ナノカーボン新素材を医療に応用する

酸化グラフェン（GO）は、黒鉛（グラファイト）を強力に酸化しつつ層間剝離することで得られるシート状のナノ炭素新素材であり、極めて優れた特性を有しています。GO の表面には酸素含有官能基が導入されており、高い水分散性を示すため取り扱いが容易であるとともに、さまざまな分子と強力に相互作用できる点が特徴です。我々は、三菱ガス化学株式会社との共同研究により、GO を複合化したコラーゲン足場材を作製し、動物モデルへ埋植しました。その結果、抜歯窩（写真左：埋植なし、写真右：GO 足場材埋植）および根分岐部病変において、治癒の促進が認められました。Int J Nanomed 2016，日歯周誌2016，Int J Nanomed 2018に掲載。

 

我々は、株式会社日本触媒との共同研究により、酸化グラフェン（GO）の強力な相互作用を利用して、歯の表面を GO と塩化セチルピリジニウム（CPC）の複合体で耐水性かつ透明にコーティングすることに成功しました。GO と、口腔含嗽剤の殺菌成分として用いられている CPC は、アニオン―カチオン相互作用により、混合するだけで容易に複合体を形成します。GO は歯の表面にも容易に付着しますが、超薄膜であるため肉眼では視認できず、歯の変色を引き起こしません（模式上図）。実験では抜去歯を用い、GO/CPC 複合体によるコーティングを行った後（写真下左、色調変化なし）、コーティング層を洗い流すように十分な水洗を行いました。その後、う蝕原因菌である Streptococcus mutans を播種培養したところ、GO/CPC 複合体でコーティングした歯では菌の増殖が認められませんでした（写真下右、緑色：S. mutans）。この結果は、水洗後も GO/CPC 複合体が歯面から離脱せず、さらに水中に静置することでイオン交換により CPC が徐々に GO から放出され、長期にわたって抗菌性を示すことを示唆しています。本手法は歯に限らず、ガラス、プラスチック、PET、布など多様な基材に対しても耐水性・透明な複合コーティングを形成することが可能であり、ナノカーボン材料の新たな利用法として注目されています。Sci Rep 2022に掲載．ニュースリリースはこちら．
2021.10.14 付リリース：https://www.shokubai.co.jp/ja/news/202110145551/
2022.10.19 付リリース：https://www.shokubai.co.jp/ja/news/202210197858/
北海道大学研究シーズ集に掲載

 

 

 

参考文献

西田 絵利香，金本 佑生実，石井 花英，郷田 隼，宮治 裕史．酸化グラフェン超薄膜と口腔洗浄含嗽剤による抗菌性耐水コーティング．日誌保存誌，68（3），103-112，2025．
https://doi.org/10.11471/shikahozon.68.103

 

宮治裕史，西田絵利香，郷田 隼，川崎英也．酸化グラフェン超薄膜の導入による抗菌剤の基材定着性の向上．バイオマテリアル－生体材料－，152-157，43（2），2025．

 

宮治裕史．ナノカーボン材料「graphene oxide」による耐水透明コーティングと歯面の抗菌化．北海道歯誌，44，6-9，2023．
http://hdl.handle.net/2115/90477

 

Kanemoto Y, Miyaji H, Nishida E, Hamamoto A, Sugaya T, Gohda S, Ono H. Water-resistant antibacterial properties of a graphene oxide/cetylpyridinium chloride complex formed on medical gauze fibers. J Oral Biosci. 2023 Jun;65(2):202-205.
https://doi.org/10.1016/j.job.2023.02.002

 

宮治裕史，郷田 隼，小野博信．耐水性の高い酸化グラフェン/抗菌・抗ウイルス剤複合超薄膜コーティング．MATERIAL STAGE，22（1），44-47，2022.

 

H Miyaji, Y Kanemoto, A Hamamoto, K Shitomi, E Nishida, A Kato, T Sugaya, S Tanaka, N Aikawa, H Kawasaki, S Gohda*, H Ono. Sustained antibacterial coating with graphene oxide ultrathin film combined with cationic surface-active agents in a wet environment. Sci Rep, 12, 16721, 2022.
https://doi.org/10.1038/s41598-022-21205-4

 

K Kawamoto, H Miyaji, E Nishida, S Miyata, A Kato, A Tateyama, T Furihata, K Shitomi, T Iwanaga, T Sugaya. Characterization and evaluation of graphene oxide scaffold for periodontal wound healing of class II furcation defects in dog. Int J Nanomed, 13, 2365-2376, 2018.
https://doi.org/10.2147/IJN.S163206

 

K Nagao, H Miyaji, E Nishida, T Akasaka, S Miyata, K Shitomi, K Mayumi, A Kato, T Sugaya. Near-infrared irradiation and graphene oxide film fabricated on dentin surface exhibit photothermal and antibacterial effects. J Oral Hyg Health, 6, 231(1-6), 2018.
https://doi.org/10.4172/2332-0702.1000231

 

宮治裕史．酸化グラフェンの医療応用－再生医療材料の創製と抗菌療法の開発－．MATERIAL STAGE，技術情報協会，東京，16, 60-63，2017.

 

E Nishida, H Miyaji, A Kato, H Takita, T Iwanaga, T Momose, K Ogawa, S Murakami, T Sugaya, M Kawanami. Graphene oxide scaffold accelerates cellular proliferative response and alveolar bone healing of tooth extraction socket. Int J Nanomed, 11, 2265-2277, 2016.
https://dx.doi.org/10.2147/IJN.S104778

 

宮治裕史，西田絵利香．カーボンナノシート新素材『酸化グラフェン』の歯周病治療への展開．日歯周誌, 58:65-71, 2016.
http://doi.org/10.2329/perio.58.65

 

宮治裕史，西田絵利香，近藤勝義，梅田純子，古月文志．第１編技術・開発編，第13章ナノカーボンスキャフォールド．再生医療用足場材料の開発と市場．Development and market of scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine．シーエムシー出版，千代田区，129-136，2016.

 

J Umeda, B Fugetsu, E Nishida, H Miyaji, K Kondoh. Friction behavior of network-structured CNT coating on pure titanium plate. Appl Surf Sci, 357, 721-727, 2015.
http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.09.063

 

I Kanayama, H Miyaji, H Takita, E Nishida, M Tsuji, B Fugetsu, L Sun, K Inoue, A Ibara, T Akasaka, T Sugaya, M Kawanami. Comparative study of bioactivity of collagen scaffolds coated with graphene oxide and reduced graphene oxide. Int J Nanomed, 9, 3363-3373, 2014.
http://dx.doi.org/10.2147/IJN.S62342

 

宮治裕史．第10章生体材料関連，1，CNTで表面改変したバイオマテリアルの生体応用．角田裕三，カーボンナノチューブ応用最前線．The Frontiers of Carbon Nanotube Applications．シーエムシー出版，千代田区，357-363，2014.

 

E Nishida, H Miyaji, H Takita, I Kanayama, M Tsuji, T Akasaka, T Sugaya, R Sakagami, M Kawanami. Graphene oxide coating facilitates the bioactivity of scaffold material for tissue engineering. Jpn J Appl Phys, 53, 1-7 (06JD04), 2014.
http://dx.doi.org/10.7567/JJAP.53.06JD04