クルクミンで装飾されたナノフィトソームを介した光ソノダイナミック抗菌化学療法を用いたAggregatibacter actinomycetemcomitansの病原性の減弱

Attenuation of Aggregatibacter actinomycetemcomitans virulence using curcumin-decorated nanophytosomes-mediated photo-sonoantimicrobial chemotherapy.

• Maryam Pourhajibagher
• Abbas Bahador

抄録

本研究では、Aggregatibacter actinomycetemcomitansの病原性を減衰させるために、フォトソノダイナミック抗菌化学療法（PSACT）と呼ばれる抗菌性光線力学療法（aPDT）とソノダイナミック抗菌化学療法（SACT）の同時使用に注目することを目的としました。本研究では，新規光増感剤としてクルクミン修飾ナノフィトソーム（Cur-NPhs）を合成し，その粒子径，多分散性，ζ電位表面形態，物理的安定性，薬物放出，および封入効率を測定した。Cur-NPhs-PSACTでは，青色レーザー照射＋超音波照射下でのA. actinomycetemcomitansに対するCur-NPhsの抗菌活性を，細胞生存率，バイオフィルムの殺傷・分解，代謝活性，クォーラムセンシング関連のqseBおよびqseC遺伝子の発現，バイオフィルム関連のrcpA遺伝子の発現を用いて検討した。特性試験の結果，Cur-NPhsは球状のベシクルの存在と自己閉鎖型の構造を有しており，その結果，高い薬剤充填量とカプセル化効率が得られた。しかし、Cur-NPhs-PSACTの抗菌効果は用量依存性であり、高濃度のCur-NPhs（50×10g/L）を用いたPSACTは、細胞生存率の有意な低下（P<0.05）を示した（13.6 log CFU/mL）、バイオフィルムの殺傷・分解（65％）、代謝活性（89.6％）、病原性決定遺伝子のmRNAレベル（qseB；9.8倍、qseC；10.2倍、recA；10.2倍）が有意に低下した。本研究では、Cur-NPhs-PSACTが病原性遺伝子の発現を低下させることにより、A. actinomycetemcomitansに対して抗菌活性を有し、患者の歯周病重症度を低下させるこの細菌を減衰させる可能性があると結論づけた。

This study aimed to focus on the simultaneous use of antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) and sonodynamic antimicrobial chemotherapy (SACT), which is called photo-sonodynamic antimicrobial chemotherapy (PSACT) to attenuate the virulence of Aggregatibacter actinomycetemcomitans. Following the synthesis of Curcumin-decorated nanophytosomes (Cur-NPhs) as a novel photo-sonosensitizer, its particle size, polydispersity, ζ-potential surface morphology, physical stability, drug release, and entrapment efficiency were determined. In the Cur-NPhs-PSACT, the antimicrobial activities of Cur-NPhs against A. actinomycetemcomitans were investigated using cell viability, biofilm killing/degradation, metabolic activity, expression of quorum-sensing-associated qseB and qseC genes, and biofilm-associated rcpA gene under blue laser irradiation plus ultrasonic waves. Characterization tests showed the presence of a sphere-shaped vesicle and the self-closed structure of Cur-NPhs, resulting in a high drug-loading content and encapsulation efficiency. However, the antimicrobial effect of Cur-NPhs-PSACT was dose-dependent, PSACT using the high concentrations of Cur-NPhs (50 × 10 g/L) showed significant reductions (P < 0.05) in cell viability (13.6 log CFU/mL), biofilm killing/degradation (65%), metabolic activity (89.6%,), and mRNA levels of virulence determinant genes (qseB; 9.8-fold, qseC; 10.2-fold, and recA; 10.2-fold). This study concludes that the Cur-NPhs-PSACT had antimicrobial activities against A. actinomycetemcomitans by downregulating the expression of virulence genes, and may attenuate this bacterium that decreases periodontal disease severity in patients.