我々は、関西大学化学生命工学部・川﨑グループとの共同研究により、光殺菌治療法の新技術開発に取り組んでおり、金属ナノクラスターを用いた新規光殺菌治療法について研究を進めています。本材料は水溶性で生体親和性に優れており、メチレンブルーなどの従来の有機系光増感剤と比較して、より広い波長域で光励起が可能である点に特徴があります。そのため、一般的な白色LEDや青色LEDの歯科用重合光照射器を用いて殺菌効果を発揮できる、新しい光増感材料としての応用が期待されます。川﨑グループのホームページ　https://wps.itc.kansai-u.ac.jp/colloid/

 

（左：TEM像）ミュータンス菌は、金クラスター（矢印）と光照射の併用により破壊されている様子が観察されました。金クラスターが光エネルギーを受けて活性酸素を発生し、ミュータンス菌に障害を与えたものと考えられます。（右）蛍光緑でラベルした金クラスターがミュータンス菌周囲に凝集し、菌体を取り囲むように存在していることが確認され、これにより菌が破壊されたことが示されました。

 

 

（左）骨芽細胞に金クラスターを添加した条件では、細胞は良好に付着・伸展しており（アクチン染色）、本材料が細胞毒性の低い材料であることが示されました。（右）一方、光殺菌用として臨床応用されているメチレンブルーを添加した条件では、細胞障害が顕著であり、細胞は十分に伸展できませんでした。Int J Nanomed 2017 に掲載。

 

 

光殺菌治療法の新技術として、銀ナノクラスターと有機色素系光増感剤であるローズベンガルとの複合体を創製し、白色LEDとの併用による殺菌効果を検証しました。その結果、ローズベンガルが産生する活性酸素により銀が酸化され、銀イオンが生成されることで、光照射を停止した後も抗菌性が持続することが確認されました。本技術は、光殺菌治療の効果持続時間を延長できる可能性を有する新たなアプローチであると考えられます。Photodiagnosis Photodyn Ther 2020 に掲載。（Ag NCs/RBによる菌の殺菌；TEM像，細胞壁破壊，LIVE/DEAD染色，緑；生菌，赤；死菌）

 

金ナノクラスター、有機色素系光増感剤であるローズベンガル、ならびに抗菌タンパクであるリゾチームからなる複合体を新規に創製し、白色LEDとの併用による殺菌効果を検証しました。その結果、むし歯菌であるミュータンス菌のバイオフィルム形成を有意に抑制できることを実証しました。本複合体では、金ナノクラスターとローズベンガルを適切に配置することで、共鳴エネルギー移動（resonance energy transfer：RET）が生じ、強い殺菌作用が発現したものと考えられます。抗生剤が効きにくいバイオフィルムを殺菌できたことから、本光増感剤と白色LEDを組み合わせた殺菌治療は、むし歯や歯周病などのバイオフィルム感染症に対する新たな治療法として期待されます。ACS Omega 2021 に掲載。（LIVE/DEAD染色，緑；生菌，赤；死菌）

 

本論文はACS Liveslidesに収載されました。（音声が流れます）https://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/acsomega.1c00838/suppl_file/ao1c00838_liveslides.mp4

 

 

本研究は2016年度田中貴金属記念財団の奨励賞を受賞しました．
https://tanaka-foundation.or.jp/grant/archive.html

 

本研究は2019年度秋山記念生命科学振興財団の研究助成を受けました．
http://www.akiyama-foundation.org/history/history_03

 

I Okamoto, H Miyaji, S Miyata, K Shitomi, T Sugaya, N Ushijima, T Akasaka, S Enya, S Saita, H Kawasaki. Antibacterial and antibiofilm photodynamic activities of lysozyme-Au nanoclusters/rose bengal conjugate. ACS Omega, 9279-9290, 2021.
https://doi.org/10.1021/acsomega.1c00838

 

K Shitomi, H Miyaji, S Miyata, T Sugaya, N Ushijima, T Akasaka, H Kawasaki. Photodynamic inactivation of oral bacteria with silver nanoclusters/rose bengal nanocomposite. Photodiagnosis Photodyn Ther, 101647, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2019.101647

 

蔀 佳奈子，宮治裕史，川﨑英也．チオラート保護金属ナノクラスターの抗菌光増感作用と抗菌光線力学療法（a PDT）への応用．Acc Mater Surf Res，5（3），68-80，2020．

 

K Shitomi, H Miyaji, S Miyata, E Nishida, K Mayumi, T Sugaya, H Kawasaki. Human dentin applied with silver nanoclusters exhibited the antibacterial activity on Streptococcus mutans. Nano Biomed, 11(1), 21-28, 2019.
https://doi.org/10.11344/nano.11.21

 

C Tominaga, K Shitomi, H Miyaji, H Kawasaki. Antibacterial photocurable acrylic resin coating using a conjugate between silver nanoclusters and alkyl quaternary ammonium. ACS Appl Nano Mater, 1 (9), 4809-4818, 2018.
https://doi.org/10.1021/acsanm.8b01010

 

D Hikosou, S Saita, S Miyata, H Miyaji, T Furuike, H Tamura, H Kawasaki. Aggregation/self-assembly-induced approach for efficient AuAg bimetallic nanocluster-based photosensitizers. J Phys Chem C, 122, 12494-12501, 2018.
https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b02373

 

M Yamamoto, K Shitomi, S Miyata, H Miyaji, H Aota, H Kawasaki. Bovine serum albumin-capped gold nanoclusters conjugating with methylene blue for efficient 1O2 generation via energy transfer. J Colloid Interface Sci, 510, 221-227, 2018.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.09.011

 

S Miyata, H Miyaji, H Kawasaki, E Nishida, K Shitomi, T Akasaka, S Tanaka, T Iizuka, T Sugaya. Antibacterial and cytotoxic effects of photoexcited Au clusters via blue high-power or white low-power light-emitting diode irradiation. Biol Eng Med, 2(4), 1-4, 2017.
DOI: 10.15761/BEM.1000126

 

S Miyata, H Miyaji, H Kawasaki, M Yamamoto, E Nishida, H Takita, T Akasaka, N Ushijima, T Iwanaga, T Sugaya. Antimicrobial photodynamic activity and cytocompatibility of Au25(Capt)18 clusters photoexcited by blue LED light irradiation. Int J Nanomed, 12, 2703-2716, 2017.
本論文は2018年日本歯科保存学会奨励賞，北海道歯学会賞を受賞しました．
https://doi.org/10.2147/IJN.S131602