[過去ﾛｸﾞ] ☆歯科再生医療どこまで進んでいるの？18 (1002ﾚｽ)
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88: 2022/12/27(火)21:14 ID:8oOH7lZc(1/16) AAS
概要 天然エナメルの独特の構造は、その絶妙な外観と優れた内外破壊強化特性をもたらします。ただし、エナメル質の損傷は元に戻せません。現在、エナメル質病変の臨床治療は侵襲的な方法です。さらに、修復材料と歯の硬組織との間の化学的および物理的な違いによって引き起こされるその制限は、修復効果を理想からかけ離れたものにします。エナメル質形成のメカニズムに関するより多くの調査により、エナメル質再生のためのバイオミメティックミネラル化技術が十分に開発されており、エナメル質修復のための非侵襲的戦略として大きな期待が寄せられています。このレビューは、エナメル質形成の化学的および物理的メカニズムを明らかにしました。その間、エナメル再生における課題を解決するための新しい展望をもたらす可能性のある無細胞バイオミネラリゼーションアプローチにおけるエナメル微細構造の再生に関する研究を概説し、要約しました。
89: 2022/12/27(火)21:23 ID:8oOH7lZc(2/16) AAS
序章 歯の硬組織は、エナメル質、象牙質、セメント質で構成されています。歯の硬組織の大部分は象牙質であり、歯の中心部にある歯の軟部組織 (歯髄) を覆っています。エナメル質はクラウン領域の象牙質を覆う外側の層であり、セメント質は根元領域の象牙質を覆う外側の層です[1]。組成的には、象牙質 (無機物 72%、有機物 20%、水 8%) とセメント質 (無機物 45 〜 50%、有機物 50 〜 55%、水) が水和組織です [2,3]。エナメル質は人体で最も硬く、最も高度にミネラル化された硬組織であり、約 96% の置換ヒドロキシアパタイト (HA) と 4% の水と有機物で構成されています [4]。口腔環境に直接さらされるため、エナメル質は傷つきやすくなります。細菌、酸性の食品や飲料によって生成される酸性環境は、子供の乳歯 5 本のうち 4 本、成人の永久歯の半分以上に歯の問題を引き起こします [5]。
90: 2022/12/27(火)21:24 ID:8oOH7lZc(3/16) AAS
エナメル質は無細胞組織に分類されます。自己吸収や改造はできません。したがって、損傷は元に戻せません [6]。通常、歯科医院では人工材料によって歯の組織欠損を修復します。これらの従来のアプローチは、歯科用修復材料と歯組織の間の化学組成と物理的特性の違いを考えると、理想的ではありません。この不適合性は、境界面で潜在的な浸出（わずかな微小漏出）を引き起こし、二次齲蝕や象牙質過敏症など、歯科修復後に多数の合併症を引き起こします。
91: 2022/12/27(火)21:28 ID:8oOH7lZc(4/16) AAS
歯の表面組織の再石灰化は、広く使用されている非侵襲的な治療技術です。カゼイン ホスホペプチド-アモルファスリン酸カルシウム (CPP-ACP) などのカルシウムとリン酸塩の過飽和溶液、またはフッ化物ワニス/ゲルは、臨床歯科における再石灰化の一般的な薬剤です [7,8]。これらの薬剤はエナメル質の再石灰化を促進し、虫歯を防ぎます。残念ながら、それらはエナメル質の微細構造に統合されず、歯のエナメル質を完全に修復することはできません.そのため、現在の形では、再石灰化方法は、臨床的要求を満たすためにいくつかの改善が必要です。したがって、臨床歯科における再石灰化方法を改善するための新しいソリューションは、さらなる調査を保証します。
92: 2022/12/27(火)21:29 ID:8oOH7lZc(5/16) AAS
エナメル質の優れた生体力学的特性は、複数のレベルで階層的に組織化された構造に起因します (図 1)。この階層構造は、密集したプリズムの繰り返し単位で構成されています (図 1B,C)。各プリズムは直径 4 〜 8 μm で、互いに平行に束ねられた HA 結晶で構成されています。各結晶の断面は 25 〜 100 nm で、c 軸に沿って 100 nm 〜 100 μm またはそれ以上の長さは未定です (図 1C) [9]。研究によると、エナメル様構造を持つ人工材料は、ランダムに配向された構造を持つ人工材料よりも生体適合性が優れていることが示されています [10,11]。したがって、エナメル質のユニークな歯のプリズム構造を再現することは、歯の病変を治療するための効果的な再石灰化方法を開発する上で重要です。
93: 2022/12/27(火)21:31 ID:8oOH7lZc(6/16) AAS
.酸エッチングされたエナメル質の走査型電子顕微鏡 (SEM) 顕微鏡写真は、高度に秩序化されたナノ HA 微結晶がエナメル プリズム (A 〜 C) に組み立てられていることを示しています。 (A) エナメル プリズム。 (B) (A)の拡大グラフ。 (C) プリズムに組み立てる平行配向結晶。 (D) エナメル結晶の高解像度透過型電子顕微鏡写真 (HRTEM) (d 間隔 = 0.093 nm)。 過去数十年間、研究者は従来の合成アプローチを使用してエナメル様構造の再生を試みてきました [9,12]。これらの方法は、高温、高圧、極端な酸性 pH などの特殊な条件を利用していました。そのような研究のいくつかの例には、過酸化水素を含むリン酸カルシウムペースト [12]、Ca-EDTA からのカルシウムの制御放出による水熱法 [9]、ゼラチンの存在下でのリン酸八カルシウム (OCP) ロッドのヒドロキシアパタイトナノロッドへの熱水変換が含まれます。 [13,14] および 85 °C での電着 [15,16]。残念ながら、これらの方法はすべて、大規模には非現実的であると考えられており、クリニックの設定に変換することはできません.
94: 2022/12/27(火)21:32 ID:8oOH7lZc(7/16) AAS
学際的な研究により、エナメル様構造を生成するための新しいフレームワークが提供されました。天然生物で発生するバイオミネラリゼーション プロセスに着想を得て、材料化学の分野の科学者は、自然からのアイデアを採用して、望ましい構造を持つ生体材料を合成してきました [17]。生物におけるバイオミネラリゼーションには、有機マトリックス (主にタンパク質で構成される) によって正確に制御される複雑な無機沈殿プロセスが含まれます。バイオミネラリゼーション プロセスでは、バイオミネラリゼーションを制御するためのテンプレートとして有機マトリックスが使用されます。これらのマトリックスは、無機結晶構造の核生成と成長を仲介し、さまざまな形態、サイズ、方向、およびアセンブリをもたらします。 ネイティブ生物におけるこれらのメカニズムの理解に基づいて、バイオミメティックミネラル化戦略は現在、医療工学への応用のために調査中です。特に、生理学的条件下で層を修復する生体模倣合成 [18,19]。
95: 2022/12/27(火)21:34 ID:8oOH7lZc(8/16) AAS
階層的に組織化された構造を形成する際のエナメル形成の分子的、物理的、化学的メカニズムに関する洞察は、エナメル再生の戦略に不可欠です。ここでは、無細胞アプローチを使用して、比較的穏やかな条件下で、有機マトリックス テンプレートを利用して、in vitro でのエナメル微細構造の再生を含む最近の研究を概説します。まず、物理学と化学の観点から、エナメル質形成の一般的な分子メカニズムが解明されます。次に、エナメル質微細構造の発達再生に関するバイオミメティックな方法が提示されます。最後に、エナメル質再生のための将来の生体模倣ミネラル化戦略を評価するための見通しを提供します。
96: 2022/12/27(火)21:36 ID:8oOH7lZc(9/16) AAS
.エナメルから学ぶ 2.1.エナメル質の構造とその機械的性質 エナメル質の高度に配向された微細構造は、象牙質とエナメル質の接合部から歯の表面に向かって垂直に走るプリズムまたはロッドに配置された結晶で構成されています。この構成は、機械的特性の異方性につながります。したがって、エナメル質は人体で最も硬い組織を表しています。エナメル質の異なる機械的特性は、さまざまなアプローチを使用して特徴付けられています [34]。測定されたエナメル質のヤング率は、結晶ロッド軸に対して平行に 85 〜 90 GPa、垂直に 70 〜 77 GPa の範囲です。平均硬度は、エナメル棒に平行で 4.79 GPa、垂直で 3.8 GPa です。靭性は約 0.7 ± 0.02 MPa*m1/2 [35]。
97: 2022/12/27(火)21:37 ID:8oOH7lZc(10/16) AAS
.エナメル質形成のプロセス エナメル質形成は象牙質 - エナメル質接合部 (DEI) で始まり、次の段階を経ます: 有機マトリックスの分泌、結晶核形成、結晶伸長、およびエナメルタンパク質の除去。分泌段階では、エナメル芽細胞は背の高い分泌細胞に分化し、エナメル マトリックスを分泌するためにトメス プロセスと呼ばれる細胞の延長に沿って追跡します。細胞外マトリックスには、エナメルマトリックスタンパク質とプロテイナーゼが含まれています [4]。 2.2.1.エナメルタンパク質マトリックスの機能的役割 エナメルマトリックスタンパク質は、アメロゲニンタンパク質と親水性の非アメロゲニンタンパク質（アメロブラスチン、エナメリン、タフテリンなど）に分けられます[6]。
98: 2022/12/27(火)21:39 ID:8oOH7lZc(11/16) AAS
アメロゲニンタンパク質の機能 アメロゲニンはエナメル質タンパク質の主要構成成分であり、発達中のエナメル質内の有機マトリックスの約 90% を占めています。アメロゲニンはエナメル芽細胞によって分泌され、プロテイナーゼによって切断されます [36]。その両親媒性特性により、アメロゲニンは自己組織化して超分子足場になり、エナメル結晶化の成長を誘導および制御します。アメロゲニンの分子構造は、疎水性のチロシンに富む N 末端ドメイン (TRAP)、疎水性に集中したプロリンに富む領域、および荷電した C 末端の親水性テロペプチド (C テロペプチド) で構成されます [36]。
99: 2022/12/27(火)21:41 ID:8oOH7lZc(12/16) AAS
TRAP と C テロペプチドは、エナメル質の階層構造形成を調節する必須ドメインです [37]。 TRAP ドメインは主に、タンパク質間相互作用を介してアメロゲニンのコンフォメーション変換と自己組織化を仲介します [36]。 Cテロペプチドはアパタイト表面に結合し、結晶の成長と形態に寄与します。 C テロペプチドは、断面 (001) 面よりも鉱物 (100) に対して高い結合親和性を持ち、c 軸に沿って伸びたエナメル結晶の形成をもたらします [37]。
100: 2022/12/27(火)21:43 ID:8oOH7lZc(13/16) AAS
アメロゲニンは、ランダム コイル構造 (β ターンおよび PPII ヘリックス) の豊富な画分と、微量の規則的な二次構造 (β シートおよび α ヘリックス) を含む本質的に無秩序なタンパク質です [38]。タンパク質の分泌と対応する pH の変化の後、無秩序なアメロゲニンタンパク質は折り畳まれた状態に移行し、β シート構造とランダムコイルの比率が高くなります。 pH 3.5 では、正に帯電したアメロゲニン分子が静電力によって単量体構造に集合します。 pH が上昇すると、アメロゲニンのヒスチジン残基が脱プロトン化します。 pH 5.5 では、N 末端のタンパク質間相互作用により、アメロゲニン モノマーが凝集し、正電荷を帯びたオリゴマー (8 つのモノマー) が形成されます。 pH 8 では、ヒスチジン残留物が脱プロトン化され、静電力が停止し、疎水力が優勢になります。力の遷移により、アメロゲニン オリゴマーが結合し、直径 15 〜 20 nm の範囲のナノスフェアに集まります [39
101: 2022/12/27(火)21:44 ID:8oOH7lZc(14/16) AAS
アメロゲニンは、エナメル質の結晶成長を調節し、エナメル質の厚さを制御し、細長い結晶形成を誘導する超分子テンプレートです [38,40,41]。ただし、エナメル形成中のアメロゲニン-ミネラル相互作用の根底にあるメカニズムは未解決のままです。アメロゲニン媒介結晶化の古典的および非古典的理論が提案されています。 古典的な理論では、アメロゲニン ナノスフェアは、アメロゲニンを介した結晶化における主要な機能単位として機能します。アメロゲニン ナノスフェアは、一時的なミネラル表面 (結合親和性: (010) 面 > (001) 面 > (100) 面) に結合して、沈着を阻害し、一時的なミネラルを高度に組織化されたプリズムに変換します [42]。
102: 2022/12/27(火)21:46 ID:8oOH7lZc(15/16) AAS
アメロゲネスの成熟段階では、弱酸性環境とアパタイトの正電荷表面がヒスチジンのプロトン化とアメロゲニン ナノスフェアの解離を促進し、アメロゲニン ナノスフェアが集合してオリゴマー構造を形成します [40]。非古典的な理論は、アメロゲニン オリゴマーがエナメル形成中の結晶調節において支配的な役割を果たすことを理論化しています。アメロゲニンオリゴマーは、疎水性のコアとその表面を囲む親水性のC末端テールで構成されています。帯電した C テロペプチドとミネラル前核形成クラスターの特定の表面との間の静電相互作用は、アメロゲニン オリゴマーによる一時的なミネラル相の包囲を誘導し、Amel-Cap ナノクラスターの形成をもたらします。 Amel-Cap ナノクラスターでは、ミネラル前核形成クラスターは、二重バレル構造のアメロゲニン オリゴマー内で安定化されます。これらのナノクラスターは凝集し、並列配列の直鎖に自己集合して、プリズムのような構造の形成を支配します (図 2) [43]。
103: 2022/12/27(火)21:49 ID:8oOH7lZc(16/16) AAS
外部ﾘﾝｸ:www.mdpi.com
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香港大学 エナメル質の再生の研究
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