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2021 年度 実施状況報告書

HAp結合性ペプチドアプタマーを用いたエナメルクラックのバイオミネラリゼーション

研究課題

研究課題/領域番号 21K09960
研究機関東京歯科大学

研究代表者

半場 秀典  東京歯科大学, 歯学部, 講師 (90634006)

研究分担者 中村 圭喜  東京歯科大学, 歯学部, 助教 (80804111)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードバイオミネラリゼーション / エナメルクラック / 再石灰化
研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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。

今後の研究の推進方策

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。

次年度使用額が生じた理由

解析に使用するマイクロCT装置および超微小硬さ試験機に関する消耗品費用を次年度に計上したため。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Effect of fluoride-releasing 4-META/MMA-TBB resin on enamel demineralization around orthodontic brackets: An <i>in vitro</i> μCT analysis2021

    • 著者名/発表者名
      KOIKE Sarina、HAMBA Hidenori、TAGAMI Junji、ONO Takashi
    • 雑誌名

      Dental Materials Journal

      巻: 40 ページ: 1243~1249

    • DOI

      10.4012/dmj.2020-320

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Micro-CT assessment of the effect of silver diammine fluoride on inhibition of root dentin demineralization2021

    • 著者名/発表者名
      SHIMIZU Miyuki、MATSUI Naoko、SAYED Mahmoud、HAMBA Hidenori、OBAYASHI Sho、TAKAHASHI Motoi、TSUDA Yuka、TAKAGAKI Tomohiro、NIKAIDO Toru、TAGAMI Junji
    • 雑誌名

      Dental Materials Journal

      巻: 40 ページ: 1041~1048

    • DOI

      10.4012/dmj.2020-290

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] <i>In vitro</i> remineralization of enamel with a solution containing casein and fluoride2021

    • 著者名/発表者名
      NAKAMURA Keiki、HAMBA Hidenori、MIYAYOSHI Yoshihito、ISHIZUKA Hisako、MURAMATSU Takashi
    • 雑誌名

      Dental Materials Journal

      巻: 40 ページ: 1109~1114

    • DOI

      10.4012/dmj.2020-383

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] エナメル質特異的結合性ペプチドのエナメル質表層下脱灰の再石灰化効果2021

    • 著者名/発表者名
      宮吉 美仁, 半場 秀典, 石塚 久子, 中村 圭喜, 村松 敬
    • 学会等名
      東京歯科大学学会
  • [学会発表] エナメル質特異的結合性ペプチドによる初期エナメル質齲蝕の再石灰化効果2021

    • 著者名/発表者名
      宮吉 美仁, 半場 秀典, 石塚 久子, 中村 圭喜, 村松 敬
    • 学会等名
      日本歯科保存学会学術大会
  • [学会発表] 円柱窩洞におけるユニバーサルボンディング材のX線不透過性 マイクロCTによる評価2021

    • 著者名/発表者名
      半場 秀典, 中野 岳志, 宮吉 美仁, 石塚 久子, 明橋 冴, 中村 圭喜, 村松 敬
    • 学会等名
      日本歯科保存学会学術大会

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公開日: 2022-12-28  

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