銅ドープカーボンドットによるバクテリアバイオフィルム形成、創傷感染、歯の着色に対処する

Copper Doped Carbon Dots for Addressing Bacterial Biofilm Formation, Wound Infection, and Tooth Staining.

抄録

歯科医療の主要課題である口腔感染症や歯の着色は、微生物のコロニー形成や病原性バイオフィルムの形成と密接な関係がある。しかし、歯科医療ではこれまで、簡便、安全、かつ普遍的な予防法や治療法が未だ確立されていないのが現状である。本研究では、銅ドープカーボンドット（Cu-CD）が口腔内環境において高い触媒活性（カタラーゼ様、ペルオキシダーゼ様）を示し、酸素や活性酸素種を介した口腔内組織への影響なしに細菌の初期付着抑制やバイオフィルムの除菌が可能であることを報告する。特に、Cu-CDはリポ多糖（LPS）やペプチドグリカン（PGN）に対して強い親和性を示すため、グラム陽性菌（）やグラム陰性菌（）に対して優れた抗菌力を持ち、傷口の化膿感染を予防して傷の治癒を速やかに促すことができる。さらに、Cu-CDs/HOシステムは、他の代替物、例えばCDsや臨床的に使用されているHOで得られた結果と比較して、歯のホワイトニングにおいて優れた性能を示し、特にそのエナメル質と象牙質の破壊はごくわずかであることがわかった。本研究で得られた生体適合性Cu-CDは、口腔病原性バイオフィルムの除去、創傷治癒の促進、歯のホワイトニングのためのナノ洗口剤として期待され、口腔保健管理における重要性を強調するものであった。

Oral infectious diseases and tooth staining, the main challenges of dental healthcare, are inextricably linked to microbial colonization and the formation of pathogenic biofilms. However, dentistry has so far still lacked simple, safe, and universal prophylactic options and therapy. Here, we report copper-doped carbon dots (Cu-CDs) that display enhanced catalytic (catalase-like, peroxidase-like) activity in the oral environment for inhibiting initial bacteria () adhesion and for subsequent biofilm eradication without impacting the surrounding oral tissues via oxygen (O) and reactive oxygen species (ROS) generation. Especially, Cu-CDs exhibit strong affinity for lipopolysaccharides (LPS) and peptidoglycans (PGN), thus conferring them with excellent antibacterial ability against Gram-positive bacteria () and Gram-negative bacteria (), such that they can prevent wound purulent infection and promoting rapid wound healing. Additionally, the Cu-CDs/HO system shows a better performance in tooth whitening, compared with results obtained with other alternatives, e.g., CDs and clinically used HO, particularly its negligible enamel and dentin destruction. It is anticipated that the biocompatible Cu-CDs presented in this work are a promising nano-mouthwash for eliminating oral pathogenic biofilms, prompting wound healing as well as tooth whitening, highlighting their significance in oral health management.