微細な植物石は歯のエナメル質に不可逆的な損傷を引き起こす可能性がある

人体で最も硬い物質である歯のエナメル質は、野菜を噛むことによって徐々に不可逆的に摩耗する危険性があります。

植物性食品は食物繊維、ビタミン、ミネラルを供給してくれるため健康的な食生活の重要な部分を占めているが、国際的な研究チームは、植物珪酸体と呼ばれる微細な植物石が時間の経過とともに歯の摩耗を促進し、歯科医への通院頻度の増加につながる可能性があることを発見した。

彼らはこれらの微粒子を埋め込んだ人工の葉を開発し、地元の科学者が提供した歯のエナメル質のサンプルを噛むときの圧力と滑り運動をシミュレートする装置にそれを取り付けた。

Journal of the Royal Society Interface に掲載された実験結果によると、柔らかい植物組織であっても、エナメル質と相互作用するとエナメル質に永久的な損傷とミネラルの損失を引き起こした。

考古学者が歯の化石を発見するのは非常によくあることです。なぜなら、歯の化石は、現代の最高の工学材料を凌駕するほどの驚異的な硬さと強度を持ち、非常に良好な状態で保存されているからです。

歯のエナメル質は強度があるものの脆く、ひび割れによる機械的な劣化を受けやすくなっています。ひび割れは、噛んだときの力で微小なひび割れが広がり、摩耗して何年もかけてゆっくりと材料が失われることで突然発生します。

科学者たちは、人間の歯のエナメル質がどのように破壊され、摩耗していくのか、その損傷の原因は何なのか、そしてひび割れを引き起こすにはどれくらいの力が必要なのかについて、広範な研究を行ってきました。しかし、ほこりや食べ物など、外部から侵入する微粒子がエナメル質に与える影響については、まだ十分に理解されていません。

植物珪酸体とは、根が土壌から可溶性シリカを吸収し、維管束系がそれを植物の他の部分に沈着させるときに、多くの植物の組織に形成される微細なシリカ粒子です。

これまでの研究では、植物の珪酸体によるエナメル質の摩耗が研究されてきましたが、その結果はしばしば一貫性に欠けていました。さらに、これらの研究では、軟植物組織に埋め込まれた多数の珪酸体が咀嚼中に歯のエナメル質とどのように相互作用するかを現実的にモデル化できていません。

この研究では、研究者らは小麦の茎と葉から採取したオパール質の植物珪酸体を埋め込んだポリジメチルシロキサン（PDMS）マトリックスから人工の葉を作成した。

厚さや硬さが本物と同等のシートをホルダーに取り付け、歯科医から採取した健康な人間の親知らずのサンプルと繰り返し接触させて、噛んだときの滑りや圧力をシミュレートしました。

高解像度の顕微鏡と分光技術を使用して、葉と歯のエナメル質の物理的および化学的変化を分析しました。

科学者たちは、植物珪酸体自体は繰り返し曝露されると分解するが、それでも歯のエナメル質の既存の摩耗を悪化させ、歯のエナメル質のミネラル含有量を減少させることを発見した。

予想外の結果として、根本的な摩耗メカニズムは、典型的な脆性破壊ではなく、エナメル質の微視的構造の弱さから生じる準塑性変形または永久変形であることが判明しました。

研究者たちは、エナメル質の劣化に関する新たなデータが、動物の食事、行動、動き、生息地についての科学者の理解を深め、物理学と生物学の学際的な架け橋として機能できると考えている。