非晶質リン酸カルシウム

非晶質リン酸カルシウム（ACP）は、溶解したリン酸塩とカルシウム塩の混合物（例：（NH ₄）₂ HPO ₄ + Ca(NO ₃ ) _{2 ）の}化学分解によって形成されるガラス状固体です。生成される非晶質混合物は、主にカルシウムとリン酸塩から構成されますが、合成条件に応じて、さまざまな量の水、水素イオン、および水酸化物イオンも含まれています。^{[ 1 ]}このような混合物は、リン酸カルシウムセメントとしても知られています。^{[ 2 ]}

ACPは一般的に「非晶質リン酸三カルシウム」（ATCP）またはカルシウム欠乏ヒドロキシアパタイト（CDHA）に分類されます。CDHAは「アパタイトリン酸カルシウム」と呼ばれることもあります。^{[ 1 ] [ 3 ] [ 4 ]}非晶質リン酸カルシウムの組成はCa _x H _y (PO ₄ ) _z · n H ₂ Oで、nは3～4.5です。CDHAの一般式はCa ₉ (HPO ₄ )(PO ₄ ) ₅ (OH)です。^{[ 4 ]}マグネシウム塩の適度に過飽和で塩基性の溶液からの沈​​殿により、マグネシウムがACP構造に組み込まれた非晶質リン酸マグネシウムカルシウム（AMCP）が生成されます。^{[ 5 ]}

ACPの市販製剤は、牛乳由来のカゼインホスホペプチド-非晶質リン酸カルシウム（CPP-ACP）である。RecaldentやTooth Mousseなど様々なブランド名で販売されており、歯に直接塗布することを目的としている。その臨床的有用性は証明されていない。^{[ 6 ]}

生体由来のACP は、サメの胚の内耳、哺乳類の乳、歯のエナメル質で発見されている。しかし、骨や歯に確実に存在するかどうかは議論の余地があるものの、一時的な非晶質前駆体が骨や歯の発達に関与しているという証拠がある。^{[ 4 ]}ウシ乳中の ACP (CPP-ACP) は、カゼインホスホペプチドの殻の中にリン酸カルシウムナノクラスターが含まれていると考えられている。半径 100 nm の典型的なカゼインミセル には、約 10,000 個のカゼイン分子と、それぞれ 直径約 4.8 nm の ACP ナノクラスター 800 個が含まれている。リン酸カルシウムの濃度は血清よりも乳の方が高いが、不溶性リン酸塩の沈着物を形成することはまれである。^{[ 7 ]折り畳まれていないリン酸化ペプチドは、ACPナノクラスター[ 8 ]}を隔離し、尿や血清などの他の生体液中で安定な複合体を形成し、不溶性リン酸カルシウムの沈着や軟組織の石灰化を防ぐと考えられています。実験室では、人工血液、血清、尿、牛乳の製剤（自然界に存在する体液のpHに近い）を保存したサンプルに不溶性リン酸塩が沈着します。適切なリン酸化ペプチドを添加すると沈殿が防止されます。^{[ 7 ]}

異なる条件下で沈殿した非晶質リン酸カルシウムの組成に関する調査の後、ポスナーとベッツは1970年代半ばに、ACPの構造単位は中性クラスターCa ₉ (PO ₄ ) _6であると提唱した。^{[ 4 ]計算は、中心のCa 2+}イオンが6つのリン酸PO ₄ ³⁻アニオンに囲まれ、さらにその周囲に8つのカルシウムイオンがあるクラスターの説明を支持している。 ^{[ 9 ]}結果として生じるクラスターの直径は約950  pm (0.95 nm)と推定されている。これらは現在一般にポスナーのクラスター と呼ばれている。沈殿したACPは、多数のポスナーのクラスターと、その間の空間に水を含む粒子で構成されていると考えられている。プラズマスプレーコーティングされたACPにはポスナーのクラスターが含まれている可能性があるが、水は存在し得ない。^{[ 4 ]}新しい研究では、ポスナークラスターがニューラル量子ビットとして機能するという考えが提案されている。これは、そのもつれた^31Pが長い緩和時間を持ち、S6対称性を持っているためである_。その背後にある考えは、ポスナー分子が融合してカルシウムイオンを放出し、それがニューロンを刺激するというものである。^{[ 10 ]}

非晶質リン酸カルシウムは、カゼインホスホペプチドと組み合わせることで、初期の虫歯を治療するための歯科治療として使用されてきました。ACPの主な用途は閉塞剤であり、知覚過敏を軽減するのに役立ちます。研究によると、天然のエナメル質と一致するヒドロキシアパタイトの再石灰化相を形成することが示されています。さらに、臨床研究では、歯を白くした患者は治療後に知覚過敏が軽減されることが示されています。^{[ 11 ]} ACPは生理的温度とpHの下で加水分解され、中間体として八リン酸カルシウムを形成し、その後表面アパタイトを形成すると考えられています。

ACPは、結晶性リン酸カルシウムに見られるような長距離にわたる周期的な原子スケールの秩序を欠いている。X線回折パターンは幅広く拡散しており、最大値は$2θ = 25°$、結晶性ヒドロキシアパタイトと比較して他の特徴は見られません。電子顕微鏡下では、その形態は10分の1ナノメートルスケールの小さな球状粒子として示されます。水溶液中では、微結晶の成長により、 ACPはオクタリン酸カルシウムやアパタイトなどの結晶相に容易に変化します。ACPは、生体内ではリン酸三カルシウムやヒドロキシアパタイトよりも優れた骨伝導性と生分解性を持つことが実証されています。 ^{[ 12 ]}

さらに、中芽細胞のアルカリホスファターゼ活性を高め、細胞増殖を促進し、細胞接着を促進することができます。石灰化組織の形成におけるACPの独自の役割により、組織修復および再生のための有望な候補材料となっています。ACPは、歯科用途における潜在的な再石灰化剤にもなり得ます。最近開発されたACP充填バイオアクティブ複合材料は、歯の構造の保存および修復のための効果的な抗脱灰/再石灰化剤であると考えられています。^{[ 12 ]}

• 歯の再石灰化

• Mahamid, J.; Aichmayer, B.; Shimoni, E.; Ziblat, R.; Li, C.; Siegel, S.; Paris, O.; Fratzl, P.; Weiner, S.; Addadi, L. (2010). "ゼブラフィッシュの鰭条における細胞から骨までの非晶質リン酸カルシウムの結晶性鉱物への変換のマッピング" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 107 (14): 6316– 21. Bibcode : 2010PNAS..107.6316M . doi : 10.1073/pnas.0914218107 . PMC 2851957 . PMID 20308589 .  
• Zhao, J.; Liu, Y.; Sun, WB; Zhang, H. (2011). "非晶質リン酸カルシウムとその歯科への応用" . Chem. Cent. J . 5 : 40. doi : 10.1186/1752-153X-5-40 . PMC 3143077 . PMID 21740535 .  
• Ming S. Tung. 「ACPテクノロジー。非晶質リン酸カルシウム形成フッ化物ワニス」(PDF)。米国歯科医師会。 2013年1月25日にオリジナル(PDF)からアーカイブ済み。