歯科においては、組織内部の画像検査の殆どがX線診査によってまかなわれていると言って差し支えないほど、それ以外の手法による画像診査は臨床において利用されていない。英・オックスフォード大による研究によれば、我が国では放射線診断に起因すると推定される発ガン率が、世界的な平均値の2.7倍であるとの試算がなされ、X線診査を可能な限り他のより安全な透視検査に置き換える必要性が提言されている。本研究における高周波超音波エコーによる検索法は、微細な解像度が求められる口腔領域において、臨床的に有用な透視像の作成に道を拓く組織断層撮影技術である。昨年までの研究において、比較的簡単な手技操作により、歯周組織内部における歯槽骨の破壊の有無や、それによる形態学的変化などが検知された。本年度は、超音波エコー信号の解析により、歯肉もしくは歯槽粘膜表面から歯槽骨間の歯周軟組織における、歯周炎により生じた組織変化およびその治癒による組織の回復を表すシグナルのパターンの検出を試みた。超音波装置(パルサーレシーバー:Model5900PR:パナメトリクス)を用い、本実験への協力を承諾した歯周病を有する被験者口腔内にて歯周炎による炎症像を呈する時期と、治療によりやがて歯周炎が消退した際に得られたエコーを比較した。10〜30MHzの探触子を用いた。パソコン上において、計測波形のアベレージングを実施するプログラム(LabVIEW7 Express:ナショナルインスツルメント)を作成し、計測時にエコー波形を30〜50回平均化した波形を解析した。その結果、炎症時において浮腫状を呈する歯肉では、潜時の短いエコー波形成分が少ないことから、炎症組織が超音波の波動エネルギーを吸収・拡散し易いのに比べ、炎症が消退した歯肉では、潜時の短い波形成分がやや優勢となることが認められた。組織内の浮腫像が解消され組織間隙における界面反射が反映された結果と思われる。

無髄歯がいかに脆いものであるか、さらには歯髄除去に要する患者・歯科医の時間的、経済的損失は極めて大きいなどの問題がある。この解決のために、細菌本体やその産物によって引き起こされた炎症部位のみを除去し、残っている歯髄組織の幹細胞・未分化間葉系細胞の分化を誘導し、歯髄を再生させるための研究を進めた。しかし、急激な進展をみせている胚性幹細胞(ES)も、その定義が敢然には定まっていない。最近、ES細胞をはじめとする多能性幹細胞の分化を同定する指標の一つとして、分化段階特異的に発現量が変化する細胞表面抗原が明らかになってきた。 SSEA-1(Stage Specific Embryonic Antigen-1)は、マウスでEmbyonalCarcinomaCell(EC)Embryonic Stem Cell(ES),およびEmbryonic Germ Cell(EG)で発現するものの、ヒトではEmbryonic Germ Cell(EG)のみで発現する。しかし、SSEA-4(Stage Specific Embryonic Antigen-4)は、ヒトではEC,ES,EGの全ての細胞で発現するもののマウスでは発現はみられない。 このことを基に、協力の得られたヒト抜去歯歯髄とマウスの上顎大臼歯歯髄を免疫組織化学染色を施し、顕微鏡で観察した。その結果、ヒト歯髄およびマウス歯髄組織細胞の一部で、細胞表面を覆うようにSSEA-1の発現がみられた。一方、同じようにヒト健全歯髄組織の一部の細胞全体にSSEA-4の発現が見られた。平成16年度は、特にヒトの未分化細胞で最近明らかになってきたTumor Rejection Antigen 1-60(TRA-1-60)とTRA-1-81の発現をヒト歯冠エナメル質・象牙質での窩洞形成歯髄について検討を加えたが、両者の発現は認められなかった。

本研究による高周波超音波は、微細な解像度が求められる口腔領域における透視像の作製に道を拓く組織断層撮影技術である。これまでの我々の研究では拠れば、歯槽骨の喪失を顕す超音波エコーにより構成されるヒストグラム画像により、歯周病診断の主力であるX線診査に代わる透視診断手法を確立する可能性が示唆された。本年度はこれら聴音波エコーのヒストグラム像の取得を自動化すべく、探触子をX-Y駆動装置によって走査し、規格化された計測条件下にて、再現性を有するエコーを取得できるようシステムを構築した。すなわち超音波発信装置(パルサー:Model5077:パナメトリクス)および探触子(V208RM:パナメトリクス:20MH)を、回転駆動装置(コガネイ)およびエアシリンダー(CDJ2B10-100-A:SMC)に搭載し、回転-X軸駆動による走査ロボットを試作した。駆動制御はフィードバック機能を含むプログラマバルシーケンサー(KV-700:キーエンス)により行った。計測は前歯部に歯周疾患を有する被験協力者を対象とした。その結果、病態に依存したエコーヒストグラムが得られたけれども、被験者を長時間不働化することができなかったため、可視的な断層診断の根底となる再現性については安定した計測データを得るには至らなかった。これは探蝕子を走査する動作を完全に自動化する事により、正確で再現性の高い超音波エコーを得る事が可能に成るものと思われる。既に医療目的による放射線被ばくが日本と比べて半分に過ぎない米国においても、がん症例の0.9%が診断用X線に因るものと見積もられており、特に高エネルギーのX線を用いねばならない歯学領域では、従来のX線法に代わる透視診断システムを確立する事が急務である。本研究結果は生体に安全な超音波透視法を歯科領域においても、充分な実用性が担保されたことは意義深いと思われる。

歯周病はいまや生活習憤病の1つとして認識されているが、全身状態が歯周病の発症や進展におよぼす影響については報告が少ない。そこで今回は、実験的に骨吸収を惹起させる歯周病モデル(ラット)をもちいて、妊娠や授乳が歯周病の進行におよぼす影響について検討した。実験には62匹の雌ラットを用い、交配後3群に分けて各々カルシウム含有量の異なる飼料を与えた。実験開始後25日目に妊娠の有無によりさらに2郡に分けた。32日には右側下顎第一臼歯部の歯頚部に規格化されたゴム輪を挿入して、歯槽骨を吸収させた(実験側)。左側は、対照側とした。46日目にと殺して下顎骨を採取した。第一臼歯と第二臼歯の歯間隣接面部について、歯槽骨の骨密度および組織学的検索をおこなった。その結果、以下の知見が得られた。(1)対照側では、摂取する飼料のカルシウム含有量が少なくなるにつれて、骨密度の減少がみられた。妊娠群では、非妊娠群と比較してより減少の程度が大きかった。(2)実験側ではゴム輪の挿入による炎症性骨吸収がみられたが、対照側と同様に摂取する飼料のカルシウム含有量が少なくなるにつれて、骨密度の減少がみられた。妊娠群では、非妊娠群と比較してより減少の程度が大きかった。(3)組織学的所見より、妊娠群でも非妊娠群でも飼料中のカルシウム含有量の減少による骨粗鬆状態が観察された。しかし、カルシウム含有量の減少による影響については、対照側では歯槽骨の高さの変化が見られなかったのに対し、実験側では歯槽骨の高さの減少が明らかとなった。これらの知見より以下の示唆が得られた。(1)妊娠や授乳は、カルシウムが十分に摂取された状態では歯槽骨を減少させる直接のファクターとはならないが、摂取が不十分な状態ではリスクファクターになり得る。(2)歯槽骨吸収により全身のカルシウム需要が増大し、かつカルシウム摂取状態がよくない場合には、妊娠や授乳が歯槽骨を減少させるリスクファクターになり得る。

象牙質知覚は動水力学説に基づいた象牙細管内液の移動により惹起されると言われている。従って象牙質知覚過敏症抑制材を客観的に評価するには、象牙細管内液の移動の抑止力を計測する手法が有効であると思われる。抜去されたヒト第3大臼歯10歯を用いた。歯軸垂直面において厚さ1および1.5mmの歯冠部象牙質スライスを作製したのち10%中性ホルマリン溶液にて浸漬し、実験時に30%H_2O_2にて象牙細管を開通した。歯冠側と歯髄側の象牙細管が開口するスライス両面から、Oリングを介し透明アクリルチューブによりこれらを把持した。歯髄側のアクリルチューブ内に0.02%ルミノールを含む1%NaOH溶液、歯冠側アクリルチューブ内に小孔サイズ0.2μmのフィルタ(Whatman)によって微粒子を除去した0.3%H_2O_2を含むフェリシアン化カリウム溶液を満たした。試料近傍(距離約30mm)にプリアンプおよび電子冷却素子を内蔵するフォトダイオード(S6204:浜松ホトニクス)を設置した。以上の装置は外光をほぼ完全に遮断する暗箱内に封止した。0.3%H_2O_2はルミノール化学発光のトリガーであり、両側のアクリルチューブ内試薬が象牙細管を通じて混合することにより生ずる発光はオシロスコープにより観察したのち、ADコンバータを通じてパーソナルコンピュータに記録された。試薬が象牙質スライス両面に接した状態では一過性の僅かな発光が見られた。次にフェリシアン化カリウム溶液が充填されたアクリルチューブに対して10〜500mmHGの空気圧を加えたところ発光が経時的に観測された。これらの発行量は個々の試料に応じて変動があるものの、同じ試料では圧力と正の相関をもって発光量が変化した。また1.0mm厚スライス試料の発光量が1.5mmのものと比較して全般的に発光量が大きくなる傾向であった。象牙質試料は30%H_2O_2による象牙細管の開通が施されない状態ではいかなる条件でも発光は見られなかった。化学発光を利用した象牙質知覚過敏シミュレータは象牙細管内液の移動を視覚的にしかも高感度に観察できるシステムである。象牙細管の開口の度合を発光量の変動で捉えることができるから、象牙質知覚過敏抑制材の効果を端的に評価できるツールとして極めて有効と思われる。

全身状態(妊娠&授乳)および栄養摂取状態(Ca)の歯周組織に与える影響について検討した。試料として、ラットの下顎骨を用いた。全身状態については妊娠の有無の2群、Ca摂取状態については3群(充足、減少、欠乏)に分け、計6群間での画像解析および組織学的解析結果の比較を行った。 健康な歯周組織においては、骨塩量はCa摂取状態に依存して減少した。Ca摂取が減少または欠乏した状態では、非妊娠群と比較して妊娠群で有意に骨塩量が減少した。妊娠群のラットから生まれたこどもの下顎骨の骨塩量は、親のCa摂取状態を強く反映していた。組織所見では、Ca摂取が減少または欠乏した状態における、歯槽骨内面からの吸収による骨の非薄化が顕著であった。残存する歯槽骨の面積は、Ca摂取状態に依存していた。しかし、歯槽骨の高さの変化はみられなかった。 さらに、歯周組織に炎症を惹起させた状態での検討を加えた。歯肉溝にゴム輪を挿入することによって歯周炎を惹起した。骨塩量の変化は、健康な歯周組織と同様であった。組織所見ではゴム輪挿入による急激な歯槽骨吸収、著明な炎症性細胞浸潤をともなう軟組織の走行の乱れなどがみられた。その程度はCa摂取状態に依存し、妊娠&授乳により高度になる傾向がみられた。健康な歯周組織と比較して大きな相違は、Ca摂取状態に依存して歯槽骨の高さの減少がみられたことである。 以上の結果より、1)妊娠や授乳が、Caが十分に摂取された状態では歯槽骨を減少させる直接のfactorとはなり得ないが、Ca摂取が減少または欠乏した状態では、risk factorになり得る2)歯槽骨吸収により、全身のCa需要が増大し、かつCa摂取状態がよくない場合に、妊娠や授乳が歯槽骨を減少させるrisk factorになり得ることが示唆された。

現在、歯科領域において透視診断法の主力として用いられているX線CTならびにMRIでは、患者に対して電離放射線や強磁場など払拭しきれない不安が存在している。Coherent Detection Imaging(CDI)は光ヘテロダイン法に基づく分光学的断層撮影法であり、自然界では普段存在している可視光線を線源としているので上記の懸念が全くなく、しかも生体内を色彩に依存した画像として再現し得るこれまでにない透視法として近年注目されている。本研究ではCDIによるヒト抜去歯の光断層像を取得し、臨床上における有用性を評価した。光源として、単一周波数モード半導体(532nm)レーザーを用いた。試料として10歯のヒト健全抜去歯を用いた。試料に照射されるレーザー光強度は1mW以下、撮影時間は1試料あたりおよそ20分であった。光ヘテロダイン法ではあらかじめレーザービームを2分割してそれぞれを変調(80および100MHz)、一方を試料に通過させたのちもう一方と波面整合を行うことにより背景散乱光の影響を排除し、空間分解能を伴う生体の光学的密度を測定する手法である。CDIでは上記の分光計測法にX線CTの画像構成アルゴリズムを適用して光断層像を得る。計測後、試料を薄切(200μm)し光断層像との比較を行った。光断層像では実際の薄切像と相同して歯髄腔および根管形態が良好に再現されしかもX線法では得ることができない象牙質中における透明化した部位や象牙細管走行に伴う紋様および着色による濃淡による組織変化、さらに歯髄腔内における石灰化部位を検知できた。以上の知見により、光CTは齲蝕や抗生物質投与による硬組織変色など、X線法では検知されなかった象牙質の着色や透明化を伴う病変を診断し得る能力を有することが実証された。本透視法は将来的には歯科以外の分野でも応用可能であり、生体に何ら為害作用を及ぼさない安全なレベルの可視光レーザーを用いているので運用には特別の資格を必要としない。将来的には誰でも手軽に用いることのできる診断ツールとして、杜会における幅広い利用が期待される。