2020 Fiscal Year Research-status Report
Solid-state NMR investigation on the mineral structure in de- and remineralized dentin. Solid-state NMR investigation to provide evidence of fluoride-effect for caries prevention
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20K09972
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
平石 典子 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (20567747)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フッ化物 / 固体核磁気共鳴装置 / 歯質ミネラル / う蝕予防 / フルオロアパタイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フッ化物効果解析のために予備実験では、牛歯由来の生体アパタイトを試料として使用したが、ヒト抜去歯を対象にするため、まずは固体NMRにて、ヒトと牛歯の結晶性の差異の確認を必要とした。1D 1H,31P CP/MAS, and 2D 31P-1H HETCOR NMR 分析を行い、エナメル質、象牙質ともに、ミネラル（ハイドロキシアパタイト）の、組成的評価を行った。結果、NMR スペクトルでは、アパタイト試料の、高結晶性コアと、低結晶性表層の分布など、ヒトと牛で比較した場合、顕著な違いが見られなかった。一方、エナメル質と象牙質では、高結晶性コアと、低結晶性表層の分布に大きな違いが現れ、エナメル質では高結晶ミネラルであるが、象牙質は、リン酸水素カルシウム類CaHPO4・2H20と考えられる非ハイドロキシアパタイトを含む、低結晶性のミネラルであることが分かった。そこに900ppmのフッ化ナトリウム溶液を3時間作用させ、フッ化物の取り込みを19F- NMR法分析を行った。19F- NMR法はフルオロアパタイトとフッ化カルシウム塩の同定が可能であるが、エナメル質の場合、フッ化物は検知出来なかったが、象牙質では、強度ではないが19F 核のシグナルが確認され、フルオロアパタイトとフッ化カルシウム塩が同定できた。人工的う蝕を想定し、50mM酢酸（pH 5）脱灰象牙質も対象にフッ化ナトリウム溶液を3時間作用させた。フッ化物生成物の同定では、非脱灰象牙質より、やや顕著なフルオロアパタイトが生成されていた。フッ化物処理により、フルオロアパタイトが即時に生成できると考えられるが、NMRのシグナル的には、微小であるため、その量的な効果はさらなる検討が必要である。らなる検討が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本課題では、フッ素の効果関連の分析解析技術として、高度な分子、原子レベルでの、化学理的性状分析が必要であると考える。近年固体NMRによる解析は大変有効であり、貴重な新規性の高い結果が得られるため、理化学研究所NMR研究開発部門（NMR応用利用グループNMR先端応用外部共用チームの技術的サポートにより、測定および分析方法を確立しつつある。理化学研究所NMR研究開発部門入構について
新型コロナウイルス感染症拡大防止のため、研究所への入構は制限されており、打ち合わせ等はメールのみ活用している状態である。試料作製し、可能な限り先方に送付し、分析を実施しているものの、時間の調整がやや困難で、進捗状況の遅れとなっている。得られたNMR結果を、専門NMRソフトウエアによりデーター処理を行い、必要に応じ、再実験を計画中である。
フッ化物については、まずは、最大フッ化物濃度の、リン酸酸性フッ化ナトリウムに注目し、エナメル質にでもフルオロアパタイトが形成されるとの研究報告がある為、19F- NMR法分析で検証実験を行った。臨床で使用するAPF溶液は、2%NaF溶液を正リン酸で酸性にしたもので、pH3.5程度である。酸性のため、NaF溶液よりも効果的に作用する点に注視した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度は、固体NMRにて、ヒトと牛歯のエナメル質、象牙質について、結晶性の差異の確認を実施した。これに加え、今年度はXRD（X線回折装置）による、リートベルト解析を行い、結晶構造のさらなる解明を試みる。速報ベースでは、すべての試料において、六方晶のHydroxyapatiteでアサインされており、リートベルト解析はこの結晶構造をベースにして実施予定である。ヒト由来小児の幼弱エナメル質、成人～高齢者の成熟エナメル質及び歯根象牙質粉砕試料を、基質アパタイト試料とし、固体NMR分析試料とするには、小児の幼弱エナメル質の採取が困難であるため、NMR以外の分析方法を考案中である。候補としては、ラマン分光分析があり、アパタイト結晶の分子レベル結晶構造と共に、コラーゲンなど有機質マトリックスの性状分析も可能である。当分析方法は、非破壊で表層分析が可能であり、小児の幼弱エナメル質には、有効であると考える。
各種フッ化物に関しては、それら歯質への反応性の違いを評価するために、生成物による19F- NMR法分析で検証実験を行う。フッ化ナトリウム（NaF）、フッ化カリウム(KF）フッ化スズ（SnF2）、モノフルオロリン酸ナトリウム（MFP）、リン酸酸性フッ化ナトリウム溶液（APF）、フッ化ジアンミン銀(SDF)を対象にするが、臨床的に各種濃度が異なる為（100～40000ppm）、比較実験では同一濃度、また同一反応時間に調整予定である。ｐHはAPFが酸性pH3,5、またSDFはアルカリ性であり、これらpHの大きな違いは反応性に影響をあると考えられ、興味深い結果が期待できる。反応性はエナメル質より象牙質が顕著に高いため、後者を使用予定であるが、NMR装置測定の機会が得られればエナメルも対象に検討したい。
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| Causes of Carryover |
本課題では、フッ素の効果関連の分析解析技術として、高度な分子、原子レベルでの、化学理的性状分析が必要であると考える。固体NMRによる解析は、大型器機を使用し、専門的測定解析技能が必要であり、理化学研究所NMR研究開発部門（NMR応用利用グループNMR先端応用外部共用チームの技術的サポートを得ている。本課題責任者と理化学研究所NMR研究開発部門担当者との、共同研究は承諾されているものの、理化学研究所NMR研究開発部門入構について、新型コロナウイルス感染症拡大防止のため、研究所への入構は制限されており、分析試料作製に必要な器具の購入が遅れており、次年度使用額が生じた理由である。今年度は、測定の機会が正常に戻るとの期待もあり、予算使用を遂行したい。また、コロナ渦が収束すれば、国際学会参加を実行し、実験成果発表の機会を得たい。
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Research Products
(1 results)
