Soluble Constituents in the Fluid Environment of Pig and Rat Developing Enamel and Their Relevance to the Regulation of Mineralization

Abstract

The present study aimed to elucidate quantitative information about ions and small mol ecules solubilized in the fluid environment , in regard to developmental enamel mineralization. Analysis by ion chromatography was conducted on three liquid samples: enamel fluid separated from porcine secretory enamel, tissue fluid isolated from the enamel organ of porcine molars , and serum collected from these animals. Findings of interest were (a) the ionic composition of the enamel fluid was distinct from those of the other fluid environments; (b) in particular , there were descending gradients of Ca ion from the circulating serum toward the extracellular enamel fluid; and (c) the phosphate concentrations were almost the same between the enamel fluid and tissue fluid . The isolated enamel fluid was also confirmed to concentrate lactate almost exclusively without traces of other organic acids . Unexpectedly, the successive extraction of enamel tissues using aqueous solvents (H2O or D2O) revealed the accumulation of acetate and other organic acids in the extracellular enamel at secretory and maturation stages . Parallel studies using rat secretory enamel indicated that most of the lactate may represent a post-mortem product , while acetate and other acids may be physiological metabolites produced by the functioning ameloblasts . From the results obtained here and in previous studies, we considered that the fluid environment in developing enamel has a complex formula of soluble moieties, which may act as modulators of the driving force for enamel mineralization. 抄録:本 研 究 で は,超 遠 心分 離法 に よ りブ タ基 質形成 期 エナ メル質 よ りエ ナ メル溶 液 を分離 ・採 取 し,イ オ ン ク ロマ トグ ラフ ィに よ り溶 質成 分(陽 イ オ ン種 と有機酸 を含 む陰 イオ ン種)の 同定 と定量 分析 を行 った 。 ブタエ ナメル器 組織 液 と血漿 中 での溶質 イオ ン濃度 と比較 検討 した結 果,エ ナメル溶 液の イオ ン組 成 は近接 す るエ ナメ ル器 組織 液や血 液 での イオ ン組成 と異 な ってお り,特 に,全Caイ オ ンにつ いて は濃度差 を保 っ ていた の に対 し て,全 リン酸 イオ ン濃度 はほぼ等 しい ことが 注 目され た。 また,ブ タエ ナメ ル溶 液 中で は乳酸 が多量 に検 出 され たが,酢 酸 や その他 の有機 酸 もエ ナメル 基質 内に蓄積 されて いる こ とが確 か め られ た。 酢酸 は基 質形成 期 エ ナメ ル質 内層 お よび成 熟期 エ ナ メル質 で濃 縮 され てお り,過 剰 量 の水溶媒 に可 溶化 され て くる こ とか ら ,in situで は タ ンパ ク と弱 く吸着 して い る と考 え られ た。 ラ ッ ト基 質形成 期 エナ メル質 での分析 結果 で は,エ ナ メル質 への 乳 酸 の蓄積 は主 に死 後変 化 を反 映 して い るのに対 して,酢 酸 や その他 の有 機酸 はエ ナ メル芽細胞 の 生理 的 な代 謝産 物 であ る こ とが示 され た。本 研究 で得 られ た結果 か ら,形 成 期 エナ メル質 の溶 液相 で は基質 タ ンパ クの分解 産物 を含 む多種 類 の溶質 分子 が共 存 してお り,溶 液組成 の緩 衝効 果 と結 晶沈殿 の駆 動力(溶 液相 での過 飽和 度)の 制 御 に寄 与 して い る ことが 示唆 され た。 258 Jpn. J. Oral Biol., 43: 257-267, 2001.