我々と関西大学化学生命工学部川﨑グループの共同研究チームは，光殺菌治療法の新技術開発を行い，金属ナノクラスターを用いた光殺菌治療法について研究を進めています．水溶性で生体親和性が良く，メチレンブルーなどの従来の有機系光増感剤に比較して幅広い波長で光励起が可能なため，一般の白色LEDや青色LED歯科重合用光照射器で殺菌できる新しい材料です．川﨑グループのホームページ　https://wps.itc.kansai-u.ac.jp/colloid/

 

（左：TEM像）ミュータンス菌が金クラスター（矢印）と光照射によって破壊されました．光エネルギーから活性酸素を発生してミュータンス菌に障害を与えたと考えられました．（右）ミュータンス菌周囲に金クラスター（蛍光緑でラベル）が凝集して菌を破壊したことがわかりました．

 

 

（左）骨芽細胞に金クラスターを添加しても細胞は付着伸展しました（アクチン染色）．細胞毒性が低い材料であることがわかりました．（右）光殺菌用に臨床応用されているメチレンブルーを添加すると細胞障害が大きく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の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．ローズベンガルが産生する活性酸素によって銀が酸化され，銀イオンを生じ，光を消灯しても抗菌性が持続することが確認されました．光殺菌治療の効果時間の延長につながる技術になると思われます．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ローズベンガル，抗菌タンパクリゾチームの複合体からなる新しい光増感剤を創製し，白色LEDと併用することで，むし歯菌（ミュータンス菌）のバイオフィルムの抑制効果を実証しました．金ナノクラスターとローズベンガルを適確に配置したことで，共鳴エネルギー移動（RET）という現象が発生し，強い殺菌性を示しました．抗生剤が効かないバイオフィルムを殺菌できたことから，この新しい光増感剤と白色LEDの組み合わせによる殺菌治療はむし歯や歯周病といったバイオフィルム感染症の治療法として期待できます．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

 

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