Fluorid ist ein natürlich vorkommendes Mineral, das hilft, Karies zu verhindern, indem es die Mineralisierung fördert und den Zahnschmelz widerstandsfähiger gegen Säure macht. Es wird dem Trinkwasser auf der ganzen Welt zugesetzt – das U.S. Department of Health and Human Services empfiehlt einen Wert von 0,7 Teilen pro Million – und alle Zahnpasten, die das Gütesiegel der American Dental Association tragen, enthalten Fluorid. Die Centers for Disease Control and Prevention (CDC) bezeichneten die Wasserfluoridierung als eine der zehn größten Errungenschaften des 20. Jahrhunderts im Bereich der öffentlichen Gesundheit, da sie zur Verringerung von Karies beiträgt.
Während niedrige Fluoridkonzentrationen helfen, den Zahnschmelz zu stärken und zu schützen, kann zu viel Fluorid eine Zahnfluorose verursachen – eine Verfärbung der Zähne, meist mit undurchsichtigen weißen Flecken, Linien oder gesprenkeltem Zahnschmelz und schlechter Mineralisierung. Zahnfluorose tritt auf, wenn Kinder zwischen der Geburt und etwa neun Jahren während dieses kritischen Zeitfensters, in dem sich ihre Zähne bilden, hohen Fluoridkonzentrationen ausgesetzt sind, und kann ihr Risiko für Karies tatsächlich erhöhen. Eine Umfrage der CDC ergab, dass etwa 25 Prozent der untersuchten US-Bevölkerung (im Alter von 6 bis 49 Jahren) einen gewissen Grad an Zahnfluorose aufweisen.
„Die Vorteile von Fluorid für die Mundgesundheit überwiegen die Risiken bei weitem. Aber wenn man bedenkt, wie häufig Zahnfluorose ist und wie schlecht die zellulären Mechanismen, die für diese Krankheit verantwortlich sind, verstanden werden, ist es wichtig, dieses Problem zu untersuchen“, sagte Rodrigo Lacruz, PhD, außerordentlicher Professor für Grundlagenforschung und kraniofaziale Biologie am NYU College of Dentistry und Erstautor der Studie.
Um die molekularen Grundlagen der Zahnfluorose zu untersuchen, analysierten die Forscher die Auswirkungen der Exposition von Zahnschmelzzellen mit Fluorid – Werte, die am oberen Ende dessen liegen, was man im Trinkwasser finden würde und die mit dem übereinstimmen, was in Gebieten gefunden wird, in denen Menschen häufig Fluorose haben. Die Forscher fanden heraus, dass die Exposition von Zahnschmelzzellen von Nagetieren gegenüber Fluorid zu einer Dysregulation des Kalziums führte, mit einer Abnahme des Kalziums, das in das endoplasmatische Retikulum eintritt und dort gespeichert wird, ein Kompartiment innerhalb der Zellen mit vielen Funktionen, einschließlich der Speicherung von Kalzium. Darüber hinaus störte Fluorid die Funktion der Mitochondrien (die Energieerzeuger der Zellen), so dass die Energieproduktion verändert wurde. Schließlich zeigte die RNA-Sequenzierung – die das Genom von Zellen abfragt -, dass in Schmelzzellen, die Fluorid ausgesetzt waren, eine erhöhte Expression von Genen zu beobachten war, die für Stressreaktionsproteine des endoplasmatischen Retikulums und für mitochondriale Proteine kodieren, die an der Energieproduktion der Zelle beteiligt sind.
„Dies gibt uns eine sehr vielversprechende mechanistische Sicht darauf, wie Fluorose entsteht“, so Lacruz. „Wenn Ihre Zellen den Zahnschmelz bilden müssen, der stark verkalkt ist, und die Zellen durch die Exposition gegenüber zu viel Fluorid einem anhaltenden Stress in ihrer Fähigkeit, mit Kalzium umzugehen, ausgesetzt sind, wird sich das in den Schmelzkristallen widerspiegeln, wenn sie gebildet werden, und die Mineralisierung beeinflussen.“
Die Forscher wiederholten dann das Experiment mit Nierenzellen im Frühstadium von Menschen, aber sie beobachteten nicht die gleichen Effekte, wenn die Nierenzellen Fluorid ausgesetzt waren – was darauf hindeutet, dass Schmelzzellen anders sind als Zellen, die Gewebe in anderen Teilen des Körpers bilden.
„Man würde denken, dass, wenn man die Schmelzzellen und Nierenzellen dem gleichen Stressor aussetzt – sie mit der gleichen Menge an Fluorid für den gleichen Zeitraum behandelt -, dass man mehr oder weniger ähnliche Reaktionen haben würde. Aber das war nicht der Fall“, so Lacruz. „Unter den gleichen Umständen reagieren Schmelzzellen auf die Bewältigung von Stress auf ganz andere Weise als Nierenzellen. Wir entschlüsseln einen Mechanismus, der die Einzigartigkeit der Schmelzzellen hervorhebt und erklärt, warum Fluorose in den Zähnen ein größeres Problem darstellt als irgendwo sonst im Körper.“