ポイント
・MC/HA/CNHは近赤外線照射によって抗菌効果が増強され、効果は長時間持続。
・歯科インプラント治療の問題であるインプラント周囲炎に対する治療法への応用に期待。
概要
歯科インプラント(*1)治療は失った歯を補綴(代替)する信頼できる方法ですが、近年、インプラントを喪失する原因であるインプラント周囲炎(*2)が深刻な問題として報告されています。そのため、インプラント周囲炎に対する効果的な治療法の開発が急務となっています。
カーボンナノホーン(CNH)(*3)は、光線力学効果(*4)を利用した薬物送達の担体として有望視されている炭素ナノ材料の一つです。研究グループは、CNHの特性である近赤外光(*5)による光線力学的作用を活かし、ミノサイクリン(MC)、ヒアルロン酸(HA)、CNHからなる光応答性ナノ複合体(MC/HA/CNH)を開発しました。
MC/HA/CNHは近赤外光照射によりMC単独よりも高い抗菌効果を示し、さらに、その効果は48時間の透析後も持続することが確認されました。すなわち、近赤外光が口腔粘膜を透過することから、光応答性ナノ複合体(MC/HA/CNH)によるインプラント周囲炎治療は、単回の薬剤投与後に光照射を繰り返すことで持続的な効果を得る可能性があります。本革新的アプローチは、将来のインプラント治療の発展に寄与するものと期待されます。
なお、本研究成果は2024年6月14日(金)公開のNanoscale誌に掲載されました。
背景
研究手法
CNHの上記のような特徴を利用して、抗菌薬であるミノサイクリン(MC)と複合し、近赤外光による抗菌作用増強を図りました。しかしながら、CNHとMCは強固に結合しているため、近赤外光を照射しても抗菌作用には変化がありませんでした。そこで、医療分野で幅広く利用されているヒアルロン酸(HA)とCNHを複合化し、MCを担持させたMC/HA/CNHを開発しました。このMC/HA/CNHにインプラント周囲炎の原因菌の一つであるA.a菌(*7)を播種し、近赤外光を照射した後の細菌生存率をMC単独の場合と比較しその有効性を検討しました。
研究成果
さらに、MC/HA/CNHを48時間透析した後でも、近赤外光照射下では生残細菌は検出されませんでした(図3)。これらの結果から、近赤外光照射によりCNHの光熱効果が引き起こされるとともに、CNH表面のHAからMC放出が促進され抗菌作用が増強されることが示されました。
今後への期待
謝辞
論文情報
Nanohorn Composite toward Peri-implantitis Treatments(インプラント周囲炎に対する近赤外光応答性ミノサイクリン/ヒアルロン酸/炭素ナノホーン複合体の開発)
【著者名】 小西大輔(1)、平田恵理(2)、高野勇太(3)、前田由佳利(2)、牛島夏未(2)、湯田坂雅子(4,5)、横山敦郎(2)
[(1)北海道大学大学院歯学院、(2)北海道大学大学院歯学研究院、(3)北海道大学電子科学研究所、(4)名城大学大学院理工学研究科、(5)産業技術総合研究所ナノ材料研究部門]
【雑誌名】 Nanoscale(ナノ材料の専門誌)
【DOI】 10.1039/D4NR01036A
【公表日】 2024年6月14日(金)(オンライン公開)
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参考図
用語解説
*2 インプラント周囲炎 … インプラント周囲組織(骨、粘膜)に生じた炎症。細菌感染が原因となることが多く、進行するとインプラント体と周囲骨組織との骨結合が喪失してインプラント体の脱落を引き起こす。
*3 カーボンナノホーン(CNH) … 飯島澄男博士らのグループが1998年に発見したカーボンナノチューブの一種。直径は2~5nm、長さ40~50nmで不規則な形状を持つ。数千本が寄り集まって直径100nm程度の球形集合体を形成している。金属触媒を用いることなく合成されるため生体適合性が高いことが報告されている。
*4 光線力学効果 … 光エネルギーを吸収した物質が熱や活性酸素種を発生し、周囲環境に作用する現象。
*5 近赤外光 … 可視光線より長い波長の光で、生体に対する透過性が高いことが知られている。
*6 バイオフィルム … 細菌が作り出す、細菌と食渣などの集合体のこと。インプラント表面に形成されるとインプラント周囲炎の原因となる。
*7 A.a菌 … Aggregatibacter actinomycetemcomitans. 歯周病やインプラント周囲炎の主要な原因菌の一つとされる。