Biomineralization of enamel cracks with HAp-binding peptide aptamers
| Project/Area Number |
21K09960
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Dental College |
|---|
Principal Investigator |
半場 秀典 東京歯科大学, 歯学部, 講師 (90634006)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 圭喜 東京歯科大学, 歯学部, 助教 (80804111)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
|
| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
|
|---|
| Keywords | バイオミネラリゼーション / エナメルクラック / 再石灰化 / クラック / ペプチド / ハイドロキシアパタイト |
|---|
| Outline of Research at the Start |
歯は過大な咬合力による疲労を受け続けると、疲労破壊として咬耗や歯冠表面に微小クラックが発生する。以前の研究では、過大な咬合力による歯頸部欠損に着目し、周囲のクラックがミネラル低下に関与することをMicro-CT解析にて解明したが、クラックの修復機構および修復したクラックの耐久性は未だ解明されていない。
そこで本研究では、作製したエナメルクラックにペプチドアプタマーであるHAp結合性ペプチドを応用して、生体の修復能であるバイオミネラリゼーションによるHApの結晶構造の正しい回復を促し、修復クラックの解析を行う。本研究はバイオミネラリゼーションによるクラック修復の基盤を構築することを目的とする。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
歯は過大な咬合力による疲労を受け続けると、疲労破壊として咬耗や歯冠表面に微小クラックが発生する。以前の研究で、過大な咬合力による歯頸部欠損に着目し、周囲のクラックがミネラル低下に関与することをMicro-CT解析にて解明したが、クラックの修復機構および修復したクラックの耐久性は未だ解明されていない。生物はしばしばカルシウムなどの金属イオンを生体材料として用いるバイオミネラリゼーションを行っている。リン酸カルシウムで構成されるハイドロキシアパタイト(HAp)を含む歯や骨、炭酸カルシウムの貝殻などは代表例である。バイオミネラリゼーションでは、ペプチドの働きによって微小なミネラル結晶が形成され、複雑な微細構造が組み立てられる。このバイオミネラリゼーションを模倣することで、生体組織でペプチドがどのようにバイオミネラルを形成するかについてはまだ不明な点が多い。そこで本研究では、作製したエナメルクラックにファージディスプレイ法により特定されたペプチドアプタマーであるHAp結合性ペプチドを応用して、生体の修復能であるバイオミネラリゼーションによるHApの結晶構造の正しい回復を促し、修復クラックの解析を行う。今回使用したペプチドはHApおよびエナメル質との結合性を有することを確認し、さらにエナメル質表層下脱灰の再石灰化効果を有することが明らかになった。今後は再石灰化した成分の機械的回復や結晶解析を行う予定である。本研究はバイオミネラリゼーションによるクラック修復の基盤を構築することを目的とし、歯表面に起因するエナメル質欠陥の初期対応への寄与に貢献する。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
エナメル質結合性ペプチド(EBP)に着目し、合成ペプチドを使用した。まず予備実験として、EBPとHApの結合性を確認するためにHApペレット表面にFITC標識を行ったペプチドEBP-1(WGNYAYK)、EBP-6(GQAGERK)、EBP-32(NNHYLPR)を塗布し、水洗乾燥後に共焦点レーザー顕微鏡にて確認した結果、未塗布群では蛍光が観察されなかったが、すべてのペプチド群でHApペレット表面に蛍光が観察された。次にEBPとエナメル質の結合性を確認するために、ウシ下顎切歯歯冠部からエナメル質試料を作製し、濃度0.4mM のEBP-1, EBP-6, EBP-32をエナメル質試料表面に応用し、共焦点レーザー顕微鏡で表面の観察を行った。次の段階としてエナメル質表層下脱灰の再石灰化効果について検討するために、エナメル質試料に表層下脱灰を作製した。蒸留水(DW)群、EBP-1群、EBP-6群、EBP-32群とし、各EBPの濃度を0.4mM, 7.0mMに設定した。各群を反応させた後、水洗乾燥し、再石灰化液に7日間浸漬した。脱灰後および再石灰化後にマイクロCTで撮影し、再石灰化率を求めた。また、走査型電子顕微鏡(SEM)で試料表面及び縦断面の微細構造を観察した。蛍光標識観察の結果、EBP-1、EBP-6、EBP-32はDWと比べて蛍光強度の増加が確認された。マイクロCT像の結果、すべての群で再石灰化後のエナメル質表層下脱灰内部の不透過性の上昇が観察された。再石灰化率は0.4mMではDWと比較してEHP-1が有意に高かった(p＜0.05)。7.0mMではいずれの群もDWと比較して有意に高かった(p＜0.05)。また、EBP-1は0.4mM，7.0mM間で有意差は認められなかった。SEM観察では7.0mM EBP各群で処理面に堆積物様の構造物が認められた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今回使用したEBP-1、EBP-6、EBP-32はいずれもHApおよびエナメル質表面との結合性を示した。さらにEBP-1がエナメル質との蛍光強度が高かったことやエナメル質表層下脱灰の再石灰化効果が高いことが判明したことから、エナメル質結合性ペプチドEBP-1を中心に再石灰化によるミネラルの回復および硬さ試験による機械的な回復の評価を行っていく予定である。さらに再石灰化部分の結晶解析を行い、結晶構造の詳細な検討を行う。これまでの脱灰部の再石灰化効果をふまえて、エナメル質表面に生じるクラック発生のメカニズムを検討しながら、マイクロクラック試料作製および3次元的解析を行い、咬合力を想定した負荷荷重によるクラック発生パターンの検討およびHAp結合性ペプチドを用いたバイオミネラリゼーションによる修復の基盤を構築する。
|
Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
