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ミッドの殺菌効果の調査

Nov 16, 2023Nov 16, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 18111 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

一般に使用されている多くの抗菌剤に耐性を持つ細菌の数の急速な増加と、その世界的な蔓延は、世界的に大きな問題となっています。 特に局所感染症である歯周病では、抗菌薬を主体としない治療法のニーズが高まっており、抗菌光線力学療法(aPDT)が注目されています。 本研究では、波長可変性により選択的に分子振動を励起できる中赤外自由電子レーザー(MIR-FEL)の応用可能性を検討するための基礎研究として、大腸菌に対する殺菌効果を調査した。 、PDT に。 この研究で調べる最適な照射波長は、フーリエ変換赤外分光法を使用して得られた細菌の赤外スペクトルから決定されました。 FT-IRスペクトルから5つの照射波長(6.62、6.88、7.14、8.09、9.26μm)を選択したところ、波長6.62μmの殺菌効果が他の波長に比べて顕著に強いことが分かりました。 アミド II バンドに対応するこの波長では、照射時間が増加するにつれて細菌の生存率が大幅に減少しました。 反対に、ネオジムをドープしたイットリウム アルミニウム ガーネット (Nd: YAG) レーザーを 1.06 μm で照射すると、明確な殺菌効果は見られませんでした。 MIR-FEL 照射後に形態学的変化は観察されず、細菌の細胞小器官分子が MIR-FEL 照射の標的である可能性があることが示唆されましたが、正確な標的は特定されていませんでした。 また、レーザー照射により培地に生じる温度変化は室温で±1.5℃であった。 これらの結果は、大腸菌は通常 75 °C で 1 分間以上加熱すると死滅するため、MIR-FEL の殺菌効果は赤外光子を含む光化学反応に由来するものであることを示唆しています。

東京理科大学野田キャンパス(FEL-TUS)に設置されている赤外線(IR)自由電子レーザー(FEL)は、高出力パルスレーザーです。 主要な FEL-TUS デバイスは、5 ~ 12 μm の発振波長範囲を持つ中赤外 FEL (MIR-FEL) で、分子指紋領域のほぼ全体をカバーします1。 この波長範囲は分子の基本振動周波数に対応します。 したがって、MIR-FEL は、選択的振動励起を通じて、分子、有機材料、生体分子、生体細胞などを含む多くの物質の光化学的特性を研究するために使用できます2。 MIR ピコ秒発振器の広い瞬間帯域幅は、強力なフーリエ変換 (FT) 技術の使用を可能にするため、特に魅力的です。これにより、正確な波長校正の負担が光源から検出システムに移されると同時に、優れた信号対雑音比も実現されます。特性と波長に依存しないスペクトル分解能3,4。

FEL-TUSは、線形加速器で電子を光速に近い速度で加速することによって生成される放射線を周期磁場に導入し、共鳴器内で放射線と電子ビームとの相互作用によって放射線を増幅し、レーザー光線5. 得られるレーザー光は、(I) マクロパルスとマイクロパルスからなる特殊なパルス構造、(II) 高輝度、(III) 可変波長、および (IV) 完全な直線偏光によって特徴付けられます。 さらに、FEL-TUS の幅広い波長調整機能により、選択的な分子振動励起が可能になり、振動のはしご登りによる分子の解離に適切な光源が提供されます6。

歯科診療では、典型的な発光波長が 1064 nm のネオジムドープ イットリウム アルミニウム ガーネット レーザー (Nd: YAG レーザー) とエルビウムドープ (Er): YAG レーザー (2940 nm) が根の殺菌によく使用されます。根管処置と歯周病の治療7、8、9。 次亜塩素酸ナトリウム溶液による化学的消毒は伝統的に根管治療に使用されており 10、抗生物質を含む軟膏の塗布またはスケーラーによる機械的除去が歯周病の一般的な治療法です。 最近、レーザーによる滅菌が注目を集めています。 しかし、このような処置に使用されるレーザーの波長は固定されており、可変波長を備えた適切な光源はほとんどありません。 近年、UVレーザーによる二酸化チタンインプラント表面の滅菌と、新型コロナウイルス感染症の近赤外線滅菌が報告されています11,12。 しかし、MIR-FEL は 2006 年に新しい医療機​​器として導入されると予想されていたにもかかわらず、1998 年以降、MIR-FEL の滅菌効果に関する報告はわずか 13,14 しかありません。

歯周病の治療には滅菌が重要であり、さまざまな滅菌方法が報告されています16。 抗菌薬は最も一般的なタイプの薬物療法です。 しかし、一般的に使用されている多くの抗菌剤に耐性を持つ細菌の蔓延の急速な増加とその世界的な蔓延は、世界中で大きな問題となっています17。 さらに、抗菌薬の開発ペースは、特に局所感染を伴う歯周病の治療において明らかに減少しており、異なる作用機序による治療の研究の必要性が高まっている18、19、20。

近年、光線力学療法 (PDT) がいくつかの種類のがんの代替治療法として開発されました 21。 このタイプの治療の主な利点の 1 つは、重篤な副作用がないため、頻繁に繰り返すことができることです 22。 また、滅菌目的でグラム陰性/グラム陽性微生物を光不活性化するためにも使用されており、これは抗菌光線力学療法 (aPDT) と呼ばれています 23,24。 このような背景に対して、aPDT は、口腔病原体と多剤耐性菌の両方を含む多くの微生物の滅菌に有用であることが報告されています 25、26、27、28。 しかし、一般に、aPDT には外因性または内因性色素の使用が必要であり、これらの色素を必要とせずに細菌特異的な細胞小器官の分子内結合を標的とした研究はほとんど報告されていません。

生命の構成要素の多くは中赤外領域からの放射に特に感受性があり、MIR-FEL は分子振動を選択的に励起することができます 15,29,30。 また、従来のaPDT技術とは異なり、MIR-FEL照射により色素を使用せずに殺菌効果が得られれば、より簡易な消毒方法の開発に応用できる可能性があります。 そこで本研究では、MIR-FELを感染症制御用の新たなaPDTデバイスとして利用する可能性を探ることを目的として、MIR-FEL照射による大腸菌に対する殺菌効果に関する基礎研究を行った。

この研究では、常在グラム陰性菌として大腸菌 HB-101 株を使用しました。 大腸菌を、1.5% Bacto 寒天 (Beckton Dickinson) を含むブレイン ハート インフュージョン ブロス (BHI ブロス; Beckton Dickinson Co.、米国メリーランド州スパークス) 中で好気的に 24 時間培養しました。

5 Hz で動作する MIR-FEL は、金コーティングされたミラーを使用して垂直に反射され、BaF2 レンズ (ピアオプティクス株式会社、群馬、日本) で集束され、光路は次のように調整されました。細菌溶液全体が照射にさらされました。 サンプル直前のレーザーの出力は約 10 mJ/パルスでした。 研究に最適な MIR-FEL 波長を決定するために、ガラス スライドに塗りつけて 15 分間風乾した大腸菌の IR スペクトルを従来の FT-IR 分光計 (JASCO FT/IR-6100、 JASCO、東京、日本)。 FT-IR 測定は、全反射減衰法 (ATR)31 を使用し、次の測定パラメータで実行されました: スキャン数: 64、解像度: 4 cm-1、出力: 5 ~ 8 mJ/パルス、測定範囲: 4000 –800 cm−1 (2.5 ~ 12.5 μm)。

5 Hz で動作する LS-2137 2-DL (LOTIS II Co.、ベラルーシ、ミンスク) Nd: YAG レーザーを使用して生成された光は、バンドパス フィルターを通過させることによって 1064 nm で除去され、ミラーを使用して垂直に反射されました。 菌液全体が照射野に収まるように光路を調整した。 サンプル直前のレーザーの出力は 10 mJ/パルスでした。

波長600 nmでの吸光度が1.0の細菌の一晩培養物(100 μL)を遠心分離し、10 μLの生理食塩水(大塚製薬株式会社、東京、日本)に懸濁した。 細菌懸濁液にレーザーの 1 つを 5、15、または 30 分間照射しました。 対照サンプルは照射されませんでしたが、照射されたサンプルと同じ時間放置されました。 照射後、各サンプルを段階希釈し、0.1 mL の希釈サンプルを BHI 寒天プレートに塗布し、24 時間好気培養しました。 続いて、コロニーの数を数え、生菌数をコロニー形成単位/mL (CFU) で計算しました。 細菌細胞の生存は、細胞が照射された後のCFUの数を計数することにより、生存細菌の数に基づいて推定されました。 レーザー照射による抗菌効果を調べるため、対照群の生菌数に対する照射群の生菌数の比として生存率を求めました。

MIR-FEL または Nd:YAG レーザーで計画した各波長で照射した大腸菌サンプルを、0.1 M カコジル酸ナトリウム緩衝液中の 1% グルタルアルデヒドで 60 分間固定しました。 固定後、サンプルを 0.1 M カコジル酸ナトリウム緩衝液で 2 回洗浄し、段階的な一連のエタノール水溶液 (50、70、80、90、100%、各シリーズの浸漬時間: 15 分) で脱水し、その後風乾しました。 。 次に、イオンスパッタリングシステム (JFC-1300、AUTO FINE COATER、日本電子光学研究所、東京、日本) を使用して、サンプルを白金の薄層でコーティングしました。 細菌細胞の形態変化は走査型電子顕微鏡 (SEM: JCM-6000Plus、日本電子、東京、日本) で観察されました。

細菌の温度に対するレーザー照射(60 分間の連続照射)の影響を調べるために、SC620 熱画像カメラ(FLIR Systems Japan KK、東京、日本)を使用して、照射手順中にサンプルを 60 分間継続的にモニタリングしました。

統計分析は、一元配置分散分析 (ANOVA) に続いて、BellCurve for Excel ソフトウェア (Ver. 3.21、Social Survey Research Information Co., Ltd.、東京、日本) を使用した Tukey 検定によって実行されました。 グループ間の差異は、P < 0.05 で有意であるとみなされました。

2.5 ~ 12.5 μm の波長範囲における大腸菌の FT-IR スペクトルを図 1 に示します。上記のスペクトルにはいくつかの明確な吸収ピークが認められました。 やや幅広いピークが約 3.0 μm に見られ、狭くて鋭く強いピークが 6.00 および 6.62 μm に観察され、弱いピークが 6.88 および 7.14 μm に存在し、幅広いピークが 8.09 および 9.26 μm に見られました。 NIST Chemistry Reference Database (NIST Chemistry WebBook)32 によって提供される IR スペクトルによれば、凝縮相における H2O の中赤外吸収は、1648 cm-1 (6.07 μm) 付近に単一の鋭いピークとその周囲にブロードなピークを示します。 3360 cm−1 (2.98 μm)。 したがって、約 3.0 μm および 6.00 μm に見られるピーク (図 1 の灰色の三角形でマーク) は H2O に安全に割り当てられますが、6.00 μm のバンドは前述したように大腸菌のアミド I バンドに関連している可能性があります。後で。 他の 5 つの波長 (灰色の矢印でマーク) は、現在の研究の照射波長として選択されました。 対応する振動の割り当てを表 1 に示します。

赤外吸収分光法による大腸菌の赤外吸収スペクトルの測定。 いくつかの明確な吸収ピークが見られます。 やや幅広のピークが約 3.0 μm に見られ、狭くて鋭く強いピークが 6.00 および 6.62 μm に観察され、弱いピークが 6.88 および 7.14 μm に存在し、幅広のピークが 8.09 および 9.26 μm に見られます。 約 3.0 および 6.00 μm のピーク (灰色の三角形でマーク) は主に H2O に関連していました。 今回の実験では、5 つの波長 (灰色の矢印でマーク) が照射波長として選択されました。

MIR-FELまたはND:YAGレーザー照射後に大腸菌を培養しました。 次に、各グループの CFU の数を決定し、コントロールと比較した相対生存率を計算しました (表 2 および図 2)。 MIR-FEL を 6.62、6.88、7.14、8.09、または 9.26 μm で 15 分間照射すると、生存細菌細胞数が大幅に減少し (P < 0.01)、相対生存率値は 2.3 ± 1.6%、12.0 ± 1.1% となりました。 、それぞれ、23.2 ± 2.1%、18.7 ± 1.7%、および 18.6 ± 0.5%。 MIR-FEL の殺菌能力は、すべての波長において Nd:YAG レーザーの殺菌能力よりも著しく高く (相対生存率: 43.3 ± 5.3%、P < 0.01)、MIR 光の殺菌効果が示されました。 特に、6.62μmの波長で見られる殺菌効果は、他の波長で観察されるものよりも顕著に強かった(P<0.01)。 6.62 µm での MIR-FEL 照射により、細菌の生存率が時間依存的に大幅に減少しました (図 3)。

さまざまな波長のFEL照射による大腸菌に対する殺菌効果。 グループ間の比較は、一元配置分散分析とその後のテューキー検定を使用して実行されました。 アスタリスク (**P < 0.01) は、非照射グループまたは 15 分間の MIR-FEL 照射グループとの有意差を示します。

波長 6.62 μm での MIR-FEL 照射の時間依存性殺菌効果 (生存率)。 グループ間の比較は、一元配置分散分析とその後のテューキー検定を使用して実行されました。 有意差はアスタリスクで示されます (**P < 0.01)。

関連する波長で 15 分間照射した後、細菌細胞を走査型電子顕微鏡で検査しました。 波長6.62μmのMIR-FEL照射後は非照射群と比較して生細胞数が減少し、細胞破壊が観察された。 しかし、波長6.88μmのMIR-FEL照射後は形態変化は観察されず、波長7.14μmのMIR-FEL照射後は非照射群と比較して細胞数がわずかに減少しただけであった。 9.26μmのMIR-FEL照射またはNd:YAGレーザー照射後の細菌細胞の電子顕微鏡画像は、非照射群で得られたものと同等でした(図4)。

MIR-FEL照射またはND:YAGレーザー照射後の大腸菌細胞の形態。 10 kVで動作する走査型電子顕微鏡で得られた大腸菌の画像が示されています。 (A1) 未処理グループ (コントロール)。 (A2) 6.62 µm MIR-FEL 照射グループ。 (A3) 6.88 µm MIR-FEL 照射グループ。 (A4) 7.14μm FEL照射群。 (B1) 9.26 μm MIR-FEL 照射グループのコントロール。 (B2) 9.26 µm MIR-FEL 照射グループ。 (C1) ND のコントロール: YAG 照射グループ。 (C2)15分Nd:YAGレーザー照射群。 スケールバー、2 μm。

MIR-FEL 照射中の細菌サンプルの温度の測定は、SC620 サーモグラフィー カメラを使用して実行されました。 サンプルの平均温度は室温±0.12℃のままでした(図5)。

MIR-FEL照射により細菌サンプルに誘発される温度変化。

臨床現場ではさまざまな滅菌法が利用されています。 このうち、レーザーは歯科診療において口腔病原菌を殺すために時々使用されます。 半導体レーザー、特に Nd:YAG、Er:YAG、CO2 レーザーは、歯科診療で使用される主なレーザーです 7、8、9。 これらのレーザーでは、固体または気体が媒体として使用され、単一波長で発振する光が使用されます。 これらのレーザーの発振領域は、≤ 3 µm または ≥ 10 µm にあります。 しかし、中赤外領域で発光するレーザーはまだ実用化されていません。 私たちの知る限り、共鳴振動励起による細菌の滅菌に関する報告は発表されていません。これはおそらく、指紋のスペクトル領域に強力な波長可変光源が存在しないためと考えられます。 分子結合に共鳴する波長のレーザー光を照射することで高効率な照射が可能となり、周囲環境へのダメージを抑えることが期待できます。 私たちのグループは歯科分野で研究を行っており、本研究はMIR-FELが歯周病の治療に使用できるかどうかを検討するパイロット研究でした。 本研究では、東京大学野田キャンパスに設置されたMIR-FELを用いて、6〜10μmの範囲の赤外線放射が大腸菌に及ぼす影響を調査した。

表 1 は、大腸菌の FT-IR スペクトルで見られるピークの振動割り当てを示しています 33、34、35、36。 6.00 µm 付近の鋭いピークは、アミド I (C=O) バンドに対応します 34、35、36。 ただし、前述したように、液体の水も 6.00 µm 付近に強いピークを示します。 2.5 μm 付近の水のピークが強く現れており、これはサンプル中に水分が存在することを意味するため、6.00 μm 付近のピークは H2O とアミド I バンドの両方から構成されていると推測されます。 6.62 μm 付近の鋭いピークは、アミド II (タンパク質の NH 屈曲と結合した νC-N) バンドに対応します 34,35,36。 7 mm を超えると、吸収バンドが重なり合い、各ピークが分離されないため、単一の振動モードに割り当てるのは難しいと思われます。 例えば、Caine et al.35 は、7 mm 付近のバンドは脂肪酸と多糖類の反対称 C-H 屈曲モード (約 1468 cm-1) と対称 COO- (約 1400 cm-1) によるものであると考えています。 一方、Acebo et al.33 は炭酸塩 (1424–1414 cm-1) の可能性を指摘した。 8.1 mm 付近の幅広いピークは、アミド III バンドを伴う反対称 PO2 振動モードに割り当てられます 35。 9.3 mm 付近の幅広のピークは、対称 PO2 振動モードの象徴です 35。 これらの波長の中で、6.62 μm (アミド II) での MIR-FEL 照射は、細菌増殖の最大の照射後阻害をもたらしました (図 2)。 静菌作用を発揮する抗菌剤にはマクロライドやテトラサイクリンが含まれ、その作用機序はタンパク質合成の阻害です 37,38。 したがって、微生物内のタンパク質は、微生物の成長と生存にとって重要な要素です。 したがって、同様の効果を示したMIR-FEL照射は細菌内のすべてのタンパク質に影響を及ぼし、細菌の増殖に関与するプロセスを阻害することによる静菌効果をもたらした可能性があります。 しかし、今回の研究では MIR-FEL の細菌標的は特定されず、今後 FT-IR を用いた定量分析により MIR-FEL 照射の正確な標的を明らかにする必要がある。

水分子の O-H 振動励起に基づく滅菌は、Er:YAG レーザー (λ = 2.95 μm) の滅菌メカニズムと類似していると考えられます。Er: YAG レーザーは細菌の周囲の水分子を蒸発 (アブレーション) します。 、そしてその力は周囲の分子に物理的損傷を引き起こします。 ラウフら。 Er:YAG レーザーによる滅菌には 30 mJ/パルスのエネルギー レベルが必要であると報告しました 39。 従来のaPDTでは、当初、ローズベンガルの励起を最大化し、生成される一重項酸素の量を増加させるためには、緑色LEDの使用が最も望ましいと考えられていました40,41。 しかし、近赤外線や可視光の照射とは対照的に、中赤外線による殺菌のメカニズムは決定的に異なります。 6.62 μm の波長で、MIR-FEL は状態選択的にアミド II (N-H) バンドに到達します。これには一重項酸素などの活性酸素種の形成は含まれず、理論的には酸化損傷を引き起こしません。 一方、図2、図3に示すように、 図2および4に示されるように、MIR-FELは大腸菌に対して殺菌効果を有したが、細菌にいかなる形態学的変化も引き起こさなかった。 これらの発見は、MIR-FEL 照射が細菌細胞小器官内の分子間結合に及ぼす影響によりアミノ酸合成を阻害し、細菌の活動を低下させる可能性があることを示唆しています。

レーザー照射を含む各種光照射は熱毒性を引き起こす可能性がありますが、本研究では照射時の培地温度変化は±0.12℃以内であり(図5)、この温度による殺菌効果は明ら​​かでした。変更は無視できます。 この発見は、MIR-FEL の殺菌効果が温度の上昇よりもむしろ IR 光子に由来することを強く示唆しています。 温度変化(30℃から42℃)後のヒートショックタンパク質発現の誘導は、熱殺菌耐性を向上させるために必要であることが報告されています42。 この研究では照射後の大腸菌のヒートショック分析は行われなかったが、MIR-FEL照射後にわずかな温度変化が観察されただけであり、レーザー照射が標的微生物の熱死滅耐性を高める可能性は低い。 したがって、PDT を複数回実行することによる悪影響は重要ではない可能性があります。

最近の歯周病研究では、細菌および宿主の免疫応答に作用する薬剤が補助治療として選択されています。 しかし、これらの抗菌薬はいずれも歯周病のゴールドスタンダード治療法として確立されていません43。 これまでの研究では、歯肉縁下の歯周病菌が、歯周病の治療に一般的に使用されるアモキシシリン、クリンダマイシン、ドキシサイクリンなどの治療濃度の抗生物質に対して in vitro で耐性を示したことが報告されています 44。 したがって、グラム陰性菌を除去するだけでは歯周病を効果的に治療することはできない可能性があるため、aPDT に関するさらなる研究が必要です。 しかし、MIR-FELを歯周病の治療に応用する前に、歯周病の治療において最も重要な因子と考えられるバイオフィルムとポルフィロモナス・ジンジバリスに対するMIR-FELの影響を調査する必要がある。 近赤外Nd:YAGレーザー(中心周波数:1.064μm)の侵入深さは1~5mmです。 Er:YAG レーザー(中心周波数 2.94 μm)の透過深さは、Nd:YAG レーザーや MIR-FEL よりも浅く、1μm15 です。 歯科における aPDT の典型的な標的は P. gingivalis で、この微生物のサイズは約 1 µm です 45。 したがって、MIR-FEL 照射による P. gingivalis の根絶は実現可能性が高く、臨床応用できる可能性があります。

一方で、MIR-FELを用いたaPDTは特定の波長で大腸菌に対して殺菌活性を示すものの、生体内で照射した場合の正常細胞への影響(安全性)など実用上は大きな課題が残されている。臨床現場で使用する前に、関連する照射装置の設計を解決する必要があります。 aPDT は補助療法として歯周病の治療に役割を果たす可能性があり、他の歯周療法との組み合わせは臨床上の重要な成功に貢献する可能性があります 27,28。 例えば、青色光を使用する aPDT は、プロピオニバクテリウム アクネス、ヘリコバクター ピロリ、黄色ブドウ球菌などに見られる内因性細胞内ポルフィリンを励起するために使用されています 46,47,48。 したがって、MIR-FELによるaPDTは、従来のaPDTとは異なり、滅菌対象物を色素で染色する必要がなく、光照射のみで抗菌効果が期待できるため、簡易aPDTとして応用できる可能性がある。

結論として、今回の MIR-FEL 実験の結果は、このようなレーザーが特定の波長の照射によって分子間切断を誘発する新しい aPDT の基礎となる可能性があることを示唆しています。 また、aPDTは感染を繰り返す場合にも実施でき、抗菌薬の繰り返し使用のように細菌耐性を誘発する可能性がほとんどありません。 これらの可能性は、MIR-FEL が将来新しいタイプの aPDT に使用される可能性があることを示唆しています。 現在のところ、MIR-FEL 照射の殺菌効果に関する報告は多くありませんが、特定の波長の MIR-FEL 照射が大腸菌に対して殺菌効果を発揮することは非常に興味深いです。 MIR-FEL 照射の殺菌効果とその根底にあるメカニズムを調査する必要があります。 しかし、そのようなデバイスのサイズは、MIR-FEL の臨床応用を制限する最も深刻な問題です。 MIR-FELは、電子ビームを発生させる高周波電子銃、電子ビームを加速する加速管、電子ビームを蛇行させて光を発生させるアンジュレーター、光を増幅・発振させる光共振器で構成されています。 特に加速管だけでも長さは 3m5 あり、滅菌のみを目的として診療所に設置するのは困難である。 システムのさらなる改良は、その臨床応用に役立つであろう。

現在の研究中に生成されたデータセット、および/または現在の研究中に分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

抗菌光力学療法

ブレイン・ハート・インフュージョン

エルビウムドープイットリウムアルミニウムガーネット

自由電子レーザー

フーリエ変換赤外線

赤外線

中赤外自由電子レーザー

ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット

東京理科大学

宮本 裕也 ほか自由電子レーザーによるβ-プロピオラクトンの13C選択的赤外多光子解離。 Nucl. インストラム。 方法 物理学。 解像度宗派。 B 269、180–184 (2011)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Pupeza, I. et al. 生物系の場分解赤外分光法。 ネイチャー 577、52–59 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Fellgett, P. 放射線検出器の究極の感度と実用的な性能について。 J. Opt. 社会午前。 39、970–976 (1949)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Connes, J. & Connes, P. フーリエ分光法による近赤外惑星スペクトル。 I. 手段と結果。 J. Opt. 社会午前。 56、896–910 (1966)。

記事 ADS Google Scholar

今井 哲 ほか東京理科大学におけるIR-FELの状況。 FEL 2012—第 34 回国際自由電子レーザー会議。 453–455 (2012)。

今井 哲 ほか東京理科大学におけるIR-FELの研究活動。 第9回日本加速器学会学術講演会予稿集 1052年(2012年)。

青木 明、安藤 裕、渡辺 博、石川 I. エルビウム:YAG レーザーを用いた歯肉縁下歯石のレーザースケーリングに関する in vitro 研究。 J. ペリオドントール。 65、1097–1106 (1994)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ボルデア、IR 他根管消毒におけるさまざまなレーザー治療の応用結果の評価: 系統的レビュー。 写真診断。 フォトディン。 それで。 29、101611 (2020)。

記事 Google Scholar

宮崎明 ほか慢性歯周炎患者の歯周ポケットに対する Nd:YAG および CO2 レーザー治療と超音波スケーリングの効果。 J. ペリオドントール。 74、175–180 (2003)。

論文 PubMed Google Scholar

エストレラ、C.ら。 次亜塩素酸ナトリウムの作用機序。 ブラズ。 凹み。 J. 13, 113–117 (2002)。

論文 PubMed Google Scholar

マネア、A.ら。 選択的レーザー溶解によって作成された多孔質歯科インプラントの滅菌プロトコル。 クルージュル医学。 91、452 (2018)。

PubMed PubMed Central Google Scholar

Vuerich, R. et al. 超迅速かつ持続可能なエアロゾル滅菌のための新しいレーザー装置。 環境。 内部。 164、107272 (2022)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ドスタロワ、T. et al。 硬い歯組織と柔らかい歯組織におけるレーザー放射の伝播。 レーザーのへこみ。 VI 3910、24–29 (2000)。

ADS CAS Google Scholar

Shen, JH、Harrington, JA、Edwards, GS & Joos, KM 顕微手術用途向けの赤外線自由電子レーザーの中空ガラス導波路デリバリー。 応用オプション。 40、583–587 (2001)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Ilev, I. & Waynant, R. 中赤外の生物医学的応用。 中赤外半導体。 光電子。 2006、615–634 (2006)。

記事 ADS Google Scholar

Mysak、J. et al. Porphyromonas gingivalis: 主要な歯周病菌の概要。 J.Immunol. 解像度 2014、476068 (2014)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Qiu、W.ら。 虫歯に対する抗生物質・抗菌剤の塗布。 バイオメッド。 解像度内部。 2020、5658212 (2020)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Firdaus, BA、Sharma, P.、Milward, M. 歯周病の管理における抗菌剤の役割。 凹み。 アップデート 46、952–958 (2019)。

記事 Google Scholar

モロ、MG et al. 歯周病の非外科的治療に対する抗菌光線力学療法 (aPDT) の有効性: 系統的レビュー。 レーザー医学。 科学。 36、1573–1590 (2021)。

論文 PubMed Google Scholar

Steinberg, D. & Friedman, M. 歯周病治療のための抗菌薬の徐放性送達: 幻想か、それともすでに現実か? ペリオドントール。 2000(84)、176–187 (2020)。

記事 Google Scholar

ドルマンズ、DE、フクムラ、D. & ジェイン、RK がんに対する光力学療法。 ナット。 Rev. Cancer 3、380–387 (2003)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ドハティ、TJ 他光力学療法。 JNCI J. Natl. がん研究所 90、889–905 (1998)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

カレラ、E. et al. 歯科における抗菌光線力学療法 (aPDT) の応用: 批判的なレビュー。 レーザー物理学 26、123001 (2016)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

ミノック、A.ら。 細菌の光不活性化: カチオン性の水溶性亜鉛フタロシアニンを使用して、グラム陰性菌とグラム陽性菌の両方を光不活性化します。 J.Photochem. フォトビオール。 Bバイオル。 32、159–164 (1996)。

記事 CAS Google Scholar

Rajesh, S.、Koshi, E.、Philip, K. & Mohan, A. 抗菌光力学療法: 概要。 J.インド協会。 ペリオドントール。 15、323–327 (2011)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

サビーノ、CP 他。 世界的に優先されている多剤耐性病原体は、光力学療法に抵抗しません。 J.Photochem. フォトビオール。 B 208、111893 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

吉田 A.、稲葉 K.、佐々木 H.、浜田 N.、吉野 F. プラーク検出溶液中の青色光とローズ ベンガルによる抗菌光力学療法のポルフィロモナス ジンジバリスへの影響。 写真診断。 フォトディン。 それで。 36、102576 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

吉田 明 ほかポルフィロモナス・ジンジバリス色素によるブルーライトの抗菌効果。 科学。 議員 7、1–9 (2017)。

記事 ADS Google Scholar

Smith、BC、フーリエ変換赤外分光法の基礎 (CRC Press、2011)。

Google Scholar を予約する

Waynant, RW、Ilev, IK & Gannot, I. 医学および生物学における中赤外レーザーの応用。 フィロス。 トランス。 R. Soc. ロンド。 サー。 数学。 物理学。 工学科学。 359、635–644 (2001)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Chan、KA および Kazarian、SG 組織および生細胞の減衰全反射フーリエ変換赤外 (ATR-FTIR) イメージング。 化学。 社会改訂 45、1850 ~ 1864 年 (2016)。

記事 Google Scholar

Linstrom, PJ & Mallard, WG NIST Chemistry WebBook: インターネット上の化学データ リソース。 J.Chem. 工学データ 46、1059–1063 (2001)。

記事 CAS Google Scholar

Acerbo, AS、Carr, GL、Judex, S. & Miller, LM 反射ベースの赤外顕微分光法を使用して骨標本の材料特性をイメージングします。 アナル。 化学。 84、3607–3613 (2012)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Berthomieu, C. & Hienerwadel, R. フーリエ変換赤外 (FTIR) 分光法。 フォトシンセ。 解像度 101、157–170 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Caine, S.、Heraud, P.、Tobin, MJ、McNaughton, D. & Bernard, CC 疾患のある中枢神経系組織の研究のためのフーリエ変換赤外顕微分光法の応用。 ニューロイメージ 59、3624–3640 (2012)。

論文 PubMed Google Scholar

Miller, LM、Bourassa, MW & Smith, RJ 生細胞におけるタンパク質凝集の FTIR 分光イメージング。 ビオチム。 生物物理学。 アクタ生体膜。 1828、2339–2346 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Dinos、GP マクロライド系抗生物質のルネッサンス。 Br. J.Pharmacol​​. 174、2967–2983 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Thaker, M.、Spanogiannopoulos, P. & Wright, GD テトラサイクリン レジストーム。 細胞。 モル。 生命科学。 67、419–431 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Rauf, M.、Graham, JP、Bukallah, SB、Al-Saedi, MA さまざまな溶媒中のローズベンガル色素の吸収および蛍光スペクトルにおけるソルバトクロミック挙動。 スペクトロチム。 アクタパートA Mol. バイオモル。 分光器。 72、133–137 (2009)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Vanerio, N.、Stijnen, M.、de Mol, BA & Kock, LM 光および音響活性化ローズベンガルの生物医学的応用: 総説。 フォトバイオモデュラット。 写真撮影。 レーザー外科 37、383–394 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

吉野 F.、庄司 H. & Lee, M.-C.-I. 光励起によって生成された一重項酸素 (1O2) がウサギの腸間膜静脈からアドレナリン作動性神経伝達に及ぼす血管への影響。 Redox Rep. 7、266–270 (2002)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Schlesinger, MJ 熱ショックタンパク質: 機能の探索。 J.Cell Biol. 103、321–325 (1986)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Leszczyńska, A.、Buczko, P.、Buczko, W.、Pietruska, M. 歯周薬物療法 - 最新のレビュー。 上級医学。 科学。 56、123–131 (2011)。

論文 PubMed Google Scholar

Rams、TE、Degener、JE、Van Winkelhoff、AJ ヒトの慢性歯周炎微生物叢における抗生物質耐性。 J. ペリオドントール。 85、160–169 (2014)。

論文 PubMed Google Scholar

Hiranmayi, KV、Sirisha, K.、Rao, MR、Sudhakar, P. 歯周微生物学における新規病原体。 J.Pharm. 生物関連科学。 9、155(2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ashkenazi, H.、Malik, Z.、Harth, Y. & Nitzan, Y. 高強度青色光照射後の内因性ポルフィリンによるプロピオニバクテリウム・アクネスの根絶。 FEMS免疫。 医学。 微生物。 35、17–24 (2003)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ハンブリン、MRら。 ヘリコバクター ピロリは光活性ポルフィリンを蓄積し、可視光によって死滅します。 抗菌。 エージェント・ケマザー。 49、2822–2827 (2005)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Maclean, M.、Macgregor, S.、Anderson, J. & Woolsey, G. 黄色ブドウ球菌の可視光不活化における酸素の役割。 J.Photochem. フォトビオール。 B 92、180–184 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

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本研究は、JSPS 科研費基盤研究(C) 課題番号 18K09895 の助成を受けて行われました。

外山敏三氏と藤岡淳氏も同様に貢献しました。

〒238-8580 神奈川県横須賀市稲岡町82 神奈川歯科大学口腔微生物学講座

Toshizo Toyama, Jun Fujioka, Keitaro Inaba & Nobushiro Hamada

東京理科大学 RIST IR FEL 研究センター 〒278-8510 千葉県野田市山崎 2641

Toshizo Toyama, Jun Fujioka, Takayuki Imai, Koichi Tsukiyama & Fumihiko Yoshino

〒238-8580 神奈川県横須賀市稲岡町82 神奈川歯科大学教養教育学科

Kiyoko Watanabe

〒238-8580 神奈川県横須賀市稲岡町82 神奈川歯科大学歯学教育学科 一般教養・歯学教育研究所

Ayaka Yoshida

Sakuma Dental Clinic, 15-1 Yashikinaka-Aza, Moriai, Fukushima, Fukushima, 906-8003, Japan

Takaaki Sakuma

東京理科大学理学部応用物理学科〒125-8585 東京都葛飾区新宿6-3-1

Takashi Nakajima

Department of Pharmacology, Kanagawa Dental University, 82 Inaoka-cho, Yokosuka, Kanagawa, 238-8580, Japan

Fumihiko Yoshino

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TT、JF、および KW は研究を発案し、研究を設計し、データを収集し、原稿の最初の草稿を書きました。 TT、JF、AY、TS、KI、TI、FY が調査を実施し、データを分析しました。 KW、TN、KT、NH、FY が論文を執筆しました。 著者全員が原稿の最終版を承認し、作業のあらゆる部分の正確性または完全性に関する問題が適切に調査され、解決されることを保証するという作業のあらゆる側面に対して責任を負うことに同意します。

Correspondence to Fumihiko Yoshino.

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

遠山 哲也、藤岡 淳、渡辺 和也 他中赤外自由電子レーザーによる大腸菌に対する殺菌効果の研究。 Sci Rep 12、18111 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-22949-9

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受信日: 2022 年 6 月 2 日

受理日: 2022 年 10 月 21 日

公開日: 2022 年 10 月 27 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-22949-9

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