唾液由来のタンパク質やペプチドを用いたカスタマイズ可能なペリクルによるバイオインスパイア型のう蝕予防策

Bioinspired caries preventive strategy via customizable pellicles of saliva-derived protein/peptide constructs.

抄録

虫歯は、世界的に最も広く普及している慢性疾患であり、健康上および経済上の大きな負担となっている。う蝕は、治癒や再生が不可能な特殊な組織であるエナメル質から始まるのが一般的ですが、新しい予防法には限界があり、効果的な治療法はまだ開発されていません。エナメル質は再生不可能な組織であるため、親密な重層である後天性エナメル質ペリクル（AEP）が生涯にわたる重要な保護的役割を果たしており、細菌の付着や歯垢の継代を制御するために採用できると考えられる。本研究では，AEPの全プロテオーム／ペプチドを同定し，ペリクルを模倣した条件で吸着させたネイティブの豊富なタンパク質／ペプチドの生体抑制能を調べた。さらに，相乗的な防止効果を得るために，スタスタリンファミリーとヒスタチンファミリーに由来する防汚機能ドメインと抗菌機能ドメインを組み合わせた新規ハイブリッド構造体を設計した。その結果，3つの新規構築物は，バイオマスのファウリングを減少させ，バイオフィルムを分散させ，細菌の細胞死を誘発することで，唾液全体やそのネイティブなタンパク質・ペプチドと比較して，多面的な生体抑制効果を示した。これらのデータは、効率的で多彩な予防策として、精密に誘導されたエナメル質ペリクルをバイオエンジニアリングする上で貴重なものです。結論として、唾液中のタンパク質/ペプチドの相補的な機能ドメインを統合することは、う蝕予防のための多機能でカスタマイズ可能なエナメル質ペリクルを設計するための新しいトランスレーショナルアプローチである。

Dental caries has been the most widespread chronic disease globally associated with significant health and financial burdens. Caries typically starts in the enamel, which is a unique tissue that cannot be healed or regrown; nonetheless, new preventive approaches have limitations and no effective care has developed yet. Since enamel is a non-renewable tissue, we believe that the intimate overlaying layer, the acquired enamel pellicle (AEP), plays a crucial lifetime protective role and could be employed to control bacterial adhesion and dental plaque succession. Based on our identified AEP whole proteome/peptidome, we investigated the bioinhibitory capacities of the native abundant proteins/peptides adsorbed in pellicle-mimicking conditions. Further, we designed novel hybrid constructs comprising antifouling and antimicrobial functional domains derived from statherin and histatin families, respectively, to attain synergistic preventive effects. Three novel constructs demonstrated significant multifaceted bio-inhibition compared to either the whole saliva and/or its native proteins/peptides via reducing biomass fouling and inducing biofilm dispersion beside triggering bacterial cell death. These data are valuable to bioengineer precision-guided enamel pellicles as an efficient and versatile prevention remedy. In conclusion, integrating complementary acting functional domains of salivary proteins/peptides is a novel translational approach to design multifunctional customizable enamel pellicles for caries prevention.