JP2017534412A - 光化学的に活性化された微細気泡基盤の根管消毒 - Google Patents

Abstract

形成された根管を消毒するための光化学的に活性化された微細気泡基盤の根管消毒方法は、（ａ）アルコール担体溶液（例えば、ポリエチレングリコール及び／又はエタノール）に溶解した光活性化合物（例えば、メチレンブルー）を含有する光活性溶液を根管に導入するステップと、（ｂ）根管から過剰な光活性溶液を除去するステップと、（ｃ）酸素担体（例えば、パーフルオロカーボン）、酸化剤（例えば、過酸化水素）及び界面活性剤（例えば、非イオン性ポリオキシエチレン界面活性剤）で構成された微細気泡溶液を導入するステップと、（ｄ）根管内で微細気泡溶液を音波又は超音波で活性化するステップと、（ｅ）根管に光を導入するステップとを含む。【選択図】図１

Description

本出願は、２０１４年９月４日に出願された、「Photo-Chemically Activated Micro-Bubble Based Root Canal Disinfection」名称の米国出願第１４／４７７，６８２号の優先権を主張し、参照として本明細書に含まれる。

本発明は、広範囲の歯内治療又は根管治療中の根管消毒に関し、具体的には、機械的に活性化された場合に、例えば、超音波／音波エネルギーを用いて根管壁と微細気泡の脈動／相互作用（機械的効果）を改善し、同時に光活性化消毒（抗菌効果）の有効性を高める微細気泡の使用に関する。

根尖性歯周炎（Ａｐｉｃａｌ ｐｅｒｉｏｄｏｎｔｉｔｉｓ）は、歯根端（ｒｏｏｔ ａｐｅｘ）周辺の炎症過程として定義され、主に歯の根管腔における微生物の感染（主に細菌）によるものである。根管及び関連歯領域の感染は、根管感染／歯内感染として一般的に知られており、世界中の広範囲における問題である。このような根管及び関連する歯領域の感染は、細菌が主要な病原体として認識されている限局性感染を示している。病気の臨床症状は、微生物と宿主免疫反応の複合作用に起因する。

根尖性歯周炎（根管感染）の臨床管理の主な目的は、根管系から細菌を除去することである。歯周炎を管理しなければ、歯が損傷して歯を抜く必要が生じる。伝統的な根管治療（ＲＣＴ）は、感染組織及び原因細菌を「化学機械的」調整手段によって除去し、根管を消毒することを目標とする。多くの場合、病気の症状は後退するものの、根管の完全な消毒はめったに達成されない。

根管の消毒には、いくつかの制約要因がある。第１は、細菌バイオフィルムそのものである。細菌とそれらの生成物で構成されたバイオフィルムは、根管壁を覆って象牙微細管を充填する。したがって、バイオフィルム（特に、微小管のバイオフィルム）が化学的に標的化される又は機械的に効果的に破壊されることは困難である。次亜塩素酸ナトリウムなどの化学物質は、根管を消毒するのに非常に有効である。しかし次亜塩素酸ナトリウムは、組織残遺物及び根管内の象牙質と反応する可能性があり、根管内にあまりにも長く放置すれば根管に悪影響を与える恐れがある。したがって、根管を効果的に消毒するために必要なより長い期間は、次亜塩素酸ナトリウムが歯の構造に及ぼす影響と比較して検討すべきである。他の要因には、象牙細管、象牙質組成、及び根管構造自体の複雑さが含まれる。

根管治療の成功率は、一般的に８７％程度と高く評価されている（Ｅｒｉｋｓｅｎ Ｈ Ｍ、１９９８）。このような数値は、専門医によって行われた根管治療に適用され、専門知識が高いほど治療技術の基準は高くなるものの、一般的な方法における成功率は７２％程度である。従来の治療法の失敗は、化学機械的消毒の後にも細菌群集が持続することに主な原因がある。従来の治療手順における限界は、細菌のバイオフィルムに到達できないこと、特に解剖学的にアクセスできない歯の領域に起因する。微生物が表面に吸着成長するバイオフィルムの存在は、慢性的なヒト感染に関連する（Ｃｏｓｔｅｒｔｏｎ Ｊ Ｗ他、１９９４；Ｐａｒｓｅｋ Ｍ Ｒ ａｎｄ Ｓｉｎｇｈ Ｐ Ｋ、２００３）。これは、細菌成長バイオフィルムが、バイオフィルム基質の生化学組成及びバイオフィルムに存在する細菌の生理変化によって、従来使用されている抗微生物療法（ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｒｅｇｉｍｅｓ）に対する耐性が強いためである（Ｐａｒｓｅｋ Ｍ Ｒ ａｎｄ Ｓｉｎｇｈ Ｐ Ｋ、２００３）。

伝統的な根管治療（ＲＣＴ）では、初めに（根管リーマ及びファイルを用いた）形成器具処理（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）によって根管を形成した後に、根管洗浄剤（液体化学物質）を用いて洗浄し、薬剤を用いて消毒して「細菌不在」の根管系を達成する。洗浄及び消毒に最も一般的に使用される化学物質は、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）、クロルヘキシジン（Ｎ、Ｎ’’’’１，６−ヘキサンジイルビス［Ｎ’−（４−クロロフェニル）（イミドジカルボン−イミドジアミド）］及びＥＤＴＡであり、水酸化カルシウム（ＣａＯＨ）もまた、根管内での有効な薬剤として使用される。根管内での細菌除去を達成するためには、これらの化学物質に機械的な器具類を補充する必要がある。従来のＲＣＴ方法の主な制限は、このような化学物質が根管の解剖学的構造（ａｎａｔｏｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｉｅｓ）に到達できないことにある。

また、このような細菌除去方法は、瞬間的なステップではないため、根管の解剖学的構造に対して最も効果が少ないことが判明している。従来は、効果的な細菌除去を達成するために、さらに高い濃度の化学物質を使用する努力がなされた。しかしながら、長期にわたる問題のいくつかについて調査はなされなかった。象牙細管内部の様々な深さに対するこのような化学物質（例えば、根管洗浄剤）の有効性は明確ではない。これらの化学物質の象牙細管内への効果的な浸透は限られており、したがって、根管内の全てのレベルにおいて、象牙細管内のより深部に細菌が生存し得ることが実証されている。また、このような化学物質及び医薬品の長期の使用は、標的生物における化学物質及び医薬品に対する耐性の発達につながり得る。さらに、次亜塩素酸ナトリウムは、象牙質構造の弾性係数と曲げ強度を低下させる一方、飽和水酸化カルシウムは、象牙質の曲げ強度を低下させることが明らかになった。また、エンテロコッカス・フェカリス（Ｅ．ｆａｅｃａｌｉｓ）及びカンジダ・アルビカンス（Ｃ．ａｌｂｉｃａｎｓ）のような一般的な根管病原体のいくつかは、水酸化カルシウムに耐性があることが観察されている。

根管治療後の根管象牙質内における細菌の持続は、一般的に根管治療が失敗した主な原因である。テトラサイクリンの使用は、細菌を効果的に殺滅又は破壊することが明らかにされている。しかし、ほとんどの国では、テトラサイクリンを、処方箋なしに処方することはできない。したがって、その有効性にもかかわらず、テトラサイクリンの使用は、商業的に実行可能な選択肢ではなかった。

近年、光線力学療法（ＰＤＴ）は、光増感剤又はＰＤＴ薬と呼ばれる外部化学薬品を光で活性化することによって、癌及び他の病気の有望な治療法として浮上している。このような薬物は、特定の皮膚癌の場合のように、悪性部位に静脈内又は局所に投与される。続いて、ＰＤＴ光増感剤によって吸収され得る特定の波長の光が適用される。ＰＤＴ薬はこの光を吸収し、腫瘍を破壊する活性酸素種を生成する。感光性化合物は、特定の波長の光で活性化されて、強力な酸化剤を介して標的細胞を破壊し、細胞損傷、膜溶解及びタンパク質不活性化を引き起こす。

ＰＤＴは、悪性細胞に対するＰＤＴ薬のより大きい親和性に依存する。ＰＤＴ薬の光活性化過程は、光の吸収によって開始され、励起された一重項状態（Ｓ１又はしばしば１Ｐ^＊と記載され、Ｐ^＊は励起された光増感剤を示す）を生成した後、項間交差によって長寿命の三重項状態Ｔ１（又は３Ｐ^＊）を生成する。長寿命の三重項状態では、主に反応性酸素種を生成する。細胞成分を酸化させる（すなわち、光酸化を起こす）反応種を生成するための２種類のステップが提案されている（Ｏｃｈｓｎｅｒ Ｍ，１９９７）。

最近の研究によれば、光線力学療法（ＰＤＴ）の原理を用いて低出力光／レーザで細菌、ウイルス及び真菌を殺すことが可能であることが示されている（Ｈａｍｂｌｉｎ ＭＲ、及びＨａｓａｎ Ｔ，２００４；Ｏ’Ｎｅｉｌｌ ＪＦ他、２００２；Ｗａｉｎｗｒｉｇｈｔ Ｍ，１９９８，Ｊｏｒｉ Ｇ ａｎｄ Ｂｒｏｗｎ ＳＢ，２００４）。ＰＤＴは、細菌を根絶するために高出力レーザなどの光熱効果を使用しない。したがって、ＰＤＴは、組織における熱的副作用の問題を回避する。ＰＤＴは、腫瘍細胞の治療に腫瘍学の分野で相対的な成功を収めて用いられてきた。

他の光増感剤は、限局性感染症の治療に潜在的に用いることができる抗菌性を有することが実証されている（Ｗａｉｎｗｒｉｇｈｔ，Ｍ，１９９８）。ＰＤＴの殺菌活性は、酸素フリーラジカルに基づくため、微生物が耐性を発症する可能性は、他の戦略に比べて最小である（Ｈａｍｂｌｉｎ Ｍ Ｒ ａｎｄ Ｈａｓａｎ Ｔ，２００４；Ｗａｉｎｗｒｉｇｈｔ Ｍ ａｎｄ Ｃｒｏｓｓｌｅｙ Ｋ Ｂ，２００４）。他の光増感剤は、限局性感染症の治療に潜在的に使用される抗菌性を有することが実証されている（Ｗａｉｎｗｒｉｇｈｔ Ｍ，１９９８）。

フリーラジカル生成は、環境条件に大きく依存するため、適用部位に存在する物理化学的環境は治療の結果に影響を及ぼす可能性がある。皮膚疾患の治療とは異なり、根管は実質的に天然の酸素をもたない。したがって、根管系に酸素が導入されなければならない。本明細書に参考として引用する米国特許公開第２００９／０２８７５６６号及び米国特許公開第２０１１／００２７３８４号には、下に説明するように、超音波又は音波振動によって反応性酸素の放出速度を増加し、ＰＤＴの有効性をさらに改善することができる、適切な感光性組成物を記述している。また、以下に説明するように、陰イオン微細気泡溶液は、超音波／音波周波数又は振動によって活性化するとき、（振動によって生成される）気泡と（溶液内の）気泡の相互作用及び気泡と根管壁との相互作用を起こして、微細気泡の物理的／機械的効果を促進させる。微細気泡と根管壁との間の物理的／機械的効果は、デブリードマン（ｄｅｂｒｉｄｅｍｅｎｔ）において非常に好ましく、バイオフィルムの破壊をより増強する。一方、微細気泡内の過酸化水素は、根管内の有機物質破片と相互作用して酸素を形成し、（デブリードマンを改善するために）微細気泡を成長させて根管壁に向かって推進するようにする。最後に、溶液中の微細気泡の存在は、散乱体（ｓｃａｔｔｅｒｅｒ）として作用し、光が根管の象牙細管／解剖学的構造の側方面に浸透することを可能にする。したがって、本明細書に記載した溶液は、試験で優れた結果を提供すると見られ、この溶液を根管に導入して根管を活性化するシステムが必要とされる。

簡潔に言うと、本発明の光化学的に活性化された微細気泡基盤の根管消毒方法は、感光性溶液を形成された根管に伝達するステップを含む。感光性溶液は、担体溶液に溶解した感光性化合物を含む。根管を約６０秒から約９００秒の間、好ましくは約６０秒から約３００秒の間、感光性溶液で洗浄する、又は、露出させて感光性化合物が象牙質及び根管の形成器具処理されていない領域に浸透するようにする。この期間の終わりに、過剰な感光性溶液は、例えば、ペーパーポイント（ｐａｐｅｒ ｐｏｉｎｔ）によって根管内で除去される。その後、根管は少なくとも１つの酸素担体、少なくとも１つの酸化剤、及び少なくとも１つの界面活性剤で構成された微細気泡溶液で満たされる。微細気泡溶液は、根管内で、例えば、音波又は超音波で機械的に活性化され、光は、例えば、根管の作用端（ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｎｄ）まで延びる光ファイバケーブルを介して根管に導入される。光ファイバケーブルは、音波又は超音波で活性化され、微細気泡溶液を活性化する光ファイバケーブルであってもよい。光ファイバの照明先端部は、ベアファイバの先端であってもよく、（ディフューザ、マイクロレンズに）変更したりテーパしてもよい。微細気泡溶液が活性化して約６０秒から約１８０秒後、好ましくは約６０秒から約１２０秒後に、過剰な光増感剤溶液が根管から除去され、続けて根管を密閉して閉鎖することができる。光の照射時間は、達成される光エネルギー（１０Ｊ／ｃｍ^２から６０Ｊ／ｃｍ^２）の線量に基づいて標準化される。この場合、光の電力は、光の照射時間と反比例関係にある。光照射に使用される光は、どのような種類の光であってもよい。光源は、例えば、タングステンハロゲンライト、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザであってもよい。レーザが使用される場合、レーザの波長は、使用される光増感剤の吸収最大値（例えば、メチレンブルー（ＭＢ）は波長６６０ｎｍのレーザで活性化される）に対応する。

微細気泡溶液が、例えば、音波又は超音波で機械的に活性化されると、微細気泡溶液は酸素気泡を放出する。このような酸素気泡の急速な放出、及び音波／超音波活性化によって微細気泡溶液に付与されるエネルギーは、一重項酸素の放出速度を著しく増加させ、光線力学療法の抗菌効果を高める。根管内での微細気泡溶液の音波／超音波活性化は、根管の軸方向の長さ全体に亘って気泡／根管壁の相互作用を生じさせ、バイオフィルム及び根管の破片を機械的に破壊する。また、微細気泡は、根管内に光を散乱させ、光を象牙細管及び副根管に導入又は向かうようにさせ、軸方向へ向かう光には露出しない。したがって、光は、主な根管だけでなく象牙細管及び副根管、及び他の領域で感光性化合物に到達して吸収され、軸方向へ向かう光は到達しない。感光性化合物は、光を吸収するすると光によって活性化され、活性化した感光性化合物は、酸素分子にエネルギーを伝達して、酸素分子（Ｏ_２）を一重項酸素（１Ｐ^＊）に変換する。一重項酸素は、細胞内（すなわち、細菌内）の物質と反応して細胞を破壊する。すなわち、細胞は、酸化的損傷によって破壊される。溶液中の微細気泡は、より深い浸透力、顕著なデブリードマン及び抗バイオフィルム能力を促進するために、溶液中の微細気泡を相互作用させて、顕著な側壁せん断応力を発揮する安定した気泡を生成する。

上記の方法の別の形態によれば、形成された根管を消毒する方法は、（ａ）アルコール担体溶液に溶解した光活性化合物を含有する光活性溶液を根管に導入するステップと；（ｂ）過剰な光活性溶液を根管から除去するステップと、（ｃ）酸素担体、酸化剤、及び界面活性剤で構成された微細気泡溶液を導入するステップと、（ｄ）根管で微細気泡溶液を音波又は超音波で活性化するステップと、（ｅ）根管に光を導入するステップとを含む。ステップ（ｄ）及びステップ（ｅ）は、同時に実行されてもよい。

光活性溶液を根管に導入するステップは、根管に光活性溶液を少なくとも６０秒の間流すステップを含んでもよい。好ましくは、根管は、約６０秒から約６００秒、好ましくは約６０秒から約１８０秒の間、光活性溶液で洗い流される。

根管で微細気泡溶液を機械的に活性化するステップは、少なくとも約６０秒の間、微細気泡溶液を機械的に活性化するステップを含む。好ましくは、微細気泡溶液は、根管内で約６０秒から約１８０秒の間、機械的に活性化される。

感光性溶液を活性化するのに使用される光は、ハロゲンランプ、ＬＥＤ又はレーザからのものであってもよい。光がレーザからのものである場合、使用される感光性化合物に応じてレーザが適合される。具体的には、光活性化合物は、メチレンブルーであってもよく、この場合、レーザは６６０ｎｍで作動する。

光活性溶液の光活性化合物は、トルイジンブルー（ＴＢＯ）、メチレンブルー（ＭＢ）、ローズベンガル（ＲＢ）、アリアノールスチールブルー、トリプタンブルー、クリスタルバイオレット、アズールブルーサート、アズールＢクロリド、アズール２、アズールＡクロリド、アズールＢテトラフルオロボレート、チオニン、アズールＡエオシネート、アズールＢエオシネート、アズールミックスシック、アズールＩＩエオシネート、ヘマトポルフィリンＨＣｌ、ヘマトポルフィリンエステル、アルミニウムジスルホン化フタロシアニン、クロリン、光活性フラーレン（例えば、ＣＩ６−ｂ）、アミノレブリン酸（ＡＬＡ）、バクテリオクロリン、フタロシアニン、フェオホルビド、プルプリン、ナフタロシアニン、インドシアニングリーン、及びこれらの混合からなる群から選択される。好ましい実施形態では、光活性化合物は、メチレンブルー又はローズベンガルアリアノールスチールブルーである。

アルコール担体溶液の一実施形態によれば、アルコール担体溶液は、ポリエチレングリコール及び／又はエタノールを含む。また他の実施形態により、アルコール担体溶液は、ポリエチレングリコール、エタノール及び水を含む。好ましい実施形態では、ポリエチレングリコールは、グリセロールである。ポリエチレングリコール、エタノール及び水は、最終混合物が象牙質の屈折率に近い屈折率を有し、同時に象牙細管内に浸透できる比率で混合される。例えば、担体溶液のポリエチレングリコール、エタノール及び水は、約１：１：１から約３：１：２の比率で混合することができる。他の実施形態において、担体溶液のポリエチレングリコール、エタノール及び水は、約３０：２０：５０（又は３：２：５）の比率で混合される。

光活性溶液の一形態によれば、光活性化合物は、光活性溶液中に約２μｍｏｌから約１００μｍｏｌの濃度を有する。また別の形態によれば、光活性化合物は、約１００μｍｏｌの濃度を有する。

微細気泡溶液の一形態によれば、微細気泡溶液の酸素担体は、ペルフルオロデカヒドロナフタレン、ペルフルオロデカリン、ペルフルオロヘキサン、オクタフルオロプロパン、ペルフルオロブタン、ペルフルオロオクタン、ペルフルオロメチルデカリン、及びＯ_２ＩｒＣｌ（ＣＯ）Ｐ［Ｃ_６Ｈ_５］_３）_２及びこれらの混合からなる群から選択される。また別の形態において、微細気泡溶液の酸素担体は、パーフルオロカーボンである。

微細気泡溶液の一形態によれば、微細気泡溶液の酸化剤は、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、希釈された次亜塩素酸ナトリウム、ジメチルスルホキシド及び二酸化塩素及びこれらの混合からなる群から選択される。また別の形態において、微細気泡溶液の酸化剤は、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）である。使用される過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度は、約３％から約４０％、好ましくは約３５％のＨ_２Ｏ_２である。

微細気泡溶液の一形態によれば、微細気泡溶液の界面活性剤は、ミネラルオイル、グリセロール、ポリエチレングリコール、非イオン性洗剤、ポリプロピレングリコール、ＳＤＳ、非イオン性ポリオキシエチレン界面活性剤、セトリミド（抗菌性洗剤）及びこれらの混合からなる群から選択される。また他の様態によれば、微細気泡溶液の界面活性剤は、非イオン性ポリオキシエチレン界面活性剤である。

微細気泡溶液の酸素担体、酸化剤及び界面活性剤は、約７３：２６．５：０．５から約７５：２４：１の体積比で混合されることができる。また別の態様では、微細気泡溶液の酸素担体、酸化剤及び界面活性剤は、７５：２４．５：０．５の体積比で混合される。

光化学的に活性化された微細気泡を通した根管消毒の概略図である。 （１）水、（２）グリセロール（ＧＬＹ）、（３）ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）及び（４）水、グリセロール及びポリエチレングリコールの溶液（ＭＩＸ）に溶解した時、感光性化合物（メチレンブルー）の象牙質への拡散を示す歯の断面写真を含む。 微細気泡溶液を機械的に活性化して根管で光を導入するのに使用されるプロトタイプアクチベーター（ａｃｔｉｖａｔｏｒ）の写真である。 非活性化状態の微細気泡溶液内の光ファイバアクチベーターの拡大写真（左側）、及び活性化状態の微細気泡溶液内の光ファイバアクチベーターの拡大写真（右側）を含む。 微細気泡溶液の活性化による光ファイバケーブルから象牙質への光の浸透を示す画像を含む。 （１）水、（２）グリセロール、（３）ポリエチレングリコール、及び（４）水、グリセロール及びポリエチレングリコールの溶液（ＭＩＸ）に溶解したメチレンブルーからの一重項酸素放出を比較するグラフである。 メチレンブルーをパーフルオロカーボン（ＰＦＣ）、過酸化水素、及び水の異なる比率で溶解した微細気泡溶液中の一重項酸素の生成速度を示すグラフである。 ＰＦ１は、ペルフルオロデカヒドロナフタレンと混合した５０μｍｏｌ／ＬのＭＢを含み、 ＰＦ２は、ペルフルオロデカヒドロナフタレン及びＨ_２Ｏ_２と混合した５０μｍｏｌ／ＬのＭＢを６６．６：３３．３の比率で含む。 ＰＦ３は、ペルフルオロデカヒドロナフタレン：Ｈ_２Ｏ_２：Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ１００を６０：３５：５の比率で混合して製造されたエマルションのうち５０μｍｏｌ／ＬのＭＢを含む。 ＰＦ４は、ペルフルオロデカヒドロナフタレン：Ｈ_２Ｏ_２：Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ１００を７５：２４．５：０．５の比率で混合して製造されたエマルションのうち５０μｍｏｌ／ＬのＭＢを含む。ＰＦ４は、最大一重項酸素放出を生じることが実証された。 抗菌液体（灌注剤）がシリンジ灌注を用いて送達される時の根管における流体力学の概略図である。 根管の副根管への流体の浸透に対する流体活性化の効果を示すグラフを含む。 根管内の微細気泡溶液の音波／超音波活性化時根管で生成された微細気泡を示す写真（右側）と概略図（左側）を含む。 音波活性化有無に関わらずメチレンブルーの一重項酸素収率を示すグラフ（左側グラフ）及びローズベンガルの一重項酸素収率を示すグラフ（右側グラフ）を含む。 未成熟（４日齢）バイオフィルムの根管壁に対する顕微鏡写真及び有色断面写真を含む。 成熟（６週齢）バイオフィルムの画像を含む。 光増強されて活性化された微細気泡基盤の根管消毒の戦略をグラフで示した概略図である。 最初の２列に他の治療を行ったエンテロコッカス・フェカリスバイオフィルムの３次元共焦点レーザ走査型顕微鏡の再構成を示す画像（６０倍）を含む。左側の列は、治療を行っていないバイオフィルム（上）、メチレンブルー（光増感剤）（１００μｍｏｌ／Ｌ）治療を行ったバイオフィルム（中）、及びＰＦ４微細気泡溶液治療を行ったバイオフィルム（下）を示し；中間の列は、光（６６０ｎｍ）照射を受けたバイオフィルム（上）、メチレンブルー＋光（６６０ｎｍ）照射を受けたバイオフィルム（中）、及びＰＦ４微細気泡溶液処理＋光（６６０ｎｍ）を受けたバイオフィルム（下）を示し；右側の列は、中間の列のＭＢに記載された治療群の矢状断面を示す。 根管表面上のバイオフィルムを示す未処理の根管の走査型電子顕微鏡写真を含む。 従来の光活性化消毒（すなわち、水に溶解したメチレンブルーの光活性化）によって活性化されずに処理された根管の走査型電子顕微鏡写真を含み、根管壁に残存するスメア層、破片及び細菌が根管壁に観察される。 水に溶解したメチレンブルーを使用した後に、音波活性化ＰＤＴ処理によって処理された根管の走査型電子顕微鏡写真を含む。 微細気泡溶液を使用せずに水中でメチレンブルーを光活性化によって処理した根管の走査型電子顕微鏡写真を含み、図１７の群よりスメア層及び細菌の減少がわずかに良好であったが、根管壁は、依然として顕著なスメア層及び接着性細菌バイオフィルムを示した。 活性化した微細気泡溶液の存在下に、水、エタノール、及びポリエチレングリコール中のメチレンブルーの光活性化によって処理された根管の走査型電子顕微鏡写真を含み、これらの顕微鏡写真において、根管表面には、スメア層、破片、及び任意のバイオフィルム構造がない。 細菌バイオフィルム（及び生存細胞が緑色、死細胞が赤色）示すレーザ共焦点顕微鏡写真を示す。この画像は、コントロール群（すなわち、未治療）の根管を示す。 細菌バイオフィルム（及び生存細胞が緑色、死細胞が赤色）示すレーザ共焦点顕微鏡写真を示す。この画像は、機械的に活性化された微細気泡溶液の存在下で水中のメチレンブルーの光活性化によって感染した根管（図２２）を示す。 根管の消毒のための微細気泡溶液の異なる機構（メカニズム）を説明する。例えば、超音波／音波周波数振動で機械的に活性化するとき、微細気泡溶液は、根管で異なる機構（メカニズム）を活性化する。（１）液体の振動によって生成された気泡と溶液の微細気泡が相互作用して顕著な気泡根管壁相互作用を生成し、デブリードマン及びバイオフィルムの破壊に及ぼす物理的／機械的効果を起こす。（２）微細気泡溶液内の過酸化水素は、根管内の有機組織破片と相互作用して酸素を形成し、微細気泡がさらに成長して根管壁（組織の残存物に位置する）に向かうように推進して、図２４及び図２５に示すようなデブリードマン及び抗生剤効果をさらに改善する。 根管表面に向かって推進され、根管表面上で合体する微細気泡を示す３つの画像を含む。 根管表面に向かって推進され、根管表面上で合体する微細気泡を示す３つの画像を含む。

対応する参照番号は、複数の図面を通じて使用される。

以下の詳細な説明は、限定するものではなく、例示として本発明を説明するためのものである。この説明は、当該技術分野の当業者が請求項に係る発明を作成して使用できるように明確にされ、請求項に係る発明を実施する最良の方法と考えられるものを含み、請求項に係る発明の様々な実施形態、適応、変形、代替、及び使用を記述する。また、請求項に係る発明は、その適用が以下の説明に記載したり、図面に示した成分の構成及び配列の細部事項に制限されないことを理解しなければならない。請求項に係る発明は、他の実施形態が可能なさまざまな方法で実施又は実行され得る。また、本明細書で使用される表現及び用語は、説明の目的のためのものであって、制限的なものと見なすべきではないことを理解されたい。

本発明の消毒方法は、図１に概略的に示されている。簡単に説明すると、根管の消毒方法は、まず、根管を調整して形成することを伴う。これは、ファイル、リーマなどの従来の掃除及び形成器具を使用して達成することができる。根管を形成して掃除した後に、根管を感光性溶液で洗浄し、これは、担体溶液に溶解した感光性化合物を含む。担体溶液は、感光性化合物が象牙質の最大１から２ｍｍまで浸透することを可能にし、感光性化合物は、根管系（微小管含む）を介してバイオフィルム中の細菌及びバイオフィルムに付着する。感光性化合物の象牙質侵入を促進するために、根管を感光性溶液で（単純に浸漬するのではなく）すすぐ。感光性溶液による洗浄／塗布は、約６０から６００秒、好ましくは約６０から約３００秒である。その次に、過剰な感光性溶液は、例えば、ペーパーポイントを用いて根管で除去される。重要なことは、過剰な感光性溶液を除去した後にも、根管表面及び根管内のバイオフィルム／組織の残存物に結合された感光性溶液の薄い層が根管内に依然として存在することである。

過剰な光増感剤溶液が根管から除去された後、根管は、酸化剤、酸素担体及び界面活性剤で構成された微細気泡溶液で充填される。界面活性剤は、中性、アニオン性又はカチオン性であってもよい。その次に根管内で微細気泡溶液を機械的に（例えば、根管で音波又は超音波で）活性化し、光が根管に導入される。例えば、デンツプライタルサデンタル社（Ｄｅｎｔｓｐｌｙ Ｔｕｌｓａ Ｄｅｎｔａｌ）で利用可能なＥｎｄｏＡｃｔｉｖａｔｏｒ（商標）ドライバ及びチップを用いて溶液を機械的に活性化させることもできる。好ましくは、微細気泡溶液を機械的に活性化させるために使用される器具は、超音波／音波で活性化された光線力学療法を達成するために光を根管に導入する。図３には、光ファイバスレッド（ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｔｈｒｅａｄ）がＥｎｄｏＡｃｔｉｖａｔｏｒ（商標）ドライバヘッドに固定されて音波によって駆動されたプロトタイプ装置が示されている。微細気泡溶液の活性化は、根管内で溶存酸素気泡を生成する（そして、音響微細ストリーミングを誘導又は誘発する）。このような気泡が相互作用して著しい気泡／根管壁の相互作用を起こし（微細気泡が根管の壁から跳ね上がり）、バイオフィルムを機械的に破壊して、根管壁から残存物とスメア層を除去する。微細気泡が根管に導入された光を散乱させ、光が根管を介して軸方向に通過できないようにする。光は、根管系の全体にわたって感光性化合物に影響を及ぼし、活性化し、象牙細管、副根管などのバイオフィルム及び／又は細菌に付着した感光性化合物を含む。図１に概略的に示すように、活性化された感光性化合物は、酸素分子にエネルギーを放出して酸素分子を一重項酸素（Ｓ１又は１Ｐ^＊）に変換する。一重項酸素は、高い反応性を有し、酸化的損傷によってバイオフィルムと細菌を破壊する。

微細気泡溶液は、約６０から約６００秒、好ましくは約６０から約１８０秒の間、根管内で機械的に活性化することができる。以下にてより詳しく議論するように、この方法は、バイオフィルムを破壊及び破砕し、図２０及び図２２に示すように実質的にバイオフィルムのない根管を形成する。また、以下に説明するように、感光性化合物は、根管の器具処理されなかった部分に到達して光化学的に増強された微細気泡活性化消毒によって根管の器具処理されなかった領域で細菌を破壊する。したがって、この方法は、低侵襲歯内治療（ＭＩＥ）処置又は治療に適用してもよい。

［感光性溶液］
感光性溶液は、担体溶液に溶解した感光性化合物を含む。感光性化合物は、トルイジンブルー（ＴＢＯ）、メチレンブルー（ＭＢ）、ローズベンガル（ＲＢ）、アリアノールスチールブルー、トリプタンブルー、クリスタルバイオレット、アズールブルーサート、アズールＢクロリド、アズール２、アズールＡクロリド、アズールＢテトラフルオロボレート、チオニン、アズールＡエオシネート、アズールＢエオシネート、アズールミックスシック、アズールＩＩエオシネート、ヘマトポルフィリンＨＣｌ、ヘマトポルフィリンエステル、アルミニウムジスルホン化フタロシアニン、クロリン、光活性フラーレン（例ＣＩ６−ｂ）、アミノレブリン酸（ＡＬＡ）、バクテリオクロリン、フタロシアニン、フェオホルビド、プルプリン、ナフタロシアニン、インドシアニングリーン、又はこれらの混合物のうちの１つ以上を含む。好ましい感光性化合物は、メチレンブルー（ＭＢ）である。

感光性溶液は、米国特許公開第２０１１／００２７３８４号、及び米国特許公開第２００９／０２８５７６６号に記載されており、これら全ては、本明細書に参考として含まれる。感光性化合物が溶解した担体溶液は、水やアルコール溶液であってもよい。アルコール溶液は、感光性化合物が象牙質内にさらに深く浸透できるようにする傾向があるため、担体溶液はアルコール溶液であることが好ましい。アルコール溶液は、ポリエチレングリコール及び／又はエタノールを含んでもよい。好ましい実施形態では、感光性化合物の担体溶液は、ポリエチレングリコール、エタノール及び水を含む。ポリエチレングリコールは、グリセロールであってもよい。ポリエチレングリコール、アルコール及び水は、約１：１：１から約３：１：２の体積比で混合することができる。好ましい実施形態において、ポリエチレングリコール、アルコール、及び水は、３０：２０：５０（又は３：２：５）の体積比で混合される。最終混合物が象牙質の屈折率に近い屈折率を有し、同時に象牙細管内に浸透できる能力を有するように屈折率の成分を添加することによって３０：２０：５０の体積比が達成された。このような特徴は、ポリエチレングリコール、アルコール及び水の混合物が象牙質組織でより優れた抗菌性ＰＤＴを達成するのに役に立つ。

担体溶液を製造するのに使用されるエタノールは約３０％から約１００％エタノールであってもよい。好ましくは、エタノールは、ポリエチレングリコール及び水と混ざり合う時、約３０％のエタノールの混合物を生成する濃度を有する。感光性溶液中の感光性化合物は、約１００μｍｏｌ未満、好ましくは約２μｍｏｌから約１００μｍｏｌの濃度で存在する。感光性溶液中の感光性化合物の濃度が１００μｍｏｌを超過すると、感光性溶液中に感光性化合物の凝集が顕著に現れて、光力学効果が損なわれた。しかし、一重項酸素放出の程度は、感光性化合物の濃度に比例する。したがって、一重項酸素放出を可能な限り高く保持するために、感光性溶液中の感光性化合物の好ましい濃度は、約１００μｍｏｌである。（George S, Kishen A., Photophysical, photochemical, and photobiological characterization of methylene blue formulations for light-activated root canal disinfection, J Biomed Opt. 2007 May-Jun; 12(3):034029.）
担体溶液は、感光性化合物が象牙細管及び根管の解剖学的構造をよりよく浸透するように助ける。これはまた、感光性化合物の細菌細胞／バイオフィルム構造への浸透を助ける。図２は、次のような異なる感光性溶液：（１）水中のメチレンブルー（ＭＢ）、（２）グリセロール（Ｇｌｙ）中のＭＢ、（３）ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）中のＭＢ、及び（４）水／グリセロール／ＰＥＧ溶液（ＭＩＸ）中のＭＢの浸透比較を示す。これらの４種類の感光性溶液の各々において、メチレンブルーは、１００μｍｏｌの濃度で存在した。

図２から理解されるように、水だけで混合した場合、ＭＢの象牙質への浸透は非常に少なかった。ＭＢは、Ｇｌｙ及びＰＥＧにおける浸透がより優れていた。しかし、ＭＢの象牙質内への浸透は、ＭＢがポリエチレングリコール、エタノール及び水の混合物に溶解された場合、実質的により良好であった。ＰＥＧ／エタノール／水担体溶液において、メチレンブルーは、象牙質の２ｍｍまで浸透した。感光性化合物の象牙質への実質的な浸透は、感光性化合物が根管の解剖学的構造に接触してバイオフィルムに深く接着することを可能にする。より明白になるように、本発明の特徴のうちの１つである、低侵襲歯内治療を可能にする。

［微細気泡溶液］
微細気泡溶液は、米国特許公開第２０１１／００２７３８４号、及び米国特許公開第２００９／０２８５７６６号に記載されており、これらの全ては、本明細書に参考として含まれる。好ましくは、微細気泡溶液は、少なくとも１つの酸素担体、少なくとも１つの酸化剤及び少なくとも１つの界面活性剤を含む。

酸素担体は、ペルフルオロデカヒドロナフタレン、ペルフルオロデカリン、ペルフルオロヘキサン、オクタフルオロプロパン、ペルフルオロブタン、ペルフルオロオクタン、ペルフルオロメチルデカリン及びＯ_２ＩｒＣｌ（ＣＯ）Ｐ［Ｃ_６Ｈ_５］_３）_２のうち１つ以上であってもよい。好ましい酸素担体は、パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）である。

酸化剤は、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、希釈された次亜塩素酸ナトリウム、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）及び二酸化塩素のうちの１つ以上であってもよい。好ましい酸化剤は、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）である。

界面活性剤は、ミネラルオイル、グリセロール、ポリエチレングリコール、非イオン性洗剤、ポリプロピレングリコール、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、非イオン性ポリオキシエチレン界面活性剤（例えば、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標） Ｘ又はＴｒｉｔｏｎ（登録商標） Ｘ−１００）又は抗菌性洗剤（例えば、セトリミド、臭化セトリモニウムを含む他の第四級アンモニウム塩の混合物）のうちの１つ以上であることができる。特に、非イオン性洗剤は、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標） Ｘであり、より好ましくはＴｒｉｔｏｎ（登録商標） Ｘ−１００（シグマアルドリッチ社（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）から入手可能）であり得る。Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００は、２５℃の比重が１．０６５（約１．０７ｇ／ｍＬ）であり、６２５の概略分子量（純水な液体に対して１．７Ｍの有効モル濃度を提供する）、λｍａｘ＝２７５ｎｍ及び２８３ｎｍのメタノール中のＵＶ吸収、粘度（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）：２５℃で２４０ｃｐｓ、６．０から８．０のｐＨ（５％水溶液）及び０．２２から０．２４ｍＭの臨界ミセル濃度（ＣＭＣ）を有する非イオン性ポリオキシエチレン界面活性剤である。Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００は、水、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリクロロエチレン、エチレングリコール、エチルエーテル、エタノール、イソプロパノール、及びエチレンジクロライド中で２５℃にて全ての比率で溶解可能である。Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００は下記式を有する。

ここで、ｎは約９．５である。

酸素担体、酸化剤及び界面活性剤は、約６０：３５：５から約７５：２４．５：０．５の体積比で混合される。好ましい実施形態では、酸素担体、酸化剤、及び界面活性剤は、７５．０：２４．５：０．５の体積比で混合される。

微細気泡溶液から放出された微細気泡は、約２から４ミクロンの大きさのアニオン性の気体充填された気泡である。微細気泡の気体コアは、多くの単位体積を含む。水性媒体内の微細気泡は、本質的に表面張力効果によって不安定であるため、安定したシェルを必要とする。したがって、担体溶液の界面活性剤は、微細気泡を安定化させる役割をする。

［微細気泡溶液の活性化］
上述した微細気泡溶液は、調整された根管において、例えば、超音波又は超音波で機械的に活性化される。また、微細気泡溶液が振動することで、光は、例えば、光ファイバケーブルによって根管内に導入される。実際に、光ファイバケーブルは、根管内で音波又は超音波によって駆動されてもよい。光は、光ファイバケーブルを用いて根管内に伝えることができ、光源は、ＬＥＤ、レーザ又はその他の光源であってもよい。好ましくは、光源は、レーザである。レーザの光源（タイプ）は、微細気泡溶液に使用される光増感剤のタイプに依存する。試験では、メチレンブルーが光増感剤として使用され、したがって、光源波長は６６０ｎｍである。試験されたレーザの出力は、２２ｍＷから１００ｍＷの範囲であった。光力学効果の有効性は、光の線量に依存し、これは、光源の出力及び照射期間に直接関連し、低出力源に対して、長い照射期間を使用することができる。約６０から約１８０秒の間、２Ｊ／ｃｍ^２から６０Ｊ／ｃｍ^２の範囲の光線量が試験された。好ましくは、光ファイバケーブルは、光がケーブルの側部（半径方向）及び端部（軸方向）を介してケーブルから逃げることができるように、根管内に受容された端部にコーティングを有しない。このような光ファイバケーブルは、例えば、図３及び図４に示されている。図５の（Ｃ）は、軸方向及び半径方向の両方に光ファイバケーブルから逃げ出す光を概略的に示す。理解されるように、光ファイバケーブルが調整された根管の作用端まで延在するような大きさを有し、約０．５ｍｍ以下の直径を有する。

好ましい方法では、光ファイバケーブルは、微細気泡溶液を機械的に活性化するために使用される。図３において、光ファイバケーブルは、ＥｎｄｏＡｃｔｉｖａｔｏｒ（登録商標）ドライバ（デンツプライタルサデンタル社から入手可能）のような灌注アクチベーター（ｉｒｒｉｇａｎｔ ａｃｔｉｖａｔｏｒ）に搭載され、米国特許第７２６１５６１号、同第８２３５７１９号、同第８３２８５５２号、及び同第８３８８３４５号に記載されており、全て参照として含まれる。本発明の方法の試験において、このような変更されたＥｎｄｏＡｃｔｉｖａｔｏｒ（登録商標）ドライバが使用された。図４は、右側に光ケーブルの端部がコーティングされていなかった（すなわち、コーティングの剥離）光ファイバケーブルを用いて透明なバイアル内における微細気泡溶液の音波活性を示す。左側の写真は、微細気泡溶液中の光ファイバケーブルを示す。ケーブルから放射される光は、微細気泡によって捕捉されることが分かる。左側の写真に示されるように、溶液内での活性はほぼないか、または全くない。右側の写真は、微細気泡溶液を音波活性化する光ファイバケーブルを示す。高い活性程度がケーブル自体の先端の周辺に示されている。しかし、試験が実施されたバイアル壁にも活性を見ることができる。これは、音波活性化が根管壁で活性を生じることを実証している。

象牙質内への光の浸透の数値モデリングは、図５に概略的に示されている。図５のＡ〜Ｃの概略図において、収束する赤色の線は、象牙質の縁部、及び形成された根管の縁部を示す（Klein N, Kishen A, Foth HJ. Root Canal Disinfection by Photodynamic Inactivation of Bacteria: Light Propagation in Root Canal, Gordon Research Conference on Lasers in Lasers in Medicine & Biology, Holderness, NH, July 22-27, 2012）。図５のＡは、微細気泡溶液のない根管内の光の浸透を概略的に示している。理解されるように、光ファイバの端部から出る光は、一般的に根管を軸方向に通過して、非常に少量の光が根管壁に到達する。図５のＢは、微細気泡溶液を有する根管を示している。理解されるように、光が散乱して根管壁に到達する。しかし、光は、光ファイバケーブルの端部の近辺で根管壁にのみ到達する。図５のＣは、光の浸透に対して微細気泡溶液を活性化する効果を示す。理解されるように、光が散乱して、光ファイバケーブルの端部を越えて軸方向に到達し、光が象牙質に浸透して象牙細管及び副根管内の感光性化合物に到達する。光が象牙質に浸透するため、光は主要な根管及び副根管のバイオフィルム及び細菌だけでなく象牙質内のバイオフィルム及び細菌（すなわち、象牙細管内）に付着した感光性化合物に到達して象牙細管、副根管、及び根管系の全てのその他形態内の光活性化合物を活性化する。

上記のように、光が感光性化合物に到達する場合、感光性化合物がエネルギーを放出して酸素分子を一重項酸素に変換する。上記のように、感光性化合物の担体溶液としてＨ_２Ｏ／Ｇｌｙ／ＰＥＧが実質的に根管の象牙質内への感光性化合物の浸透を向上させる。実質的に、これは、放出された一重項酸素の量を増加させる。図６は、４つの異なる担体溶液：（１）水、（２）グリセロール、（３）ＰＥＧ、及び（４）Ｈ_２Ｏ／Ｇｌｙ／ＰＥＧ混合物（ＭＩＸ）に対する根管内で微細気泡溶液の振動中に放出された一重項酸素の量を示すグラフである。一重項酸素放出は、１，３−ジフェニルイソベンゾフラン（ＤＰＢＦ）を用いて測定された。ＤＰＢＦは、一重項酸素の放出程度を研究するために用いられる化学物質であり、実際に微細気泡溶液又は感光性溶液の一部ではない。公知のように、ＤＰＢＦは、一重項酸素で漂白され、これは、比色定量的に定量化することができる。図７は、ＤＰＢＦの濃度を増加させ、様々な感光性溶液製剤に対する一重項酸素の濃度を増加させることを示す。このような試験では、微細気泡で４つの異なる感光性製剤は、次のような酸化電位／一重項酸素生成に対して試験した。

溶液ＰＦ１は、ペルフルオロデカヒドロナフタレンを混合したＭＢの５０μｍｏｌ／Ｌを含む。

溶液ＰＦ２は、ペルフルオロデカヒドロナフタレン及びＨ_２Ｏ_２（６６．６：３３．３）を混合したＭＢの５０μｍｏｌ／Ｌを含む。

溶液ＰＦ３は、ペルフルオロデカヒドロナフタレン、Ｈ_２Ｏ_２、及びＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００を６０：３５：５の比率で混合して生成されたエマルション中に５０μｍｏｌ／ＬのＭＢを含む。

溶液ＰＦ４は、ペルフルオロデカヒドロナフタレン、Ｈ_２Ｏ_２、及びＴｒｉｔｏｎＸ１００を７５：２４．５：０．５の比率で混合して生成されたエマルション中に５０μｍｏｌ／ＬのＭＢを含む。

溶液ＰＦ４と共に相当量の一重項酸素が生成されたことを発見した。バイオフィルムの破壊は、バイオフィルム構造への光増感剤の浸透及び／又は放出された一重項酸素の量に比例する。したがって、増加した一重項酸素の生成によって成熟した細菌バイオフィルムの優れた破壊をもたらす。

重要なことには、微細気泡溶液は、根管内で機械的に（例えば、音波又は超音波で）活性化する。例えば、シリンジ灌注と比較される。シリンジ灌注の流動力学は、図８に概略的に示されている。理解されるように、灌注流体は、シリンジの端部から排出される。シリンジに隣接した流体の流れは、一般的に層流である。シリンジの端の下に乱流の小さい領域がある。しかし、根管壁の近くの冠状方向の還流によって、多くの乱流は根管壁に到達しない。これにより、シリンジの端部の上に能動的な流体循環領域が形成され、及びシリンジの端の下に受動的な流体循環領域が形成される。このため、シリンジ灌注は、根管壁に大きな応力を誘発しない。したがって、シリンジ灌注によって灌注された溶液は、根管壁に力を加えられることはなく、灌注溶液が象牙質の非常に深いところまで浸透することはない。一方、音波及び超音波活性は、先端に隣接する流体の側方変位を生成し、根管壁との流体相互作用を引起こす。図９のグラフは、根管のシミュレートされた副根管で次亜塩素酸ナトリウムの側方浸透を示し、音波活性によって確実に浸透した副根管の数を顕著に増加させることを示す。類似のシナジー効果は、超音波活性によって観察される。ＥＤＴＡの有無に係る次亜塩素酸ナトリウムの音波活性化によって副根管への顕著な（数及び程度）浸透をもたらすことが観察される。

［微細気泡溶液の力学］
本発明の消毒方法は、（流体／微細振動を根管壁に向かって物理的に配置する）音波振動及びＰＤＴの（一重項酸素放出によって生成される）抗菌効果の物理的利点の混合を可能にする。一重項酸素又は反応性酸素のより大きくて深い浸透によって、バイオフィルム細菌の顕著な除去を助ける。

微細気泡溶液は、根管で機械的に（音波又は超音波で）活性化する場合、慣性（空洞現象）及び非慣性気泡力学は、根管内で生成される。（空洞現象の結果である）慣性気泡が崩壊してエネルギーを放出し、根管内で熱及びせん断力が生じる。このようなせん断力は、流体力学効果を生成する。流体で非慣性（非空洞現象）気泡が振動して、慣性（空洞現象）気泡と共に崩壊しない。このような非慣性気泡が機械的に活性化されたファイル又は先端の周辺を急速に移動して根管壁からの物質（すなわち、バイオフィルム）を除去可能なせん断力を生成する。

微細気泡溶液の音波又は超音波活性中に、気泡の気体コアは、圧力波の希薄相中に膨張して、圧縮相中に収縮する。増加した微細気泡／微細気泡相互作用はまた、微細気泡溶液の超音波／音波活性化中に発生する。これは、光線力学療法の抗菌効果を増加させる。光線力学療法の高い抗菌／抗バイオフィルム効果は、微細気泡内における酸素担体／酸化剤の利用の可能性、及び超音波／音波振動によって供給される活性エネルギーによって説明される。上記の要因は、一重項／反応性酸素種を顕著に生成してバイオフィルムを破壊し、図６及び図７のグラフによって示される。

根管内の微細気泡溶液の音波又は超音波振動／活性化がアニオン性で安定した転移微細気泡を生成する。超音波／音波振動中のこのような微細気泡は、改善された微細気泡／根管壁の相互作用（根管壁消毒剤の物理的効果）を起こす。超音波／音波補助灌注は、根管壁上の最も高い壁せん断応力及び超音波／音波先端から冠状流体の流れの最も高い乱流強度を生成したことが知られている。したがって、表示された微細気泡の側方移動は、安定した微細気泡の物理的効果を向上させて根管バイオフィルムを破壊するところに重要な意味がある。

図１０は、根管内に微細気泡溶液の音波／超音波活性時に根管内で生成される微細気泡を示す顕微鏡写真及び概略図を含む。酸化剤及び酸素担体は、活性化されると顕著な量の酸素を生成し、根管内で微細気泡として放出される。上述した通り微細気泡の相互作用は、ＰＤＴの光力学効果を向上させる。微細気泡溶液が機械的に活性化する場合、安定した（アニオン性）気泡と根管壁との間の相互作用がある。このような微細気泡／根管壁の相互作用は、バイオフィルムを機械的に破壊する静電気的及び物理的／機械的せん断応力を生成する。したがって、機械的に活性化された微細気泡溶液は、根管内で物理的／機械的効果を３次元的に改善する。

図１１は、音波活性の有（スクエアデータポイント）及び無（ダイヤモンドデータポイント）に係る、メチレンブルーの一重項酸素収率を示すグラフ（左側グラフ）及びローズベンガル（右側グラフ）の一重項酸素収率を示すグラフを含む。メチレンブルーグラフ（左側）は、光の初期吸収が、微細気泡溶液が音波で活性化するときより実質的に高いことを示す。音波で活性化された微細気泡溶液中での光の吸収は、音波活性化がない溶液の吸収よりはるかに急激に低下する。ローズベンガル（ＲＢ）グラフは、音波活性化のない試験の間、常にさらに高い吸収度を示す。しかし、理解されるように、音波活性化試験では、吸収は、不活性化された試料よりはるかに急激に低下した。メチレンブルー及びローズベンガルに対して音波活性化された試料における吸収度の実質的な低下は、（不活性化された試料と比べて）微細気泡溶液の活性化の最初の数秒の間に微細気泡活性の実質的な増加を示す。これは、振動によって一重項酸素収率を向上させて、次に光線力学療法の有効性を向上させることを実証している。

［試験手続］
しばしば、未成熟（４日齢）のバイオフィルムに対して試験が行われる。未成熟な又は若いバイオフィルムは、依然として柔らかく、容易に除去することができる。しかし、未成熟なバイオフィルムは、実際の根管の手順内でほとんど現れない。成熟したバイオフィルム（すなわち、６週齢以上）で、バイオフィルムが石灰化する。未成熟なバイオフィルムと成熟したバイオフィルムとの間の違いは、図１２及び図１３の顕微鏡写真で見ることができる。

図１４は、本発明の強化された光で活性化された消毒方法の戦略を概略的に示している。酸素担体は、根管でＯ_２が十分な濃度であることを保障するが、これは、一般的に根管内の酸素がほぼないか、または全くないためである。酸化剤は、感光性化合物の酸化電位を向上させ、したがって、根管内に一重項酸素の数を増加させる。また、微細気泡溶液内の過酸化水素は、（１）低エネルギーレベル光によって活性化され、（２）根管内で有機物破片と相互作用して微細気泡内で気体と相互に作用する多くのフリーラジカルを形成し、図２４及び図２５に示すようにこれらの成長及び根管壁に向かう移動を生じて、有機細胞の残存物は青色に染色される。微細気泡が有機残存物の近くでより大きな気泡に膨張することに留意されたい。このような現象は、微細気泡が有機物質に向かって推進してデブリードマン（ｄｅｂｒｉｄｅｍｅｎｔ）を促進する。

方法の有効性を試験するために、５０個の単根歯を初期に滅菌してシグマアルドリッチ社から入手可能な培養液であるＡＣ Ｂｒｏｔｈにおいて、エンテロコッカス・フェカリス（Ｅ．ｆａｅｃａｌｉｓ）で４週間培養した。歯を以下のように５つの群に分けた（各群は、１０個の歯を有する）。

群１：コントロール
群１において、歯は消毒処理を受けていない。

群２：伝統的なＲＣＴ
群２において、歯は形成及び掃除をした。歯は（デンツプライタルサデンタル社から入手可能な）Ｐｒｏｔａｐｅｒ（登録商標） Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｆｉｌｅｓを用いて形成され、５．２５％次亜塩素酸ナトリウム溶液６ｍｌで１８０秒の間、洗浄された。

群３：従来の光活性消毒（ＬＡＤ）
群３において、歯はＰｒｏｔａｐｅｒ（登録商標） Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｆｉｌｅで形成した。形成された根管は、水中のメチレンブルーの１００μｍｏｌ溶液で３００秒の間、洗浄された。歯は、振動なしで６００秒の間、光活性化を行った。図３のアクチベーターを用いて光を根管に導入したが、アクチベーターは活性化しなかった。

群４：ＳＡＭＰ
群４において、歯は本発明の光化学的に活性化された微細気泡基盤の根管消毒によって消毒し、微細気泡を活性エネルギーによって根管壁に向かって脈動して推進した。初期歯の根管は、Ｐｒｏｔａｐｅｒ（登録商標） Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｆｉｌｅｓで形成した。形成された根管は、ポリエチレングリコール、グリセロール及び水に溶解したメチレンブルーの１００μｍｏｌ溶液で３００秒の間、洗浄された。ＰＥＧ、エタノール、及び水を３０：２０：５０の体積比で混合した。過剰な感光性溶液をペーパーポイントを用いて根管から除去した。根管は、ＰＦＣ、Ｈ_２Ｏ_２、及びＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００を７５．０：２４．５：０．５の体積比で構成した微細気泡溶液で充填された。微細気泡溶液は、光ファイバケーブルを備えたＥｎｄｏＡｃｔｉｖａｔｏｒ（登録商標）ドライバを用いて１８０秒の間、音波で活性化され、光ファイバケーブルは、ダイオードレーザ（６６０ｎｍ）からの光を微細気泡溶液の根管に伝達し、根管内に光を導入する。

群５：ＲＣＴ＋ＳＡＭＰ
群５において、歯を（群２と同じ）伝統的なＲＣＴによって形成及び洗浄し、（群４と同じ）ＳＡＭＰを行った。

処理後、それぞれの歯の根管を露出するように歯を軸方向に切断した。根管表面の標本を採取し、ブレインハートインフュージョン（ＢＨＩ）培地に配置してコロニー形成単位を監視した。試料を４時間及び２４時間後に検査した。また、根管は走査型電子顕微鏡から準備した。

図１５は、発明の消毒方法の有効性を示している。図１５の最初の２つの列は、異なる群の処理前後にエンテロコッカス・フェカリスの１週齢の細菌バイオフィルムを示す画像を含む。最初の２つの列の６つの画像の各々は、活性細菌及び死菌を示す。活性細菌は緑色で示し、死菌は赤色で示す。図１５の左側２つの列は、異なる処理を行ったエンテロコッカス・フェカリスバイオフィルムの３次元共焦点レーザ走査型顕微鏡の再構成を示した画像を含む（６０倍）。左側の列は、処理を行っていないバイオフィルム（上）、メチレンブルー（光増感剤）（１００μｍｏｌ／Ｌ）処理を行ったバイオフィルム（中）、及びＰＦ４微細気泡溶液処理を行ったバイオフィルム（下）を示す。中間の列は、光（６６０ｎｍ）照射を行ったバイオフィルム（上）、メチレンブルー＋光（６６０ｎｍ）照射を行ったバイオフィルム（中）、及びＰＦ４微細気泡溶液処理＋光（６６０ｎｍ）を行ったバイオフィルムを示す。最終的に、右側の列は、中間の列のＭＢに記載されたような処理群の矢状断面を示す。上部行から分かるように、相当量の活性（生）細菌が掃除及び形成直後に存在する。次亜塩素酸ナトリウムを使用した消毒は、２番目の列に示すように、ほぼ全ての活性細菌を殺す（除去する）。しかし、活性細菌が存在する。下部行に示すように、本発明の光増強されて活性化された微細気泡基盤の消毒方法は、実際に全ての活性細菌を除去する。

試験は、単根歯の根管で成長したエンテロコッカス・フェカリス（Ｅ．ｆａｅｃａｌｉｓ）の４週齢バイオフィルムで実行された。５つの異なる群歯の結果は、下記の表１に要約する。

根管の試料を半分に分割した。根管の半分は、微生物学培養分析（上記に図示）のために使用されることが下に記載されており、他の半分は、図１６〜図１９と共に下に記載されたＳＥＭ分析に使用された。８つの歯の試料を微生物学培養分析のために使用したが、４つの試料を各群の下でＳＥＭ分析に対して使用した。

理解されるように、コントロール（群１）及び従来のＬＡＤ（群３）試料の両方は、増殖培地で４時間増菌した後に活性細菌の相当なコロニー形成単位（ＣＦＵ’ｓ）数を有し、２つの群の全ての試料は、２４時間後のコロニー形成単位に対して陽性であることを試験した。群２において、試料は、伝統的な根管治療（ＲＣＴ）によって試験し、増殖培地で４時間の増菌後にコロニー形成単位は存在しなかった。しかし、群２（ＲＣＴ治療）試料の６０％は、増殖／増菌培地で２４時間後にコロニー形成単位を有する。これは、上記のように、ＳＡＭＰ及びＲＣＴ＋ＳＡＭＰによって処理された群４及び群５の歯に対して比較したものである。これらの群では、４時間後の増殖／増菌培地でコロニー形成単位は存在せず、重要なことに、２４時間後の増殖培地にコロニー形成単位が存在しなかった。２４時間の試験は、ＳＡＭＰ及びＲＣＴ＋ＳＡＭＰ処理によって根管内で全ての細菌を実質的に破壊したことを実証する。群４の歯（ＳＡＭＰ単独）は、ＳＡＭＰが非常に効果的であることを示し、本発明のＳＭＡＰ方法によって根管が消毒される場合、伝統的なＲＣＴで使用される化学的消毒を使用する必要がない。

図１６〜図１９は、群１、群３（２つの変形）、及び群４の歯の処理された根管の走査型電子顕微鏡写真を含む。図１６は、群１（コントロール）の歯の顕微鏡写真を含む。理解されるように、バイオフィルムが依然として存在する。図１７は、群３（活性化していない水のＭＢによるＰＤＴ）の歯の顕微鏡写真を含む。理解されるように、バイオフィルムの一部が破壊されるが、依然として、かなり多くの根管表面にバイオフィルムが存在する。図１８は、従来の光活性消毒（ＬＡＤ）上に微細気泡溶液の効果を実証する。理解されるように、バイオフィルムは、図１７の顕微鏡写真からより大きい程度で破壊される。しかし、バイオフィルムは依然として存在する。図１８は、群４（ＳＡＭＰ）の歯の顕微鏡写真を含む。理解されるように、音波活性化された微細気泡基盤の光線力学療法によって治療された歯では、バイオフィルムが十分に除去され、根管壁が明確に見られることができ、象牙細管が開放される。

図２０〜図２２は、水／アルコール／ＰＥＧ担体溶液の有効性を実証するために、活性化された微細気泡溶液の存在下で水、エタノール及びポリエチレングリコールのうちのメチレンブルーの光活性化、及び活性化された微細気泡溶液の存在下で水中のメチレンブルーの光活性化によって処理された根管をコントロールの歯と比較した根管の色光増強された画像を含む。このような写真において、活性細菌は、緑色と表示されて死菌は、赤色と表示される。図２０は、コントロールの歯の顕微鏡写真を含む。このような写真は、相当量の活性細菌（緑色）を示す。コントロールのバイオフィルムは、根管基板に付着した４５ミクロンを超える厚さの多層バイオフィルム構造を示す。図２１は、水担体中のＭＢで処理された後に微細気泡溶液の音波及び光活性を行う歯の顕微鏡写真を含み、図２２は、ポリエチレングリコール、アルコール及び水担体溶液中のＭＢで処理され、微細気泡溶液の音波及び光活性化を行った歯の顕微鏡写真を含む。図２１及び図２２は、実質的に全ての活性細菌が除去されることを示す。このような２つの図面は、微細気泡溶液の効果を示す。ＭＢに対するポリエチレングリコール−アルコール−水担体溶液の使用は、ＭＢの象牙質における優れた浸透を可能にするが、微細気泡溶液の音波及び光活性がこれを補償して、両方の群（図２１及び図２２）では、バイオフィルムが実質的に完全に破壊される。死菌が象牙細管内にあることが注目される。

図２４及び図２５の画像は、微細気泡と混合した血清アルブミン内で相互に作用する細胞成分によって得られ、光学顕微鏡下で相互作用を観察した。このような画像は、光活性がなくとも微細気泡力学を強調する。

上記から理解されるように、水／アルコール溶液内の光活性化合物を溶解することにより、感光性化合物（すなわち、メチレンブルー）を象牙細管及び根管の解剖学的構造で良好に浸透させることができる。また、微細気泡溶液を利用すると、反応性酸素種（すなわち、一重項酸素）のより大きい程度（３倍超過）を生成し、光を象牙質内に良好に浸透させ、微細気泡（脈動／推進）の物理的／機械的効果を改善して、ＰＤＴの抗バイオフィルムの有効性を増加させる。本発明の向上した微細気泡基盤の光活性消毒によって、根管の形成器具処理がされていない部分までも根管系からバイオフィルムを破壊して実質的に除去する。したがって、開示された方法は、標準又は従来の根管処理で得られたよりも根管の実質的に優れた消毒を提供する。根管のこのような優れた消毒によって良好な結果が得られ、再処理が少なくなる。また、根管の形成器具処理がされていない部分が消毒されるため、ＳＡＭＰは効果的なＭＩＥを可能にする。

上記の構成において、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更が行われることができ、上記の説明に含まれる、又は図面に示される全ての事項は、例示的なものであって限定的な意味ではないと解釈される。

Claims (47)

1. 形成された根管を消毒する方法であって、
   ａ）アルコール担体溶液に溶解された光活性化合物を含有する光活性溶液を根管に導入するステップと、
   ｂ）前記根管から過剰な光活性溶液を除去するステップと、
   ｃ）酸素担体、酸化剤、及び界面活性剤からなる微細気泡溶液を導入するステップと、
   ｄ）前記根管内で前記微細気泡溶液を音波又は超音波で活性化するステップと、
   ｅ）前記根管に光を導入するステップと、
   を含む、方法。
2. ステップ（ｄ）及びステップ（ｅ）は、同時に実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記根管に前記光活性溶液を導入するステップは、前記根管を前記光活性溶液で洗浄するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記過剰な光活性溶液を除去するステップは、前記根管を少なくとも約６０秒の間、前記光活性溶液に露出した後に実行される、請求項１に記載の方法。
5. 前記過剰な光活性溶液を除去するステップは、前記根管を約６０秒から約１８０秒の間、前記光活性溶液に露出した後に実行される、請求項１に記載の方法。
6. 前記微細気泡溶液は、前記根管内で少なくとも約６０秒の間、機械的に活性化される、請求項１に記載の方法。
7. 前記微細気泡溶液は、前記根管内で約６０秒から約１８０秒の間、機械的に活性化される、請求項１に記載の方法。
8. 前記光は、ハロゲンランプ、ＬＥＤ又はレーザから出るものである、請求項１に記載の方法。
9. 前記光は、レーザから出るものであり、前記レーザは、使用される感光性化合物に従って適合される、請求項８に記載の方法。
10. 前記光活性化合物はメチレンブルーであり、前記レーザは６６０ｎｍで作動する、請求項９に記載の方法。
11. 前記光活性化合物は、トルイジンブルー（ＴＢＯ）、メチレンブルー（ＭＢ）、ローズベンガル（ＲＢ）アリアノールスチールブルー、トリプタンブルー、クリスタルバイオレット、アズールブルーサート、アズールＢクロリド、アズール２、アズールＡクロリド、アズールＢテトラフルオロボレート、チオニン、アズールＡエオシネート、アズールＢエオシネート、アズールミックスシック、アズールＩＩエオシネート、ヘマトポルフィリンＨＣｌ、ヘマトポルフィリンエステル、アルミニウムジスルホン化フタロシアニン、クロリン、光活性フラーレン（例えば、ＣＩ６−ｂ）、アミノレブリン酸（ＡＬＡ）、バクテリオクロリン、フタロシアニン、フェオホルビド、プルプリン、ナフタロシアニン、インドシアニングリーン及びこれらの混合からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
12. 前記光活性化合物は、メチレンブルー又はローズベンガルアリアノールスチールブルーである、請求項１に記載の方法。
13. 前記光活性化合物は、メチレンブルーである、請求項１に記載の方法。
14. 前記アルコール担体溶液は、ポリエチレングリコール及び／又はエタノールを含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記アルコール担体溶液は、ポリエチレングリコール、エタノール及び水を含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記ポリエチレングリコールは、グリセロールである、請求項１４に記載の方法。
17. 前記ポリエチレングリコール、エタノール及び水は、最終混合物が象牙質の屈折率に近い屈折率を有し、同時に象牙細管内に浸透できる比率で混合される、請求項１５に記載の方法。
18. 前記担体溶液のポリエチレングリコール、エタノール及び水は、約１：１：１から約３：１：２の比率で混合される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記担体溶液のポリエチレングリコール、エタノール及び水は、約３０：２０：５０の比率で混合される、請求項１５に記載の方法。
20. 前記光活性化合物は、前記光活性溶液中に約２μｍｏｌから約１００μｍｏｌの濃度を有する、請求項１に記載の方法。
21. 前記光活性化合物は、約１００μｍｏｌの濃度を有する、請求項１に記載の方法。
22. 前記微細気泡溶液の酸素担体は、ペルフルオロデカヒドロナフタレン、ペルフルオロデカリン、ペルフルオロヘキサン、オクタフルオロプロパン、ペルフルオロブタン、ペルフルオロオクタン、ペルフルオロメチルデカリン及びＯ_２ＩｒＣｌ（ＣＯ）Ｐ［Ｃ_６Ｈ_５］_３）_２及びこれらの混合からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
23. 前記微細気泡溶液の酸素担体は、パーフルオロカーボンである、請求項１に記載の方法。
24. 前記微細気泡溶液の酸化剤は、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、希釈された次亜塩素酸ナトリウム、ジメチルスルホキシド及び二酸化塩素及びこれらの混合からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
25. 前記微細気泡溶液の酸化剤は、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）である、請求項２４に記載の方法。
26. 前記使用される過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度は、約３から約４０％のＨ_２Ｏ_２である、請求項２５に記載の方法。
27. 前記使用される過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度は、約３５％のＨ_２Ｏ_２である、請求項２４に記載の方法。
28. 前記微細気泡溶液の界面活性剤は、ミネラルオイル、グリセロール、ポリエチレングリコール、非イオン性洗剤、ポリプロピレングリコール、ＳＤＳ、非イオン性ポリオキシエチレン界面活性剤、セトリミド（抗菌性洗剤）及びこれらの混合からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
29. 前記微細気泡溶液の界面活性剤は、非イオン性ポリオキシエチレン界面活性剤である、請求項１に記載の方法。
30. 前記微細気泡溶液の酸素担体、酸化剤及び界面活性剤は、約７３：２６．５：０．５から約７５：２４：１の体積比で混合される、請求項１に記載の方法。
31. 前記微細気泡溶液の酸素担体、酸化剤及び界面活性剤は、７５：２４．５：０．５の体積比で混合される、請求項１に記載の方法。
32. 調整された根管の光活性化された消毒に用いるための感光性溶液において、前記溶液は、アルコール担体溶液に溶解した光活性化合物を含み、
    前記感光性化合物は、トルイジンブルー（ＴＢＯ）、メチレンブルー（ＭＢ）、ローズベンガル（ＲＢ）、アリアノールスチールブルー、トリプタンブルー、クリスタルバイオレット、アズールブルーサート、アズールＢクロリド、アズール２、アズールＡクロリド、アズールＢテトラフルオロボレート、チオニン、アズールＡエオシネート、アズールＢエオシネート、アズールミックスシック、アズールＩＩエオシネート、ヘマトポルフィリンＨＣｌ、ヘマトポルフィリンエステル、アルミニウムジスルホン化フタロシアニン、クロリン、光活性フラーレン（例えば、ＣＩ６−ｂ）、アミノレブリン酸（ＡＬＡ）、バクテリオクロリン、フタロシアニン、フェオホルビド、プルプリン、ナフタロシアニン、インドシアニングリーン及びこれらの混合からなる群から選択され、
    アルコール溶液は、ポリエチレングリコール及び／又はエタノールを含む、溶液。
33. 前記感光性化合物は、メチレンブルー又はローズベンガルアリアノールスチールブルーである、請求項３２に記載の溶液。
34. 前記感光性化合物は、メチレンブルーである、請求項３３に記載の溶液。
35. 前記アルコール担体溶液は、ポリエチレングリコール及びエタノールを含む、請求項３２に記載の溶液。
36. 前記ポリエチレングリコールは、グリセロールである、請求項３２に記載の溶液。
37. 前記担体溶液のポリエチレングリコール、エタノール及び水は、約１：１：１から約３：１：２の比率で混合される、請求項３２に記載の溶液。
38. 前記担体溶液のポリエチレングリコール、エタノール及び水は、約３０：２０：５０の比率で混合される、請求項３２に記載の溶液。
39. 前記感光性化合物は、前記感光性溶液中に約５μｍｏｌから約１００μｍｏｌの濃度を有する、請求項３２に記載の溶液。
40. 前記感光性化合物は、約１００μｍｏｌの濃度を有する、請求項３２に記載の溶液。
41. 酸素担体、酸化剤、及び界面活性剤を含む光補助光力学根管治療で使用するための酸素運搬微細気泡生成溶液であって、
    前記酸素担体は、ペルフルオロデカヒドロナフタレン、ペルフルオロデカリン、ペルフルオロヘキサン、オクタフルオロプロパン、ペルフルオロブタン、ペルフルオロオクタン、ペルフルオロメチルデカリン及びＯ_２ＩｒＣｌ（ＣＯ）Ｐ［Ｃ_６Ｈ_５］_３）_２及びこれらの混合からなる群から選択され、
    前記微細気泡溶液の酸化剤は、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、希釈された次亜塩素酸ナトリウム、ジメチルスルホキシド及び二酸化塩素及びこれらの混合からなる群から選択され、
    前記微細気泡溶液の界面活性剤は、ミネラルオイル、グリセロール、ポリエチレングリコール、非イオン性洗剤、ポリプロピレングリコール、ＳＤＳ、非イオン性ポリオキシエチレン界面活性剤、及びこれらの混合からなる群から選択される、溶液。
42. 前記微細気泡溶液の酸素担体は、パーフルオロカーボンである、請求項４１に記載の溶液。
43. 前記微細気泡溶液の酸化剤は、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）である、請求項４１に記載の溶液。
44. 前記使用される過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度は、約３５％のＨ_２Ｏ_２である、請求項４３に記載の溶液。
45. 前記微細気泡溶液の界面活性剤は、非イオン性ポリオキシエチレン界面活性剤である、請求項４１に記載の溶液。
46. 前記微細気泡溶液の酸素担体、酸化剤及び界面活性剤は、約３０：２０：５０の体積比で混合される、請求項４１に記載の溶液。
47. 前記微細気泡溶液の酸素担体、酸化剤及び界面活性剤は、約７５．０：２４．５：０．５の体積比で混合される、請求項３７に記載の溶液。

Images