| 研究課題/領域番号 |
20K10025
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
平田 恵理 北海道大学, 歯学研究院, 助教 (10722019)
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| 研究分担者 |
横山 敦郎 北海道大学, 歯学研究院, 教授 (20210627)
高野 勇太 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (60580115)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | カーボンナノ物質 / カーボンナノホーン / インプラント周囲炎 / 光線力学療法 / DDS |
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| 研究実績の概要 |
カーボンナノホーン(CNHs)は，近赤外光を照射すると一重項酸素を発生させる光線力学作用と熱を発生させる光温熱作用の相乗効果をもたらすという光応答性をもつ．本研究は，このCNHsの特徴を用いて，インプラント周囲炎に対して近赤外光照射による抗菌効果を発揮する，革新的な「光応答性CNHインプラント」を開発することを目的とする．本年度は，CNHsに抗菌剤を担持させた複合体と，光照射によって抗菌性を発揮するCNHsの開発を行った．CNHsを，ミノサイクリン（MC）を分散媒として水溶液中に分散させると，分散液中ではMCがCNHsに付着していることが明らかになった．一方で，このMC/CNHsに近赤外光を照射し，薬剤の除放量や静菌作用について確認したところ，光照射による薬剤の徐放量は微量であった．これは，CNHsに対してMCが強力に付着しているのが理由と考えられた．そこで，光温熱効果を増強するために，CNHsに光増感剤であるフタロシアニンを結合して一重項酸素の発生量を測定した．硫酸化フタロシアニン(ZnPCSO4)を酸化CNHsに結合させたZnPC-CNHsに730nmの光を120分間照射したところ，照射前と比較して2倍の一重項酸素が発生した．このZnPC-CNHsを用いて細菌培養を行ったところ，ZnPC-CNHs添加群では非添加群と比較して細菌数は減少したが，光照射の有無では変化がみられなかった．
また，泳動電着法を用いてTi表面にCNHsを修飾する方法を確立した．CNH/Tiは骨芽細胞の接着と増殖を促進した．CNH/Tiを大腿骨に埋入したところ，周囲の新生骨量はTiと比較して有意に高いことが明らかになった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は，CNHsにMCを吸着させて抗菌性を付与することに成功した．MC/CNH複合体はMCと同等の細菌増殖抑制活性を維持していることが明らかになった．この結果はCarbon誌に掲載された．また，CNHsにMC担持させることによってMCの分散性が向上することが明らかになった．これは，これまでCNHsを生体材料に応用する際に課題となっていた分散性を，既に臨床で用いられている薬剤によって向上させるという新たな発見である．一方で，MCはCNHsに協力に結合していたため，近赤外光によって徐放しにくいことが明らかになった．そこで，近赤外光によって静菌作用を得るために，CNHsに光増感剤を付与して一重項酸素の発生を促進することとした．まずは，光増感剤として既に使用されている硫酸化フタロシアニン(ZnPCSO4)を用いての一重項酸素発生が増加することを確認した．さらに，一重項酸素の発生を促進する光増感剤を検討中である．また，泳動電着法を用いてTi表面にCNHsを修飾する方法を確立した．この結果はArtificial Cells, Nanomedicine, and Biotechnology誌に掲載された．
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| 今後の研究の推進方策 |
近赤外光照射によるCNHsからの薬剤の徐放効果を高めるために，CNHsに結合させる光増感剤の種類や量を検討中である．この，光増感剤CNHsに近赤外光を照射することによって，薬剤の除放が制御できるのみならず，発生した一重項酸素による殺菌作用も期待できる．これらの光増感剤CNHsを用いた殺菌作用を検討する．また，殺菌作用を発揮する濃度下にて線維芽細胞の増殖を比較するのと，ラット歯肉に埋入した後に近赤外光を照射して周囲組織への影響を評価する．これによって，生体材料としての安全性を確認していく予定である．さらに，光増感剤CNHsに成長因子や抗生剤を結合させることが可能となれば，近赤外光照射によって薬剤の徐放をコントロールすることが可能となる．以上のように，今後はCNHsに光増感剤を結合することによる光温熱効果の増強と，担持薬剤の徐放コントロールについてさらに検討していく予定である．また，これまでに報告した泳動電着法によるCNHsのTi表面への修飾法を用いて，光温熱効果を維持したCNH/Tiを開発する予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルスの流行のため，全ての学会がリモート開催になり，計上していた旅費を使用しなかったため．次年度もほとんどの学会がリモート開催予定のため旅費はほとんど使用しないため，ほとんどを消耗品で使用する予定である．
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