正常なエナメル質と低omaturationエナメル質の組成、構造、機械的特性の比較

Compositional, structural and mechanical comparisons of normal enamel and hypomaturation enamel.

• Yue Sa
• Shanshan Liang
• Xiao Ma
• Steven Lu
• Zhejun Wang
• Tao Jiang
• Yining Wang

抄録

低omaturation amelogenesis imperfectaは、エナメル質の遺伝性疾患であり、患者の機能、審美性、心理社会的幸福に深刻な影響を与える。本研究では，病的なアメログ形成過程におけるバイオミネラリゼーションのプロセスを理解するために，ヒト永久臼歯を用いた一連の系統的な試験を通して，正常なエナメル質と低omaturationエナメル質の徹底的な比較を行った。マイクロコンピュータ断層撮影法，走査型電子顕微鏡，フーリエ変換赤外，ラマン分光法，マイクロゾーンX線回折，熱重量分析，エネルギー回折スペクトル，ビッカース微小硬さ試験の結果を総合すると，低omaturationエナメルと正常エナメルの間には，その階層構造，スペクトルの特徴，結晶学的特性，熱力学的挙動，鉱物分布，機械的特性の点で劇的なコントラストがあることがわかった。今回の研究では、アメログ形成過程における有機マトリックスの重要性が浮き彫りになった。有機マトリックスの保持は、鉱物結晶の量、質、分布に影響を与え、エナメル質の階層構造をさらに破壊し、関連する機械的特性に影響を与えることがわかった。さらに、低omaturationエナメルに含まれる高濃度の炭酸塩は、ハイドロキシアパタイト結晶の結晶性、結晶サイズ、溶解性に影響を与えます。これらの結果は、低omaturationエナメル質のバイオミネラリゼーションについての理解を深め、低omaturationエナメル質の臨床症状を説明し、歯科医師が最適な治療戦略を選択するための基礎的な証拠を提供し、バイオファブリケーションや遺伝子治療の改善につながるものである。

Hypomaturation amelogenesis imperfecta is a hereditary disorder of the enamel that severely influences the function, aesthetics and psychosocial well-being of patients. In this study, we performed a thorough comparison of normal and hypomaturation enamel through a series of systematical tests on human permanent molars to understand the biomineralization process during pathological amelogenesis. The results of microcomputed tomography, scanning electron microscopy, Fourier transform infrared, Raman spectroscopy, microzone X-ray diffraction, thermal gravimetric analysis, energy diffraction spectrum and Vickers microhardness testing together show dramatic contrasts between hypomaturation enamel and normal enamel in terms of their hierarchical structures, spectral features, crystallographic characteristics, thermodynamic behavior, mineral distribution and mechanical property. Our current study highlights the importance of the organic matrix during the amelogenesis process. It is found that the retention of the organic matrix will influence the quantity, quality and distribution of mineral crystals, which will further demolish the hierarchical architecture of the enamel and affect the related mechanical property. In addition, the high carbonate content in hypomaturation enamel influences the crystallinity, crystal size and solubility of hydroxyapatite crystals. These results deepen our understanding of hypomaturation enamel biomineralization during amelogenesis, explain the clinical manifestations of hypomaturation enamel, provide fundamental evidence to help dentists choose optimal therapeutic strategies and lead to improved biofabrication and gene therapies.

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