2020 Fiscal Year Research-status Report
Solid-state NMR analysis for restorative effect of fluoride-containing bioactive glass on demineralized lesion in tooth
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20KK0209
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 文晶 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 上級研究員 (00450411)
高篠 奈美 東京医科歯科大学, 歯学部附属病院, 医員 (40803193)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Keywords | フッ化物 / 生体活性ガラス / エナメル質 / 象牙質 / 固体核磁気共鳴法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
英国ロンドン大学歯学部歯科材料学Robert Hill教授らの研究チームに、生体活性ガラスの情報提供を頂いた。 コロナ渦の海外渡航制限の為、実際に英国へ赴き、予備実験実施には至っていないが、メール、ZOOMなどの遠隔システムにて、情報交換を行っている。Hill教授は、骨補填剤として開発された生体活性に富んだバイオガラスを改良し、フッ化物処理過程を経てBioMinF; を開発したが、さらにイオン徐放性が向上した改良型を模索している。ストロンチウムの歯質再石灰化促成への効果に注目することで、意見が一致し、ストロンチウム徐放性のフルオロボロアルミノシリケートガラス系ベースのS-PRG (surface pre-reacted glass ionomer)フィラーについて実験を、国内で行った。S-PRGフィラーから抽出されるSrイオン, Fイオンは、Caイオン、リン酸イオンと反応し、アパタイト結晶に取り入れられると考えられるが、個体NMR分析にて検証した。これに加え、XRD解析を行い、粉末回折パターンから結晶構造を推定するRietveld解析を行うプログラムを駆使したところ、Srイオンについて、CaサイトにSrが固溶するとの興味深い見解が得られた。現在、Rietveld解析をさらに駆使し、Srの固溶状態を多角的に解析中である。
また、S-PRG徐放イオンの一つであるホウ酸イオンは、緩衝、抗菌作用についてその効果の報告がある。ホウ酸イオンは、3 配位と4 配位のホウ素が混在する特徴があるが、ミネラルに吸収、沈着するとの報告はあるものの、そのエビデンスは不確定のままである。今回、ホウ酸イオンにも注目し、歯質アパタイトへの取り込みを、固体NMRにより分析を行った。固体11B MAS法により解析を行った結果、歯質エナメル質、象牙質に、反応的に取り込まれていることが判明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
採択課題では、海外の研究機関等での研究が大きなウエートと占めているが、国内さらに英国での新型コロナ ウイルス感染拡大の影響で、渡航が出来なかった。期間中であれば特に年度を問わず研究計画を変更することが可能であるため、海外の研究機関での実験は、次年度以降に予定せざるを得ないと考える。本課題では、リン酸カルシウムフ、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ため、分担者所属の理化学研究所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が、理化学研究所NMR研究開発部門入構についても、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。測定スケジュールが平常に戻れば、固体NMRにおける高速MAS試料に必要なジルコニアローターの購入などを進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
Hill教授は、骨補填剤として開発された生体活性に富んだBioglass 45S5（組成は24.5Na2O-24.5CaO-45SiO2-6P2O5質量比）を改良し、フッ化物処理過程を経てBioMinF を開発した。BioMinFは安定したフッ素徐放性を有し、再石灰化に必要な、カルシウム、リン酸塩イオンがリリースする生体活性の高い材料である。本年度は、生体類似環境で、ガラス粒子表面に天然HApと同等のミネラルマトリクス形成の確認を実施する。過去に固体NMR解析の実験は、Structure of fluoride-containing bioactive glassesの課題名で海外共同研究者のチームが行っているが、彼らの実験がガラス粒子内面の解析を行ったものであり、ガラスの反応性を評価する為に、ガラス表層におけるミネラルマトリクス形成の確認は未実行であり、大変興味深いものである。生体活性ガラスを、リン酸（水素）イオン・カルシウムイオンを含む疑似体液に浸漬させ、ガラスから溶出す各種イオンの効果による、ガラス表面の歯質類似アパタイトの沈積層を固体NMR解析する。表面ミネラルマトリクスの成長と、生体アパタイトの融合化の確認は、2次カリエスモデルで反応させる。2次カリエスモデルは、酸性pH4.と中性( pH7.4)のpHサイクルを7日間から28日繰り返す手法で、ガラス表面のミネラルマトリクス層形成と、生体歯質アパタイト表層と化学結合性融合化に着目し検討する。ｐHサイクルの条件再確認の為、代表者が2週間海外施へ出向き、予備実験を行う予定だったが、遠隔トールで可能か検討する。ミネラルの成長は、国内のNMR施設で観測核31Pにて、代表者とNMR測定の専門家である国内共同研究者と実施予定である。
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| Causes of Carryover |
採択課題では、海外の研究機関等での研究が大きなウエートと占めているが、国内さらに英国での新型コロナ ウイルス感染拡大の影響で、渡航が出来なかった。本年度、コロナ感染予防規制が緩和されれば、渡航許可が得られるのではと期待する。また、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、固体NMRにおける高速MAS試料に必要なジルコニアローター、の購入などを進める予定である。。コロナ渦が収束すれば、国際学会参加を実行し、成果発表の機会を得たい。
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Research Products
(2 results)
