感染チタン表面の殺菌・再感染予防・組織再生を有するインプラント周囲炎治療法の開発

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22KK0138
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小川 徹 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (50372321)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 啓一 東北大学, 歯学研究科, 教授 (30178644) ; 日原 大貴 東北大学, 歯学研究科, 助教 (60781292) ; 天雲 太一 東北大学, 大学病院, 講師 (80451425) ; 互野 亮 東北大学, 大学病院, 助教 (80845876) ; 庄原 健太 東北大学, 大学病院, 助教 (50845906) ; 山口 洋史 東北大学, 大学病院, 助教 (80876475)
• Project Period (FY): 2022-10-07 – 2027-03-31
• Keywords: 抗菌性 / 非ウィルス性遺伝子導入 / オステオインテグレーション / インプラント周囲炎 / ナノリン酸カルシウム

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、リン酸カルシウムナノ粒子を基材とした遺伝子導入剤を、DefensinやMagaininなど様々な抗菌ペプチドでコーティングすることで口腔内細菌に効果的な抗菌性を示し、かつ歯肉結合組織由来細胞に対して高い遺伝子導入効率を示す組み合わせを検討する。次に遺伝子導入剤内部に抗炎症性を示すsiRNAやBMP-2などの硬組織誘導性細胞賦活因子を発現させるplasmid-DNAなどを複数種搭載させ、骨造成能をin vivoで検証する。これらの結果を基に、インプラント周囲炎に適用し、オステオインテグレーション獲得性を評価する。さらに組織の早期治癒のために高周波振動刺激を行い骨形成促進効果について検討するものである。
R4年度は、可視光・UVC照射装置を購入し、感染チタン表面において銀イオン存在下で青色LEDを照射することで殺菌効果に加え、光触媒活性によるチタン表面性状の回復ができるのではないかという仮説のもと、黄色ブドウ球菌を用いてその検証を行った。
インプラント表面を模倣したチタンディスク（サンドブラスト処理、リン酸エッチング処理後、黄色ブドウ球菌を播種、培養しバイオフィルムを作成）上に、濃度の異なる硝酸銀溶液を加え、青色LEDを1分間照射し、殺菌効果をコロニー形成単位の測定により評価した。また、各処理を行った後のチタン表面の接触角を測定して、表面性状の親水性を評価した。さらに各処理後のチタンディスク上に骨芽細胞様細胞（MC3T3E1）を播種し、培養2日後にMTT試験を行い、細胞親和性の評価を行った。
その結果、銀イオンと可視光領域の青色LED照射の併用法は、浮遊状ならびにバイオフィルムを形成した黄色ブドウ球菌の殺菌作用だけでなく、感染チタン表面の親水性を回復する効果が認められた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度は、感染チタン表面において銀イオン存在下での青色LEDの照射の殺菌効果およびチタン表面性状の回復効果について検討を行った。概ね順調に進行している。

Strategy for Future Research Activity

今後は、銀-UVA照射療法のチタン表面性状改善メカニズムの解明のため、炭素化合物の残量測定、ヒドロキシラジカル発生量測、表層の形態学的解析：SEM,TEM、チタン表面の電荷測定、細胞親和性（歯肉線維芽細胞、MC3T3E1細胞、上皮細胞）の評価について進めていく予定である。
また、多機能性のコーティング処理の開発のため、処理後のチタン表面電荷と抗菌性CaP遺伝子導入ナノ粒子の電荷を計測し、インプラント表面に付着するが、細胞に容易に取り込まれる静電気的な条件とそのCaPコーティング層の物性、遺伝子導入効率、生体親和性、骨誘導性などをin vitro, in vivoにおいて生化学的、形態学的、病理組織学的に検討を行っていく予定である。

Causes of Carryover

コロナの感染状況の影響により、当初予定していた対面での研究打ち合わせをオンラインで行ったため、その分の旅費が残額となったが、翌年度に物品費や旅費として計上する。