フォトニクスで歯を守る！「見える化」で細菌と戦う 新しい歯科保存

 

 

 

  

ページをご覧いただきありがとうございます。北海道大学歯科保存学教室 教授 友清 淳です。

   

 北海道大学歯科保存学教室では、健康な状態で歯を長く「保存」することを目的として診療・研究に取り組んでいます。 

 

私自身も、歯学部卒業時より国内 外にて歯に関する再生研究に長年従事し、iPS細胞を応用した歯の再生などにも取り組んできました (Tomokiyo A et al. 2017)。また再生研究以外にも、歯科材料研究や歯科治療研究など幅広く研究を実施して来ました。

むし歯に対しても様々な研究を実施しており、むし歯の硬さの数値化やむし歯抑制効果を持つ物質の同定を行ってきたほか、むし歯の原因となる細菌を「見える化」することで、確実に除去する研究を進めています。  

 

 

 

 

｜むし歯（う蝕）治療の現状と課題

口の中には、よく歯を磨く人で1,000~2,000億個、ほとんど磨かない人で1兆個の細菌が存在すると言われています。しかしながら、口の中を鏡で見てもらえばわかる通り、人の目では細菌をほとんど見ることができません。

 

私たちの目で見えるのは黒くなったり穴が開いたりした状態、すなわち細菌ではなく、う蝕になったあとの「歯」です。つまりう蝕治療は、う蝕になったあとの歯を処置するという、細菌に対して後手に回っている治療であると言えます。

 

｜感触と視覚による既存のう蝕治療の限界

う蝕の治療は、う蝕を除去すること、そして除去した部分を人工的に修復することから成り立ちます。

う蝕の除去として「う蝕になった歯の除去」を行いますが、う蝕は細菌により生じることから「細菌の確実な除去」が必要となります。

 

しかしながら、日本歯科保存学会発刊の【う蝕治療ガイドライン】によると、う蝕の除去は「日常的な治療にもかかわらず、除去部位の客観的な診断基準が確立されていない」、そして「術者の経験や手指の感覚に従い、主観的基準によって除去するのが一般的」とされています。すなわち、う蝕治療は歯科医師の主観性に大きく依存する治療であり、客観的な基準に乏しい治療であると言えます。

 

そこで、客観的にう蝕を除去する方法として①う蝕象牙質の硬さ、②う蝕検知液の染色性を基準とする方法が提案されています。

 

①に関しては、軟らかいう蝕象牙質には硬い象牙質よりも多くの細菌が存在することが明らかになっています (Kidd EAM et al. 1996)。

 

②に関しては、う蝕検知液での染色後に赤色および一部のピンク色の部位においては細菌が確認されましたが、淡いピンク色および染まらない部位においては細菌が確認されなかったことが報告されています  (福島. 1981)。

 

 

その一方で、硬さや色を基準としてう蝕を除去したのち検知液で染色すると、経験年数15年の歯科医師でも13％にう蝕の取り残しが認められたことに加え (Tassery H et al. 2001)、う蝕検知液による染色度合の判断も「主観的要素」が大きいことが報告されています (岩見 他. 2004)。

 

｜むし歯（う蝕）の再発

では、う蝕治療時に取り残した細菌はどうなってしまうのでしょうか。

それらの細菌が自然にいなくなってしまうことはありません。そして、改めて増殖することで【う蝕の再発】を引き起こします。

 

う蝕が再発する頻度に関しては様々な報告があります。これは報告ごとに、国や地域、う蝕の除去方法、観察期間、歯科医師の経験年数、歯の修復方法など、色々な条件が異なるためです。したがって、多いものでは50%以上 (Kamel JH et al. 2022) から、少ないものでは数%程度 (Nedeljkovic I et al. 2020)となっていますが、どの報告もう蝕の再発が一定の割合で生じることは共通しています。
 

う蝕が再発してしまった場合には、初回のう蝕と同様に【う蝕になってしまったエナメル質または象牙質の除去】、および【細菌の確実な除去】が必要となります。しかしながら、初回のう蝕時にもこれらを除去しているため、さらに歯が小さくなってしまいます。

 

歯は小さくなればなるほど詰め物や差し歯を支える部分が少なくなるため、それらが外れやすくなることに加え、支えきれなくなり歯の残りの部分が割れたり折れたりする可能性が大きくなってしまいます。歯が割れたり折れたりした場合には、抜歯が必要になることもあります。

 

 

｜歯髄保存の重要性

う蝕はエナメル質から象牙質へと歯の内部に向かって進行しますが、象牙質を超えて最も内部の組織である【歯髄】にまで達することがあります。

 

歯髄は神経や血管を含み、歯の知覚や栄養において重要な働きを担う組織です。しかしながら、う蝕が歯髄に達した場合には壊死してしまうことから、除去が必要となります。そして、歯髄を失った歯は寿命が短くなることが報告されています（Kato T et al. 2021）。

 

う蝕は細菌により生じますが、これらの細菌は【菌体外毒素】という自身の外へと分泌する毒素を持っています。また細菌は、組織を破壊する酵素や代謝産物なども産生します。これらの作用により、歯髄に存在する細胞が傷害を受けることで歯髄が壊死に陥ってしまいます。

 

こうした背景から、私たちは

・歯髄に到達する前に、う蝕を見つけて治療する

・う蝕が深い場合にも、歯髄の保存を試みる

・部分的にでも、保存できる歯髄は保存する

といった「最大限の歯髄保存」を意識した診療に取り組み、このような課題を解決したいと考えています。

 

 

 

 

｜「フォトニクスを基盤としたう蝕治療（Photonics-based caries diagnosis and treatment: PBCD）」とは何か

そこで私たちは、細菌の見える化（可視化）を通じて確実な除去が達成できれば、健全な歯や歯髄を今まで以上に保存できるのではないかと考えました。

 

光工学（フォトニクス）とは、光の性質を応用する装置・技術に関する工学の一分野と定義されており、光を応用した距離の測定（車載パーキング）や情報の送受信（光ファイバー）などが例として挙げられます。また、血管やがん組織などを可視化しながら手術を行う「蛍光ガイド手術」などもフォトニクスに含まれます。

 

そのため、フォトニクスをう蝕治療へと応用することで、正確性の向上や傷害性の低下が実現できるのではないかと考えています。

 

｜光でむし歯（う蝕）菌を可視化する技術

多くの細菌は、体内にプロトポルフィリンIX（PPIX）という物質を蓄積しています。近年、波長405nmの光を照射することで、細菌の持つプロトポルフィリンIX（PPIX）が赤色の蛍光を発することが明らかとなりました（Kühnisch J et al. 2004）。

 

そして、う蝕原因菌もPPIXを持ち、405nm光の照射で赤く光ることが報告されています（Michi Y et al. 2017）。

 

 

この技術を応用すれば、う蝕原因菌が多く集まりやすい＝う蝕になりやすい部分を知ることができ、患者さんに特にしっかり歯ブラシを当てるようにアドバイスを行ったり、定期健診時に注意深く観察することで、う蝕を予防することができます。

 

また、う蝕を治療時する際にも、赤く光る部分を確実に取り除くことで、う蝕原因菌の高精度な除去が期待できます。さらに、赤く光る部分のみを選択的に取り除くことで、う蝕原因菌に感染していない健康な歯の不必要な削除も避けることができます。

 

｜PBCDに用いる医療機器

このように波長405nmの光を照射することでう蝕原因菌を赤く光らせる方法として、蛍光モードを搭載したマイクロスコープ（EXTARO 300FV; Carl Zeiss）や口腔内カメラ（DIAGNOcam; KaVo Planmeca）などが挙げられます。

 

 

 

しかしながら、フォトニクスのう蝕治療への応用、すなわちPBCDは広く普及しているとは言い難い状況です。

 

その理由の一つに、405nm光の照射により細菌が赤色蛍光を発することが、歯科医師にあまり認知されていないことが挙げられます。学術論文や学会発表などで公にはなっているのですが、歯科医師の誰もが知る内容とまでには至っていません。

 

また、歯に405nm光を照射できる、そして細菌から発せられる赤色蛍光を鮮明に観察できる器材もさほど普及していない状況にあります。

 

歯科用マイクロスコープ自体は普及が進んでいますが、歯髄の治療や歯に詰め物をする治療に使用されることが多い器機であることに加え、蛍光モードの搭載率は全体の1%に満たない（メーカー参考値）とされています。

 

 

 

｜教育プログラムの内容

本プロジェクトでは、私たちが実施している「フォトニクスを基盤としたう蝕治療（PBCD）」の普及を目指し、その教育プログラムの構築を実施します。

 

 

｜PBCDの普及に向けて

こうした背景から、本プロジェクトでは、皆様のご支援と北海道大学歯科保存学教室で行ってきた教育経験を活かし、PBCDをさらに広く普及させることを目的といたしました。

 

内閣府の調査にて「高齢者の生きがい」の第一位が【家族の団らん】、第二位が【食事】と報告されていることからも (高齢者の生活と意識に関する国際比較調査結果. 2020)、発音や咀しゃく等の口に関する機能が生活の質 (Quality of life; QOL) の維持に極めて重要であることがわかります。

 

そこで私たちは、PBCDの普及によるう蝕の予防法・治療法の革新を通じて、健康な歯の長期保存を実現することで、人々のQOLを大きく向上させたいと考えております。

 

 

 

 

｜歯科医師・患者さん双方へのベネフィットと今後の研究展開について

本プログラムの受講を通じて、多くの歯科医師がPBCDを実施可能になれば、健全な歯や歯髄の保存、さらには健康な歯の長期保存が実現できると考えています。そして近い将来、PBCDがごく一般的な治療として世界中に普及することを願っています。

 

しかしながら、多くの細菌はプロトポルフィリンIX（PPIX）を持つ一方で、持たない細菌の存在も報告されています (Dailey et al. 2015)。また観察するタイミングや、細菌の飼育条件によってもPPIXの発現状態が異なることも明らかになっています (Sun J et al.  2024)。

したがって、現状では全てのう蝕原因細菌を可視化できているわけではありません。

 

そこで本プロジェクトの達成後に、PPIXよりも高感度および高精度で細菌を可視化させることのできる物質の探索研究も実施する計画です。この研究に関しては、口の中の細菌の専門家である北海道大学大学院微生物学教室の長谷部 晃教授との共同研究で実施します。

 

むし歯（う蝕）の原因となる菌名、分類

ミュータンスレンサ球菌群 (S.mutans, S.sobrinus) 乳酸桿菌 (Lacticaseibacillus)

研究中の菌 まず、最も一般的なう蝕原因菌であるS.mutansを使用して研究を進めています。

 

また細菌が感染し、壊死してしまった歯髄を部分的に除去する「歯髄切断法」という治療法がありますが、歯髄内の細菌感染も人の目では見えないため、う蝕治療と同様に細菌の除去が不明確な治療であると言えます。

 

しかしながら、私たちが探索する物質が明らかとなれば、歯髄の細菌感染も可視化できることが期待されることから、細菌の感染していない歯髄を高精度で保存することへ繋がることも予想されます。

 

｜目指す治療モデル

 

私たちはフォトニクスを応用したう蝕治療を発展させ、健全な歯や歯髄の可能な限りの保存を通じて、皆さまの口の健康維持に貢献していきたいと考えております。

 

むし歯は、子供から高齢者までかかる可能性のある疾患です。しかし、むし歯治療の再発を無くすことや原因菌を取り除くことが標準化されることで、むし歯という疾患に対し、「きちんと向き合えば治せるもの」とさらに考えていただけるのではないかと考えています。

 

だからこそ、今回の機器を購入し、う蝕治療に関する教育的側面の浸透・拡大を図ることが重要であると強く考えております。

 

ぜひ、皆さまからのご支援を賜り、次世代へと繋がる、新たなう蝕治療の開発・普及を目指したいと思いますので、何卒ご寄附のほどよろしくお願いいたします。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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