う蝕を制御するためのpH活性化抗バイオフィルム戦略

pH-activated antibiofilm strategies for controlling dental caries.

抄録

歯科用バイオフィルムは、細胞外マトリックスに囲まれた高度に集合した微生物群集であり、このマトリックスが常在菌を保護している。常在菌や日和見病原体を含む微生物は、健康な状態では互いに共存し、相対的なバランスを保っています。しかし、糖分の摂取や口腔ケアの不備など、敵対的な条件下では、バイオフィルムが過剰な酸を発生させることがあります。バイオフィルムのpHが低い状態が長く続くと、好酸性微生物と好酸性微生物の割合が増え、生態系の均衡が崩れ、最終的にう蝕の原因となる。口腔内環境の複雑さを考えると、低pHで活性化する抗菌剤を用いて酸性バイオフィルムを制御することは、う蝕を抑制する上で望ましいアプローチであると考えられる。そこで近年、pH応答性抗菌剤やpH感応性ドラッグデリバリーシステムなど、新しいpH活性化ストラテジーの設計が注目されている。これらの抗菌剤は、低pH条件下でのみ抗菌力を発揮するため、口腔内の中性微小環境や生物多様性を壊すことなく、酸性のバイオフィルムを破壊することが可能である。低pH活性化のメカニズムは、主にプロトン化・脱プロトン化反応、酸に不安定な結合、Hトリガーによる活性酸素種の生成に基づくものである。本総説では、う蝕を抑制するためのpH活性化バイオフィルム戦略について、その効果、作用機序、生体適合性に焦点を当て、現在の研究の限界と今後の展望をまとめた。

Dental biofilms are highly assembled microbial communities surrounded by an extracellular matrix, which protects the resident microbes. The microbes, including commensal bacteria and opportunistic pathogens, coexist with each other to maintain relative balance under healthy conditions. However, under hostile conditions such as sugar intake and poor oral care, biofilms can generate excessive acids. Prolonged low pH in biofilm increases proportions of acidogenic and aciduric microbes, which breaks the ecological equilibrium and finally causes dental caries. Given the complexity of oral microenvironment, controlling the acidic biofilms using antimicrobials that are activated at low pH could be a desirable approach to control dental caries. Therefore, recent researches have focused on designing novel kinds of pH-activated strategies, including pH-responsive antimicrobial agents and pH-sensitive drug delivery systems. These agents exert antibacterial properties only under low pH conditions, so they are able to disrupt acidic biofilms without breaking the neutral microenvironment and biodiversity in the mouth. The mechanisms of low pH activation are mainly based on protonation and deprotonation reactions, acids labile linkages, and H-triggered reactive oxygen species production. This review summarized pH-activated antibiofilm strategies to control dental caries, concentrating on their effect, mechanisms of action, and biocompatibility, as well as the limitation of current research and the prospects for future study.