歯科用光活性化消毒

光活性化消毒技術は、光力学療法、光力学抗菌化学療法とも呼ばれます。好気的条件下で光増感剤と低エネルギーレーザーをを使用して、微生物の不活化を達成する新しい技術です。抗菌スペクトルが広く、局所適用が可能で、薬剤耐性菌にも関与できるという利点があり、根管感染を制御するために、新しい治療法を提供します。

光活性化消毒技術（photo-activated disinfection, PAD）は、光力学療法および光力学抗菌化学療法とも呼ばれます。光増感剤と光源の併用を含む新しい抗菌方法であり、腫瘍治療で一般的に使用されています。光増感剤が励起された後、酸素分子と反応して高活性酸素種（reactive oxygen species，ROS）を生成し、微生物の不可逆的な損傷と壊死を引き起こします。補助的な手段として、光力学療法は、腫瘍、心血管、皮膚および眼の疾患の治療に適用されています。

細菌は、歯髄の根尖周囲疾患の発生と発症に重要な役割を果たします。感染した根管には、球菌、桿菌、スピロヘータ、糸状菌、真菌などを含む複雑な細菌群集があります。一般的なものはプレボテラ・インターメディア、ペプトストレプトコッカス、ストレプトコッカス・インターメディア、フソバクテリウム・ヌクレアタム、エンテロコッカス・フェカリスなどです。根管治療の主な目的は、根管内の病原菌を除去し、根尖組織の治癒を促進することです。現在の治療法には、根管形成、根管洗浄、根管消毒、および最終的な厳密充填が含まれます。しかし、従来の根管治療、洗浄、消毒では、通常、根管内の感染性細菌を完全に除去することはできません。治療の最大の難点は根管系にあります。特に大臼歯の根管形状が複雑なため、根管峡部や連絡枝などの一部の部分に治療器具が届かず、歯髄組織や細菌の残留物が生じます。さらに、感染した根管への洗浄剤 (NaClO など) の浸透は非常に限られており、わずか約 130 μm ですが、微生物膜は象牙細管に 300 μm 以上の深さまで侵入することができ、一部は象牙質セメント質接合部に達することさえあります。このため、学者はオゾンを消毒剤として使用するなど、他の根管消毒方法を積極的に検討してきましたが、その有効性は安定していません。別の方法は高エネルギーレーザーを使用することです, 殺菌メカニズムは線量依存の熱効果であり、象牙質の融解、根の吸収、および根尖組織の壊死などの悪影響を引き起こします。したがって、根管感染を制御するための新しい消毒方法が必要です。

光活性化消毒技術の基本原理

PADは冷光化学反応です。光増感剤が組織や生細胞の外側に添加された後、光増感剤は細胞膜の表面に結合し、細胞内に吸収されます。光増感剤が励起されていない場合、安定した電子構造を持ち、モノマーです。このとき、光増感剤はエネルギー値が最も低い状態、つまり基底状態にあり、分子内に不対電子はありません。特定の波長の光源が照射されると、光増感剤が励起され、1つの分子が1つの光子を吸収します。励起状態 (単一状態) の存在時間は非常に短く、半減期はわずか 10-9 ~ 10-6 秒です。その後、光増感剤は蛍光を発して基底状態に戻るか、三重状態に変換されます。単一状態の光増感剤は周囲の分子とのタイプ I 反応を起こすことができ、三重状態の光増感剤はタイプ II 反応を起こすことができます。前者は、水素原子や電子の移動によりフリーラジカルやイオンラジカルを持つ活性物質を生成し、細胞に直接ダメージを与えるか、酸素と反応してROS（スーパーオキシドや過酸化物など）を生成し、標的細胞を攻撃します。タイプ II 反応では、エネルギーが三重項光増感剤から酸素分子に直接伝達され、ROS が生成されます。ROS は細胞壁を破壊し、オルガネラを破壊し、病原因子を不活性化し、さらには DNA に損傷を与え、最終的に細胞死亡を引き起こすことができます。タイプ I 反応とタイプ II 反応は同時に発生することができます。このプロセスの間、光増感剤の一部は消費または破壊されず、元の基底状態に戻ってエネルギー伝達プロセスを繰り返すことができます。

光活性化消毒技術の安全性

PAD を臨床に広める鍵の 1 つは、PAD が細菌以外の組織に損傷や毒性を持っているかどうかを判断することです。学者らは、光源ヘッドを摘出歯の作業長に置き、温度変化を検出するための熱電対を根管の外壁に取り付けました。測定では、150秒間照射した後の温度上昇は（0.16±0.08 ) °Cで、 末梢組織損傷安全レベル (7 ℃) をはるかに下回っています。これは、PAD が歯と周囲の組織に有害な熱効果を引き起こさないことを示しています。さらに、PAD はまた、病原性微生物よりも線維芽細胞およびケラチノ サイトに対する細胞毒性がはるかに低くなります。反応によって生成された活性酸素種は、根の先端の周りのカタラーゼによって急速に代謝され、組織細胞を損傷から保護します。