmaterial, das außen von Zahnschmelz
im Mund und Zement in den Wurzeln bedeckt ist. Obwohl das Dentin von
unzähligen mikrometergroßen Kanälchen, den Tubuli, durchzogen ist, können
Zähne jahrzehntelang großen Kräften standhalten. Die Dichte der
Dentintubuli nimmt zur Pulpa hin zu, das Dentin wird also nach innen
zunehmend porös. Dentinkanälchen leiten Reize an die Nerven weiter und
ermöglichen das Empfinden von Kälte und Wärme. Ähnlich wie Knochen enthält
Dentin hauptsächlich Kalzium und Phosphat sowie organische Stoffe und eine
Reihe von Spurenelementen, die normalerweise homogen verteilt sind. Das
Spurenelement Zink kommt jedoch in einigen Regionen fast gar nicht vor,
während es in der Nähe der Pulpa hingegen recht hoch konzentriert ist. Bis
zu dieser Studie war nicht bekannt, wie hoch die Konzentration von
natürlichem Zink ist und wie es in gesunden Zähnen verteilt ist.
Das Team unter der Leitung von Prof. Dr. Paul Zaslansky, Charité Berlin,
und Dr. Ioanna Mantouvalou, HZB, machte sich daran, diese Frage zu klären.
Allerdings kamen weggeworfene menschliche Zähne für die Untersuchung nicht
in Frage, da diese in der Regel durch Behandlungen oder Zahnpasta mit Zink
kontaminiert sind. Daher verwendeten sie Rinderzähne, die in Schlachthöfen
in großen Mengen anfallen. Infrarotuntersuchungen, die mit dem IRIS-Team
von BESSY II durchgeführt wurden, hatten gezeigt, dass Rinderzähne eine
hohe Ähnlichkeit mit menschlichen Zähnen aufweisen. Gleichzeitig sind
solche Zähne viel jünger und ohne Vorgeschichte von Zahnbehandlungen oder
Zähneputzen.
„Zuerst haben wir feine Schnitte gemacht und diese unter einem
Rasterelektronenmikroskop untersucht. Diese Bilder zeigten, dass das
Material zwischen den einzelnen Tubuli nahezu perfekt homogen ist“, sagt
Mantouvalou, verantwortlich für das HZB SyncLab. Anschließend untersuchte
das Team die Zähne mit verschiedenen zahnmedizinischen und industriellen
3D-Röntgentomographiesystemen, um die dreidimensionale Mikrostruktur,
insbesondere die Dichte des Materials, zu kartieren. Wie erwartet nimmt
die Zahndichte in der Nähe der Pulpa ab, weil in dieser Region immer mehr
Tubuli liegen. Die quantitative Ermittlung der Mikrostruktur ermöglichte
es, das Material korrekt zu modellieren und die experimentellen Daten aus
einer weiteren umfangreichen Messreihe auszuwerten, der Mikro-
Röntgenfluoreszenzspektroskopi
aufgezeichnet, insbesondere von Kalzium, Phosphor und Zink. Während
Kalzium und Phosphor, die beide aus den Nanokristallen des Dentins
stammen, gleichmäßig verteilt sind, haben wir einen sehr starken Anstieg
der Zinkkonzentration von außen nach innen, d. h. in Richtung Pulpa,
beobachtet und quantifiziert“, sagt Mantouvalou.
„Diese Ergebnisse sind für die weitere Verbesserung der Zahnmedizin
interessant, beispielsweise wenn es darum geht, ob für bestimmte
Zahnbehandlungen eher Materialien mit niedrigem oder eher hohem Zinkgehalt
empfohlen werden sollten“, erklärt Zaslansky. In gesunden Zähnen ist Zink
im Dentin eingeschlossen. Bei Karies oder durch Wurzelkanalbehandlungen
mit zinkhaltigen Pasten könnten jedoch bestimmte Enzyme chemisch aktiviert
werden, die negative Auswirkungen haben. „Um unsere Hypothese zu
bestätigen, die auf Rinderzähnen basiert, sind nun Studien an menschlichen
Zähnen erforderlich.“
Ein weiterer wichtiger Punkt: Die Studie zeigt, dass Zink als Indikator
für die Bestimmung der Mineralstoffdichte von Knochenmaterial dienen
könnte. „Die Knochendichte ist für viele Patientinnen und Patienten ein
großes Thema: Jeder weiß, dass wir Kalzium und mehr Mineralien für starke
Knochen brauchen. Aber vielleicht ist eigentlich ein ausgewogenes
Verhältnis der Mikroporosität das, was wir wollen?“, vermutet Zaslansky
und kommt zu dem Schluss: „Wir haben überraschenderweise festgestellt,
dass Zink wahrscheinlich als empfindlicher Indikator für Gradienten in der
Materialdichte verwendet werden kann, die sich im Laufe des Lebens
verändern können. Die Dichte hängt mit der mechanischen Leistungsfähigkeit
des Knochengewebes zusammen und sollte weder zu hoch noch zu niedrig sein,
um im menschlichen Körper ihre Funktion zu erfüllen. Mit hochsensitiven
Methoden wie der Röntgenfluoreszenz können wir möglicherweise
Dichteveränderungen im Laufe des Alterungsprozesses überwachen.“
Anmerkung:
Die Kooperation fand im Rahmen des von der DFG geförderten Programms "FOR
2804: Werkstoffkunde von Zähnen in Funktion" statt
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Paul Zaslansky
Charité - Universitätsmedizin Berlinpaul.zaslansky@charite.d
Dr. Ioanna Mantouvalou, ioanna.mantouvalou@helmholtz-b
Originalpublikation:
VIEW (2026): Quantitative micro-XRF combined with X-ray imaging reveals
correlations between Zn concentration and dentin tubule porosity across
entire teeth
Ioanna Mantouvalou, Leona Johanna Bauer, Vinh-Binh Truong, Yannick
Wagener, Frank Förste, Oleksandra Marushchenko, Stephan Werner, Franco
Lizzi, Frank Wieder, Timo Wolff, Birgit Kanngießer, Paul Zaslansky
DOI: 10.1002/VIW.20250173
