2021 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, 生命機能科学研究センター, 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 | 固体NMR / 電子顕微鏡観測 / XRD解析 / エナメル質 / バイオグラス / フッ化物 / 象牙質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
予定していた、ストロンチウムの歯質再石灰化促成への効果に注目した研究では、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行った。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挙動を、個体NMR分析、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解析を行い、結果を考察中であり、論文発表として準備中である。生体活性セラミックスの生体内での表面構造変化を体外で比較的正確に再現するため、象牙質コラーゲン線維を基質とし、リリースイオンを作用させ、擬似体液中3か月浸漬させた結果、再石灰化誘導作用が再現できたため、SEM/TEM電子顕微鏡観測を行い、国際学会International Association for Dental Research(IADR)に発表する。
コロナ感染拡大防止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、引き続き、メール、ZOOMなどの遠隔システムにて、結果の考察、情報交換を行い、共同論文作成も遂行した。S-PRG徐放イオンの一つであるホウ酸イオンについて、固体11B MAS分析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ため、ホウ酸イオンの、3 配位と4 配位にも言及し、国際雑誌に発表した。さらに高濃度フッ化物の象牙質、エナメル質への取り込み挙動について、固体11B MAS分析をおこない、共同論文として、国際雑誌に投稿済である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ感染拡大防止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点が、現在までの進捗状況がやや遅れている要因である。しかしながら、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、8種類の生体活性ガラスの提供を受けた。High Phosphate Fluorine Containing Glass、Low Sodium Fluorine Containing Bioactive glass、45S5 with CaO replaced by SrO、Multicomponent mixed Ca/Sr Bioglassである。これらは、生体親和性の高い、再石灰化誘導機能のある素材で、用途としては、Toothpastes、Varnishes、Dental composites、Bone Graftが考えられる。各材料の予備実験として、各種イオンリリースを、ICP発光分光、フッ化物イオン電極にて測定し、これら生体活性ガラスの再石灰化誘導を、31P 及び19F MAS-NMR分析、さらにSEM/TEM電子顕微鏡観測で測定を行っている。さらに、骨芽細胞（MC3T3E1, osteoblast precursor cell ）、軟骨細胞（ATDC5, the mouse pre-chondrogenic cell line）、歯髄幹細胞（hDPSCs, human dental pulp stem cells）用いて、細胞への影響を評価すべく、特にSrイオンに注目した実験系をスタートした。歯髄幹細胞培養では、歯髄幹細胞を３次元で培養し象牙芽細胞へと分化させる手法で、各バイオグラスの効果を評価するよう準備を進めた。細胞培養の多くは平面的な培養にとどまるが、生体内の全ての組織は３次元的であり、象牙質の再生を目指すためには、最適な方法と考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本課題では、フッ素の効果関連の分析解析技術として、19F- NMR分析は、原子レベルでの、化学理的性状分析を行う上で必要である。これまで、固体NMRによる解析は、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共同研究者に、技術的サポートを得ているが、2022年度より、組織再編成で19F- NMR分析の機器が使用できないとの連絡を受けており、外部施設（早稲田大学物性計測センターラボ）を検討中である。スピン速度は遅いものの、大きめのrooterに試料を入れるタイプを交渉中である。理化学研究所NMR研究開発部では、これまで同様、31P- NMR分析は可能とのことで、ミネラルの性状分析が続行可能と考える。
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からバイオグラスで、フッ素、カルシウムをリリースする材料を中心に、象牙質コラーゲン線維の石灰化誘導効果を評価する為に、前年度同様、生体内で石灰化の再現性試験を行う。象牙質コラーゲン線維を基質とし、リリースイオンを作用させ、擬似体液中3か月浸漬させ、SEM/TEM電子顕微鏡観測、EDXによる元素分析、フーリエ変換赤外線分光法で評価を加える。
また、ストロンチウムイオンリリースする生体活性ガラスを対象に、歯髄幹細胞３次元培養し、象牙芽細胞へと分化を評価する予定である。３次元培養を行うための足場材料として、コラーゲン酸性溶液（I-AC30, KOKEN, Tokyo）を購入し、コラーゲンゲルを作成する。バイオガラス1.5gを1Lのα-MEMに浸漬し、４時間後にフィルトレーションしたBG抽出培地を作製し、試薬とする。バイオガラスが歯髄幹細胞から象牙芽細胞への分化に与える影響を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
コロナ感染拡大防止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点が、前年度までの使用額の主な繰越原因である。また、課題のテーマである19FNMR分析可能な機器が、国内共同研究者施設で、使用不可となり、新たに、有償利用できる施設を模索しており、次年度使用額が生じた。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、8種類の生体活性ガラスの提供を受け、遠隔での打ち合わせは実施中で、コロナ感染防止対策の渡航制限の時期に合わせ、渡航予定である。提供を受けた、High Phosphate Fluorine Containing Glass、Low Sodium Fluorine Containing Bioactive glass、45S5 with CaO replaced by SrO、Multicomponent mixed Ca/Sr Bioglassに関し、細胞親和性試験なども加え、歯質再石灰化への効果、固体NMR測定予定である。19F- NMR分析は、原子レベルでの、化学理的性状分析を行う上で必要であるため、外部施設（早稲田大学物性計測センターラボ）を検討中である。
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