医療材料へのバイオフィルム形成を抑制する新規コーティング材の開発

新規の抗菌コーティング材料（抗菌物質ホスト材料）として本研究において検討している無機ナノシートは、抗菌材料や医用材料としては殆ど研究がなされていない材料である。平成29年度（前年度）までの研究成果により、調製したチタン酸ナノシートは負に帯電し、正に帯電する抗菌物質をシート表面に安定的に吸着できることを明らかにした。更に調製した複合体（抗菌物質含有チタン酸ナノシート）は抗菌物質単体よりも優位な抗菌作用を示し、その抗菌メカニズムはナノシートの特異な形状（高アスペクト比の結晶構造）に由来する細菌壁の破壊によるものと示唆された。そこで平成30年度（当該年度）は、既知の抗菌物質を含まないナノシートを調製し、その抗菌作用について調査するとともに、抗菌メカニズムの解明に取り組んだ。結果、グラム陽性・陰性両菌に対してナノシート単体で抗菌もしくは殺菌作用を示すことが明らかとなった。ナノシートに暴露した細菌の形状について、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて確認したところ、細菌表面へのナノシートの付着・浸透を示唆する像が観察された。一方、ISO規格に則りL929細胞（マウス、線維芽細胞）に対する毒性を調べた結果、チタン酸ナノシートは細胞毒性を有していないことが分かった。本研究を通じて、チタン酸ナノシートは新規の抗菌コーティング材料として有望であり、既知の抗菌物質と複合することで更に抗殺菌性能を増加させられることが分かった。その抗菌メカニズムは非常に小さなナノサイズ（厚さ1nm以下、平面サイズ10nm以下）のシート形状に起因すると考えられ、細菌細胞壁や外膜へのナノシートの付着・浸透により引き起こされる膜破壊が原因と考えられる。グラム陽・陰性菌には有意な抗菌作用を示す一方でマウス細胞へは毒性を示さなかったことから、細胞外膜の構造や膜タンパクの違いなどが関与している可能性も示唆される。

新規の抗菌コーティング材料（抗菌物質ホスト材料）として本研究において検討している無機ナノシートは、抗菌材料や医用材料としては殆ど研究がなされていない材料である。平成29年度（前年度）までの研究成果により、調製したチタン酸ナノシートは負に帯電し、正に帯電する抗菌物質をシート表面に安定的に吸着できることを明らかにした。更に調製した複合体（抗菌物質含有チタン酸ナノシート）は抗菌物質単体よりも優位な抗菌作用を示し、その抗菌メカニズムはナノシートの特異な形状（高アスペクト比の結晶構造）に由来する細菌壁の破壊によるものと示唆された。そこで平成30年度（当該年度）は、既知の抗菌物質を含まないナノシートを調製し、その抗菌作用について調査するとともに、抗菌メカニズムの解明に取り組んだ。結果、グラム陽性・陰性両菌に対してナノシート単体で抗菌もしくは殺菌作用を示すことが明らかとなった。ナノシートに暴露した細菌の形状について、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて確認したところ、細菌表面へのナノシートの付着・浸透を示唆する像が観察された。一方、ISO規格に則りL929細胞（マウス、線維芽細胞）に対する毒性を調べた結果、チタン酸ナノシートは細胞毒性を有していないことが分かった。本研究を通じて、チタン酸ナノシートは新規の抗菌コーティング材料として有望であり、既知の抗菌物質と複合することで更に抗殺菌性能を増加させられることが分かった。その抗菌メカニズムは非常に小さなナノサイズ（厚さ1nm以下、平面サイズ10nm以下）のシート形状に起因すると考えられ、細菌細胞壁や外膜へのナノシートの付着・浸透により引き起こされる膜破壊が原因と考えられる。グラム陽・陰性菌には有意な抗菌作用を示す一方でマウス細胞へは毒性を示さなかったことから、細胞外膜の構造や膜タンパクの違いなどが関与している可能性も示唆される。