Fluorek jest naturalnie występującym minerałem, który pomaga zapobiegać ubytkom poprzez promowanie mineralizacji i czynienie szkliwa zębów bardziej odpornym na działanie kwasu. Jest on dodawany do wody pitnej na całym świecie – amerykański Departament Zdrowia i Usług Społecznych zaleca poziom 0,7 części na milion – a wszystkie pasty do zębów, które otrzymały znak jakości Amerykańskiego Stowarzyszenia Stomatologicznego, zawierają fluor. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) uznało fluoryzację wody za jedno z 10 wielkich osiągnięć zdrowia publicznego XX wieku ze względu na jej rolę w ograniczaniu próchnicy zębów.
Pomimo że niskie poziomy fluoru pomagają wzmacniać i chronić szkliwo zębów, zbyt duża ilość fluoru może powodować fluorozę zębową — przebarwienie zębów, zwykle z nieprzezroczystymi białymi znakami, liniami lub cętkowanym szkliwem i słabą mineralizacją. Fluoroza zębowa występuje, gdy dzieci od urodzenia do około dziewiątego roku życia są narażone na wysokie stężenie fluoru w krytycznym okresie formowania się zębów i może zwiększać ryzyko wystąpienia próchnicy. Badanie przeprowadzone przez CDC wykazało, że około 25 procent badanej populacji Stanów Zjednoczonych (w wieku od 6 do 49 lat) wykazuje pewien stopień fluorozy zębów.
„Korzyści płynące ze stosowania fluorku dla zdrowia jamy ustnej znacznie przewyższają ryzyko. Jednak biorąc pod uwagę, jak powszechna jest fluoroza zębów i jak słabo poznane są mechanizmy komórkowe odpowiedzialne za tę chorobę, ważne jest, aby zbadać ten problem” – powiedział dr Rodrigo Lacruz, profesor nadzwyczajny nauk podstawowych i biologii czaszkowo-twarzowej w NYU College of Dentistry i główny autor badania.
Aby zbadać molekularne podstawy fluorozy zębów, naukowcy przeanalizowali efekty wystawienia komórek szkliwa zębów na działanie fluorku – na poziomie wyższym od tego, jaki można znaleźć w wodzie pitnej i zgodnym z tym, jaki występuje na obszarach, gdzie ludzie powszechnie chorują na fluorozę. Następnie ocenili wpływ fluorku na sygnalizację wapnia w komórkach, biorąc pod uwagę rolę wapnia w mineralizacji szkliwa zębów.
Badacze odkryli, że wystawienie komórek szkliwa zębów gryzoni na działanie fluorku spowodowało dysregulację wapnia, ze spadkiem ilości wapnia wprowadzanego i przechowywanego w retikulum endoplazmatycznym, przedziale wewnątrz komórek pełniącym wiele funkcji, w tym przechowywanie wapnia. Ponadto, fluorki zaburzały funkcjonowanie mitochondriów (generatorów energii w komórkach), przez co produkcja energii ulegała zmianie. Wreszcie, sekwencjonowanie RNA — które pozwala na badanie genomów komórek — ujawniło, że w komórkach szkliwa wystawionych na działanie fluorku doszło do zwiększonej ekspresji genów kodujących białka odpowiedzi na stres retikulum endoplazmatycznego oraz tych kodujących białka mitochondrialne, które biorą udział w wytwarzaniu energii w komórce.
„To daje nam bardzo obiecujący mechanistyczny pogląd na to, jak powstaje fluoroza” – powiedział Lacruz. „Jeśli twoje komórki muszą wytworzyć szkliwo, które jest silnie zwapnione, a z powodu ekspozycji na zbyt dużą ilość fluorku komórki przechodzą ciągły stres w ich zdolności do obsługi wapnia, będzie to odzwierciedlone w kryształach szkliwa, jak są one tworzone i wpłynie na mineralizację.”
Badacze następnie powtórzyli eksperyment z wykorzystaniem wczesnych komórek nerek pochodzących od ludzi, ale nie zaobserwowali tych samych efektów, gdy komórki nerek były narażone na działanie fluorku — sugerując, że komórki szkliwa różnią się od komórek tworzących tkanki w innych częściach ciała.
„Można by pomyśleć, że jeśli wystawisz komórki szkliwa i komórki nerek na ten sam stresor — traktując je tą samą ilością fluorku przez ten sam okres czasu — to będziesz miał mniej więcej podobne reakcje. Ale tak nie było”, powiedział Lacruz. „W tych samych warunkach komórki szkliwa reagują na stres w zupełnie inny sposób niż komórki nerek. Odkrywamy mechanizm, który podkreśla wyjątkowość komórek szkliwa i wyjaśnia, dlaczego fluoroza jest większym problemem w zębach niż gdziekolwiek indziej w organizmie.”