ヒトの虫歯のナノスケール経路-中央平面欠陥、有機物に富む沈殿物、高角粒界

Nanoscale pathways for human tooth decay - Central planar defect, organic-rich precipitate and high-angle grain boundary.

• Fan Yun
• Michael V Swain
• Hansheng Chen
• Julie Cairney
• Jiangtao Qu
• Gang Sha
• Hongwei Liu
• Simon P Ringer
• Yu Han
• Lingmei Liu
• Xixiang Zhang
• Rongkun Zheng

抄録

ヒトの虫歯の経路とメカニズムを理解することは、予防法と治療法の開発の中心であるが、ナノスケールでの虫歯の発生については、現在のところ限られた情報しか得られていない。アトムプローブトモグラフィーと高分解能電子顕微鏡を組み合わせることで、我々はヒトのエナメル質が溶解する3つの異なる初期部位を発見した。健全な状態と自然崩壊したヒトの歯エナメル質中のハイドロキシアパタイトナノ結晶内の原子の3次元マップから、CDL内のMgとNaの濃度が高くなっていることが明らかになった。このことから、CDLは脱灰と再石灰化の際にイオン交換の経路を提供していると考えられる。また、CDLのMgとNaの濃縮は、アメーラ形成におけるリボン状の有機物に富んだ前駆体と関連していることを示唆している。また、有機物に富む析出物や高角粒界は、低角粒界がそのまま残っているのに対し、腐食に対してより脆弱であることが示された。これは、これらの領域では結晶化度が低いためであると考えられる。

Understanding the pathways and mechanisms of human tooth decay is central to the development of both prophylaxes and treatments, but only limited information is presently available about the initiation of caries at the nanoscale. By combining atom probe tomography and high-resolution electron microscopy, we have found three distinct initial sites for human dental enamel dissolution: a) along the central dark line (CDL) within carbonated apatite nanocrystals, b) at organic-rich precipitates and c) along high-angle grain boundaries. 3D maps of the atoms within hydroxyapatite nanocrystallites in sound and naturally-decayed human dental enamel reveal a higher concentration of Mg and Na in the CDL. The CDL is therefore thought to provide a pathway for the exchange of ions during demineralization and remineralization. Mg and Na enrichment of the CDL also suggests that it is associated with the ribbon-like organic-rich precursor in amelogenesis. Organic-rich precipitates and high-angle grain boundaries were also shown to be more vulnerable to corrosion while low-angle grain boundaries remained intact. This is attributed to the lower crystallinity in these regions.

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