歯の表面を覆う硬い組織であるエナメル質は、一度削れたり溶けたりすると自然には再生しません。英国ノッティンガム大学をはじめとする国際研究チームが2025年11月、国際学術誌ネイチャー・コミュニケーションズに発表した研究で、エナメル質が形成される過程を模倣した人工タンパク質を抜去されたヒトの歯の表面にコーティングし、削れた部分の結晶構造と硬さ(強度)までも復元することに成功しました。ただし、これはまだ生きた口腔内ではなく、実験室で抜去歯を用いて確認した結果です。

エナメル質はなぜ自然に戻らないのか

エナメル質は、歯が生えるときにエナメル芽細胞という細胞がアメロジェニンというタンパク質を分泌することで作られます。このタンパク質が網目状の足場として働き、リン酸カルシウム結晶を特定の方向に緊密に積み上げることで、歯の表面は体の中で最も硬い組織になります。問題は、歯が生えそろって口腔内に出てくると、エナメル芽細胞が消失してしまうことです。その後、酸性の食品や胃酸、誤った歯磨きでエナメル質がすり減ったり酸蝕したりしても、体はこれを再び満たすことができません。現在、歯科でしみる歯に塗ったり詰めたりする治療が行われているのもこのためで、削れた表面の上に別の材料を上塗りしたり、露出した通路をふさいだりする方法であり、エナメル質そのものをその構造のまま作り直すことはできません。歯のしみを象牙質側から解決しようとする試みもあり、象牙質を再生するペプチドは、眠っていた細胞を目覚めさせて新しい象牙質を作らせる方式です。今回のエナメル質技術は、細胞を使わずタンパク質とミネラルだけで構造を再構築する点が異なります。

実験室で研究者がゴーグルとマスクを着用し、マイクロピペットで小さな歯の標本に透明な溶液を滴下している様子
研究者が抜去歯の標本にコーティング溶液を塗布する過程を再現した場面。写真。AI画像

形成過程をそのまま模倣した人工タンパク質

研究チームはアメロジェニンと似た振る舞いをする人工タンパク質、エラスチン様組換えタンパク質(ELR)を設計しました。このタンパク質をカルシウムイオンと混ぜて歯の表面に塗って乾かすと、アメロジェニンのように細く長い繊維構造へと自己集合します。この繊維の足場をリン酸カルシウムとフッ素が溶けた鉱物溶液に浸すと、残っている歯の結晶の方向をそのまま引き継いでエナメル質と同じリン酸カルシウム結晶が成長します。ミネラルが表面上に無作為に積もるのではなく、元の結晶の格子方向をそのまま引き継いで付着する仕組みであるため、研究チームはこれを結晶が連続して成長する「エピタキシャル成長」と説明しました。歯を酸で処理して洗浄した後、この溶液を塗って乾かすのにかかる時間は3~4分で、歯科で使われる一般的な施術の段階とも合致します。

削れた深さによって異なる構造が形成された

研究チームはエナメル質が削れた程度が異なる3つの部位、すなわち最も外側の薄い層、その内側の柱状の結晶束からなる層、そしてエナメル質が完全に失われて内側の象牙質まで露出した部位に、それぞれこのコーティングを塗布しました。10日間鉱物溶液に浸しておくと、3つの部位すべてで2~10マイクロメートル(髪の毛の太さの10分の1以下)の厚さまで、その部位固有の結晶配列をそのまま備えた新しい鉱物層が成長しました。酸で腐食させて硬さ(硬度)が1.1ギガパスカルまで低下していたエナメル質は、コーティング後に3.1ギガパスカルまで回復し、元のエナメル質の3.4ギガパスカルに近づきました。完全に露出した象牙質の上で成長した層は、弾性(剛性)は天然エナメル質と同程度の水準(58.3ギガパスカル)まで上昇しましたが、硬度は1.4ギガパスカルで天然エナメル質の一般的な範囲(2.5~4ギガパスカル)より低い値でした。研究チームは、新たに成長した結晶の配列方向が天然エナメル質と異なることで生じた差であると説明しました。

歯の断面で、酸蝕した粗いエナメル質表面と、細く緻密な結晶が整然と再生したエナメル質表面を並べて比較したイラスト
酸蝕で粗くなったエナメル質表面と、コーティング後に結晶が緻密に再生した表面を並べて比較したイラスト。AI画像

噛んだり磨いたり酸に曝されても構造は耐えた

研究チームは、この再生層が実際の口腔内環境に耐えられるかも試験しました。電動歯ブラシによる1年分相当の摩耗を加えても微細構造は崩れず、噛んだりすり合わせたりする力を3年半分加えたときも天然エナメル質と同程度にしか摩耗しませんでした。むしろ象牙質の上に成長した層は、何も塗っていない象牙質より摩耗が少ない結果でした。食酢程度の酸性度の溶液に曝したときは、再生層が天然エナメル質よりも硬さをよく維持しており、研究チームはコーティングに残っていたフッ素成分によるものと分析しました。異なる3人の唾液を2週間直接付着させても同じ結果が再現されました。ただし、これらすべての実験は口の外に取り出した歯で行われたもので、研究チームも生きた口腔内での検証が今後の課題として残っていると述べています。

今回の研究は、細胞ではなく自然の成長過程を模倣したタンパク質だけで、エナメル質の結晶構造と機械的性質を同時に復元できることを、削れた程度が異なる複数の部位で確認した初めての事例です。コーティング剤や充填材で表面を覆っていたこれまでの方法とは異なり、エナメル質そのものを再び成長させるという点で、研究チームはこの技術が歯の酸蝕やしみの治療の次の段階になり得ると見通しています。