抗菌光線力学療法

抗菌光線力学療法（aPDT ）は、光線力学不活化（PDI）、光消毒（PD）、光線力学抗菌化学療法（PACT ）とも呼ばれ、1世紀以上にわたって研究されてきた光化学的抗菌法です。^[1] in vitro、 in vivo 、臨床研究によって裏付けられたaPDTは、特に抗菌薬耐性が高まっている状況において、広範囲の感染症に対する治療オプションを提供します。^{[2] [3]}多標的作用モードにより、aPDTは薬剤耐性微生物に対する実行可能な治療戦略となります。^[4]この手順では、光抗菌剤とも呼ばれる光感作化合物を適用します。光によって活性化されると、活性酸素種（ROS）を生成します。これらのROSは、病原性細菌、真菌、原生動物、藻類、ウイルスなど、さまざまな微生物の細胞成分の酸化を引き起こします。^[5]

20世紀初頭、最初の化学抗生物質が開発される数十年前、ニールス・フィンセン博士は青色光が皮膚感染症の治療に使えることを発見した。^[6]その後数年間、フィンセンの光線療法は多くのヨーロッパの医療機関で局所抗菌剤として使用された。^[7] 1903年、ノーベル賞委員会は「集中光線照射による疾患、特に尋常性狼瘡の治療への貢献が認められ、医学に新たな道を開いた」として、フィンセンに生理学/医学部門の業績を授与した。 ^[8]

同様に、20 世紀初頭、ヘルマン・フォン・タッパイナー教授の指導を受けていたドイツの医学生オスカー・ラーブは、偶然、光活性化染料の抗菌効果を科学的に観察しました。^[7]運動性原生動物の生存に関する実験中に、ラーブは、アクリジンやキサンテンなどの蛍光染料が、染色したサンプルに太陽光を当てると、染色した微生物を殺すことができることに気付きました。これらの効果は、太陽光が最も明るい夏に特に顕著でした。この偶然の観察により、現在「光増感剤」(PS) と呼ばれている特定の蛍光化合物が、微生物に人工的に光感受性を誘発し、太陽光の既知の抗菌効果を高める能力が明らかになりました。その後まもなく、フォン・タッパイナーとヨドルバウアーは、酸素が光媒介反応に不可欠であることを発見し、「光力学的効果」という用語が生まれました。 ^[7]

しかし、研究者が光線力学療法の医療応用の可能性を体系的に探求し始めたのは1970年代になってからでした。 ^{[9]それ以来、がんや}加齢性黄斑変性症の治療における光線力学療法（PDT）の有効性を最適化するための根本的なメカニズムの理解において大きな進歩がありました。今日では、微生物細胞を殺すことに焦点を当てたPDTの分野は、抗菌薬耐性の出現を回避する方法で感染症を予防および治療するための選択肢と考えられています。^[5]

抗菌光線力学療法の基礎となる光化学的原理には、特定の波長の光にさらされるとラジカルや活性酸素種（ROS）などの反応性生成物を局所的に生成できる光感受性化合物である光増感剤の活性化が含まれます。 ^{[10]理想的な光増感剤は選択的に標的微生物細胞に蓄積し、特定の}波長の光の照射によって活性化されるまで不活性で無毒のままです。この活性化により、光増感剤分子は、基底状態の対応物と比較して異なる化学反応性を持つ短命の励起状態になります。光増感剤分子が励起三重項状態にある場合、分子状酸素、無機イオン、または生物学的標的と直接接触することで、局所的なタイプ1光線力学反応を誘発できます。^{[11] [12]}これらの酸化還元反応（タイプ1）では、電子（e ^–）または水素イオン（H ⁺）の供与による電荷移動が関与し、アニオンラジカルスーパーオキシド、過酸化水素、ヒドロキシラジカルなどのラジカルやROSが形成されます。^[10]励起三重項状態の光増感剤は、タイプ2の光力学反応を介して分子三重項状態酸素にエネルギーを移動し、一重項酸素を生成することもできます。 ^{[10]活性反応物の光誘起バーストは、細胞の酸化還元調節に影響を及ぼし、}タンパク質、脂質、炭水化物、核酸でできた重要な構造に酸化損傷を引き起こし、局所的な細胞死につながります。^{[13] [11]}

1990年代から、様々な異なる光感作剤を使用した抗菌光線力学療法の有効性が研究されてきました。 ^{[9] [7]}ほとんどの研究で肯定的な結果が得られており、感染管理ガイドラインで定義されている消毒レベル、つまり微生物不活化率が5 log ₁₀ (99.999%) を超えることも多くありました。^[14]過去10年間で、さまざまな細菌種に対する抗菌光線力学作用の効率が向上した一連の新規光抗菌剤が開発されました。^[5]これらの研究は、主に浮遊細菌細胞であるプランクトン培養物の不活化に焦点を当てています。この方法は、特定の光感作剤に対するわずかな化学修飾が抗菌効果を高めることができるかどうかを評価するなど、複数の化合物の高スループット抗菌スクリーニングに便利なアプローチとして機能します。^{[15]しかし、}バイオフィルム中に存在する微生物群は、プランクトンと比較して、抗菌剤に対する耐性が著しく高い（最大1,000倍）など、異なる特性を示すことがあります。^[16]この耐性の向上に寄与するさまざまな要因の中には、細胞外高分子物質（EPS）で構成されるバイオフィルムマトリックスがあります。 EPSは、1）正に帯電した薬剤と負に帯電したEPS残基との相互作用により、バイオフィルム全体への抗菌物質の浸透を阻害することによって、および2）一般に進入する活性物質を不均化させるように作用する芳香族表面を含む酸化還元プロセスとπ-π相互作用によって、構成細菌を抗菌剤から保護することができます。 高密度に架橋されたマトリックスは、光感作剤がバイオフィルムのより深い層に拡散するのを妨げる可能性があるため、EPSは抗菌性光感作剤の合理的な設計で考慮されなければなりません。^[17]

aPDTのマルチターゲットメカニズムは、依然として世界的に大きな健康上の懸念となっている抗菌薬耐性を回避します。 ^{[18] [19] [20]}病原体が耐性を獲得する可能性は、多くの抗生物質や消毒剤に体現されている鍵と鍵穴の原理に従った特定の標的構造を持つ抗菌戦略の方が高くなります。^{[21] [22]このような場合、病原体は特定の突然変異、}排出ポンプの上方制御、または抗菌薬を不活性化する酵素の産生によって抗菌薬の攻撃を回避することができます。対照的に、aPDTは、複数の構造と経路を同時に標的とするさまざまな非特異的な酸化メカニズムを介して作用するため、この技術は耐性を獲得する可能性がはるかに低くなります。^[13]したがって、細菌がaPDTに対して耐性を獲得する可能性は非常に低いと考えられています。^[4]いくつかの研究では、世界保健機関（WHO）の優先病原体である黄色ブドウ球菌、緑膿菌、肺炎桿菌、アシネトバクター・バウマニ、エンテロコッカス・フェシウム、カンジダ・アウリス、大腸菌など、さまざまな薬剤耐性病原体に対するaPDTの有効性が実証されています。[ 20 ^{] [23]}

光は光増感剤を励起するのに必要であり、これにより ROS が光化学的に生成されます。光子エネルギーを光増感剤の電子構造に効率的に伝達するには、光源の波長を光増感剤の吸収スペクトルに一致させる必要があります。aPDT では、ランプ (タングステンフィラメント、キセノンアーク、蛍光灯など)、レーザー、発光ダイオード(LED)など 、さまざまな光源が使用されています。ランプは通常白色光を発しますが、フィルターを使用して光増感剤に吸収される適切な波長を選択し、望ましくない熱の影響を回避することができます。対照的に、レーザーは単色光源であるため、光ファイバーに簡単に結合して表面以外の領域にアクセスできます。LED も単色光源ですが、スペクトル放出帯域はレーザーよりも広いです。ただし、LED と光ファイバーの結合は効率的ではなく、光の大幅な損失が発生します。最近では、従来のLEDよりも柔軟で薄く、軽量に作ることができるため、有機LED（OLED）がウェアラブル光源としてaPDTに使用されています。太陽光もaPDTの光源として使用できますが、正確な照明パラメータを正確に再現することは難しい場合があります。^[24]

aPDT の結果は、3 つの物理量、すなわち放射照度、放射曝露量、曝露時間の相互作用によって決まります。放射照度は、ワット単位の光源の光出力を、通常平方メートルまたはセンチメートルで表される組織照射面積で割った値 (W/m ²または W/cm ² ) として定義されます。光力学的パラメータとしての放射照度は、曝露された組織における有害な熱要因の発現、または感作物質自体の劣化 (一般に「光退色」と呼ばれる) によって制限されます。放射曝露量は、放射照度と秒単位の曝露時間の積を照射面積 (J/cm ² ) で割った値で、一般に光線量と呼ばれます。このパラメータは、治療時間が長すぎるとポイントオブケアの環境では受け入れられないため、許容される治療時間によって制限されることがよくあります。フルエンスはaPDT施術者がよく使用する別の物理量であり、光と組織の相互作用による後方散乱フラックスによって光子が治療部位に再入射することを考慮します。^[25]

光力学的作用は、光増感剤による電磁波の吸収と、このエネルギーの酸化還元化学反応への変換、または基底状態の酸素への転移に依存しており、高度に酸化力のある種である一重項酸素を生成します。^{[10]したがって、光増感剤は}光触媒と見なすことができますが、増感剤が微生物などの標的部分と直接相互作用して、たとえば分子標的を確立することも事実です。これが、すべての光増感剤が光抗菌剤として有用であるわけではない理由を説明しています。^[26]

最も効果的な光増感剤分子は正電荷（カチオン性）を帯びている。^[26]これにより、微生物細胞表面にある負電荷を帯びた基（リン酸、カルボン酸、硫酸など）との静電引力が促進され、照射中に活性酸素種の生成が標的細胞集団と密接に接触して起こるようになる。その結果、負に帯電した光増感剤は、特に強い負のゼータ電位を持つグラム陰性細菌細胞に対しては効果が低くなる。^[1]

臨床現場で最も広く使用されている光増感剤は、 +1電荷を持つフェノチアジン誘導体のメチレンブルーです。 ^{[27]メチレンブルーは、手術染色と}メトヘモグロビン血症の全身治療の両方で患者に安全に使用されてきた長い記録があるため、好まれています。^[28]ポルフィリン、フタロシアニン、キサンテンなど、さまざまな化学クラスから他の多くの光増感剤が提案されていますが、カチオン性であることと、ヒト/動物での使用が実証されている必要があるため、新しい化学物質の開発には大きな障壁があります。^[5]

2015年に、無機塩を添加するとaPDTが数桁増強されることが発見され、^[29]酸素非依存型光不活性化が起こる可能性さえあります。^{[30]最も関連性の高い例は} ヨウ化カリウム（KI）です。チオシアン酸カリウム（KSCN）、セレノシアン酸カリウム（KSeCN）、臭化カリウム（KBr）、亜硝酸ナトリウム（NaNO ₂）、さらにはアジ化ナトリウム（NaN ₃、有毒）などの他の無機塩も、幅広い病原体の殺菌力を最大100万倍に高めることが示されています。^[31]

KIを100mMまでの濃度で添加すると、単独では効果のない光増感剤によってグラム陰性細菌を殺すことができ、これは局所感染のいくつかの動物モデルで有効であることが示されています。^[32] KIは、メチレンブルーaPDTで治療された口腔カンジダ症のヒトエイズ患者に有効であることが示されています。 ^[33]飽和KI溶液（4〜6g KI /日）の経口摂取は、皮膚の深部真菌感染症の一部に対する標準的な治療法です。

光化学的作用機序は複雑である。^[34] KIは一重項酸素と反応して遊離分子ヨウ素と過酸化水素を形成し、相乗的で長寿命の抗菌効果を示すとともに、短寿命の反応性ヨウ素ラジカルを形成する。タイプ1光感作剤は、酸素が存在しない場合でも、直接電子移動を行ってヨウ素ラジカルを形成することができる。KSCNは一重項酸素と反応して三酸化硫黄ラジカルを形成し、KSeCNは半安定なセレノシアンを形成する。KBrはTiO ₂ 光触媒と反応して次亜臭素酸塩を形成し、NaNO ₂は一重項酸素と反応して不安定な過酸化硝酸塩を形成する。NaN _3は一重項酸素を消光するため、電子移動によってのみ反応してアジドラジカルを形成することができる。aPDT中に生成される短寿命の反応性種を捕捉するには、比較的高濃度の塩が必要である。

金ナノ粒子の存在は、トルジンブルーなどの光増感剤の抗菌効果を高めることができます。^[35]ナノ粒子を光増感剤に共有結合させることも、抗菌活性を高めます。^[36]金ナノ粒子には2つの役割があります。1つ目は、染料の光捕捉を高めること、2つ目は、染料の崩壊経路を誘導し、過剰な殺菌ラジカル種の形成を通じて非放射プロセスを促進することです。

光増感剤をポリマーに組み込むことで、可視光によって活性化されたときに表面の微生物を殺すことができる材料が得られます。^{[37] [38]}このようなポリマーは、臨床環境で細菌を殺すのに効果的であることが示されています。^[39]したがって、これらの自己消毒材料は、臨床環境だけでなく食品加工および食品取り扱い施設でも病原性微生物の拡散を減らすために表面をコーティングするために使用できます。

医学と外科手術の進歩により、さまざまな医療機器への依存が高まっていますが、その中で最も広く使用されているのはカテーテルです。残念ながら、カテーテルの非脱落性表面には微生物が定着してバイオフィルムが形成され、その結果、感染症につながる可能性があります。このようなカテーテル関連感染症は、罹患率と死亡率の主な原因です。メチレンブルーやトルイジンブルーなどの光増感剤は、カテーテルの製造に使用される主要なポリマーであるシリコーンに組み込まれており、その結果得られた複合材料は、適切な波長の光にさらされると抗菌効果を発揮することが示されています。^{[40] [41] [42]}このような材料に適切に照射すると、表面のバイオフィルムの蓄積を大幅に減らすことができることが示されています。^[43]このアプローチは、カテーテル関連感染症に関連する罹患率と死亡率を減らす可能性があります。

好中球、マクロファージ、好酸球における活性酸素種（ROS）の生成は、ヒトの免疫系が感染性微生物と戦う主要な手段の1つです。^[44]適応性の高い微生物は、ROSにさらされると抗酸化酵素をアップレギュレーションすることで、これらの反応性分子に対するある程度の防御戦略を発達させており、微生物がaPDTに対する耐性を高めることができる1つの方法を示唆しています。^[45]しかし、これらの生化学的反応は、aPDTによって微生物にかかる酸化ストレスの大きさと比較すると限られています。^[4]微生物を致死量未満の抗菌光線力学療法（aPDT）に繰り返しさらし、その後生き残った培養細胞の回復力を分析する多数の調査では、一貫してこれらの微生物の耐性発達の顕著な兆候は明らかにされていません。^{[46] [47] [48] [49] [50] [51]}実際、MRSAに対する光感作剤（PS）としてメチレンブルーを使用した研究では、aPDT曝露とそれに続く複数年にわたる再培養試験のシリーズで、微生物のaPDTに対する感受性は変化していないことが示されました。対照的に、オキサシリンに対する顕著な耐性は12サイクル未満で出現しました。^[47]

病原性微生物は、外毒素、内毒素、莢膜、付着因子、侵入因子、プロテアーゼなどの要素を含むさまざまな毒性因子を介して宿主に危害を加え、宿主の防御機構を回避します。^{[52] [53]}抗生物質は微生物を不活性化して、宿主に損傷を与える毒性因子のさらなる生成を防ぐことができますが、既存の毒性因子や殺菌プロセス中に放出される毒性因子に効果のある抗生物質はほとんどありません。これらの因子は、原因となる微生物細胞が不活性化された後も、損傷を引き起こし続ける可能性があります。^[54]

ほとんどの抗菌薬とは異なり、抗菌光線力学療法（aPDT）は通常、微生物の毒性因子の有効性を中和または減少させることができ、またはその発現を減らすことができます。^{[55] [56]微生物の毒性を阻害する能力は、}細菌静止または殺菌効果のみに依存する標準的な抗菌化学療法と比較して、感染部位の治癒を加速することに関連している可能性があるため、特に興味深いものです。^{[57] [58]}分泌された毒性因子には通常ペプチドが含まれており、一部のアミノ酸（例： ヒスチジン、システイン、チロシン、トリプトファン、メチオニン）は酸化に対して非常に脆弱であることはよく知られています。^{[59] [60]光線力学反応は、}リポ多糖類（LPS）、プロテアーゼ、およびその他のさまざまな微生物毒素の有害な活性を減少させるのに顕著な有効性を実証しています。^{[46] [55] [61]}感染の原因となる微生物を排除するだけでなく、宿主組織の損傷につながる様々な分子の発現を阻害する能力は、従来の抗菌薬に比べて大きな利点があります。^[5]

鼻腔の除菌は、院内感染（HAI）、特に手術部位感染（SSI）の発生に対する主要な予防的介入として認識されています。 ^{[62] [63]} HAIは世界中で深刻な公衆衛生上の懸念事項であり、米国では年間約250万件のHAIが発生し、高い罹患率と死亡率（例えば、 HAIに直接起因する年間死亡者3万人）につながっています。米国では、入院患者の31人に1人がHAIに罹患しています。^[64] グラム陽性菌である黄色ブドウ球菌は、院内肺炎と手術部位感染の最も一般的な原因であり、血流、心血管、目、耳、鼻、喉の感染症の第2位の原因です。^[65] 黄色ブドウ球菌は、潜在的に致命的な菌血症を引き起こす可能性のある皮膚および軟部組織のHAIの最大の原因です。^[66] SSIは、罹患率と死亡率が高い最も一般的な医療関連感染症の1つです。2005年の全国入院患者サンプルデータベースの分析では、入院患者のS.aureus感染症により入院期間が3倍になり、手術部位感染症の場合は入院期間が平均7.5日長くなりました。^{[66]前鼻孔は、} S.aureusの定着が最も一貫している部位として分類されています。 ^[67]健康な人の無症候性S.aureus鼻腔保菌率は20〜55％と報告されており、^[68]手術部位感染のリスクがほぼ4倍に増加します。^[69]重要なことに、これらの細菌集団のますます多くの割合が抗生物質耐性を示しています。^{[70] [71]}

SSIの発生を減らすための黄色ブドウ球菌の鼻腔内除菌は、集中治療室（ICU）と手術前の両方の環境で現在の標準治療に拡大している。 ^{[72] [73]}細菌の伝染を減らし、全体的な感染率を下げるために、病院ではさまざまな除菌戦略が使用されてきた。除菌効果は、急性期治療環境で広く実施された場合、全体的なバイオバーデンの減少を介して直接的および間接的に関連付けられている。治療された患者を超えて、医療従事者や他の患者にまで効果が及ぶという追加の利点がある。^[62]

外科患者を対象に現在の標準治療である鼻腔内ムピロシン2%抗生物質軟膏を用いて行われたいくつかの臨床研究では、この治療によって院内感染率が著しく低下したという結論が出ている。^{[74] [75] [76]}ある研究では、73,256人の入院患者を対象とした試験で、普遍的な除菌療法（鼻腔内ムピロシン軟膏とクロルヘキシジンボディウォッシュなど）を使用したところ、血流感染率が44%低下したことが明らかになった。 ^[72]さらに、研究者らは、鼻腔内ムピロシン軟膏も使用して前鼻孔から黄色ブドウ球菌を根絶すると、鼻腔保菌者の入院患者の手術部位感染率が最大58%低下することを実証した。^[77]しかし、ムピロシンの広範な使用はMRSAのムピロシン耐性株の発生と関連しており、カナダのある病院では3年間で耐性株が2.7%から65%に増加した。^[78]ムピロシン耐性のレベルが上昇しているため、普遍的ではなく標的を絞った除菌アプローチが推奨されることがある。^[79]現在、ムピロシンによる普遍的な除菌のみが効果的な制御手段であることが実証されているため、ムピロシンの選択的投与は禁忌である。^[72]

鼻腔 aPDT は、抗生物質誘発性耐性の問題に複数の方法で対処します。部位特異的な治療法であるため、全身投与されないため、全体的なマイクロバイオームに干渉しません。さらに、フェノチ アジニウム光増感剤は、両性イオン性宿主組織を傷つけずに、負に帯電した細菌細胞を標的とすることができます。 ^[80]鼻の治療は、接触または通常の呼吸による微生物の定着と拡散の重要な発生源である呼吸出口を特に標的とします。しかし、非特異的な作用機序により、耐性の発達を効果的に防ぎます。

鼻腔除菌のためのaPDTに関する最初の大規模研究は、当初は特定の手術タイプのみを対象に実施され、手術部位感染が42%も大幅に減少したことが実証されました。^[81] SSI率の最も顕著な減少は、整形外科手術と脊椎手術でした。現在、鼻腔光消毒の使用は幅広い手術に拡大され、効果サイズが増加し、有効性は約80%となっています。^[81]この技術はそれ以来、カナダの複数の病院で導入されており、米国でも同じ目的で臨床試験が行われています。

専門分野に特化した研究も行われており、特に脊椎の高リスク手術で行われている。カナダの大規模な研究では、経鼻aPDTとクロルヘキシジン浴を組み合わせたことで脊椎手術のSSI率が5.6%（7.2%から1.6%）減少し、治療患者1人あたり平均45～55カナダドル（年間424万カナダドル）の節約になったことがわかった。この研究では、「CSD/nPDTは手術部位感染の予防に効果的かつ費用対効果が高い」と結論付けられている。有害事象は報告されていない。^[82]

aPDT で治療された人間の皮膚感染症には、主に 3 つの種類があります。1) 真菌感染症、2) 結核菌感染症、3) 皮膚リーシュマニア症です。臨床的に最もよく使用される光増感剤は、メチレンブルーとクルクミン、およびプロトポルフィリン IX の前駆体であるアミノレブリン酸(ALA) とメチル ALA です。

aPDT で治療された真菌感染症には、皮膚糸状菌症とスポロトリクム症の両方が含まれます。ケラチナーゼ酵素を発現するトリコフィトン属などの糸状菌による感染症は、通常、足の爪に影響を及ぼします (爪白癬) が、皮膚にも影響を及ぼします (白癬)。爪白癬 (爪白癬) では、光を当てる前に、光感受性物質が足の爪の基質に浸透するようにする努力がしばしば行われます。^[83]足、頭皮、股間に発生する皮膚白癬感染症は、ALA-aPDT で治療されています。^{[84]スポロトリクム症は、動物に噛まれたり引っかかれたりして伝染することが多い二形性真菌の}スポロトリックス属によって引き起こされる人獣共通感染症です。ALA またはメチレンブルーを介した aPDT で治療されています。^[85]

皮膚感染症は、マイコバクテリウム・マリナム（水泳選手肉芽​​腫）やマイコバクテリウム・アビウム複合体などの急速に増殖する種を含む非結核性抗酸菌によって引き起こされることがあります。これらの感染症の一部は、ALAと従来の抗生物質を組み合わせたaPDTで治療されています。^[86]

リーシュマニア症は、リーシュマニア属の単細胞原生動物による細胞内寄生感染によって引き起こされます。旧世界（南ヨーロッパおよび中東）と新世界（中央および南アメリカ）の両方で見られる感染したサシチョウバエに刺されることによって伝染します。毎年、世界中で最大200万人が新たに感染し、7万人が死亡しています。リーシュマニア症の感染は、皮膚、粘膜、または内臓に起こり、内臓型が最も致命的です。皮膚リーシュマニア症は、全身性アムホテリシンBまたは局所性五価アンチモン製剤を使用する標準治療にはいくつかの欠点があるため、ALA ^[87]またはメチレンブルー^{[88]を介した}aPDTで治療されてきました。

慢性創傷は、治療後数ヶ月経っても治癒しない創傷である。慢性創傷は、静脈性創傷、糖尿病性創傷、褥瘡の3つの主なタイプに分類され、微生物感染の部位となることが多く、患者の回復を阻む大きな障害となる。aPDTは薬剤耐性微生物に対する致死作用があるため、慢性創傷の治療選択肢となる。^{[89] [2]}

糖尿病性足潰瘍（DFU）は、生涯に10～25％の糖尿病患者に影響を及ぼし、長期の集中的な入院を必要とする。世界中の医療制度に対するDFUの経済的影響は大きい。^{[90] [91]} DFUは、セラチア属、モルガネラ属、プロテウス属、ヘモフィルス属、アシネトバクター属、エンテロコッカス属、ブドウ球菌属などの真菌と細菌の組み合わせに感染することが多い。さらに、病院環境では、これらやその他の微生物の耐性株に感染する可能性が高まっている。DFU患者は、一般的に抗生物質療法に反応が悪い。その結果、骨壊死、血栓症、より広範囲にわたるタイプの菌血症などの他の合併症を防ぐために、切断が適応となる。^[92]

aPDT は糖尿病性足の治療に効果的に使用されており、DFU 患者の切断の発生率を低下させています。^[93] aPDT で治療された DFU 患者は、対照群 (従来の抗生物質療法、aPDT なし) の切断の可能性が 100% であったのに対し、わずか 2.9% でした。最初のコホート研究で 62 人の患者^[94]、その後 218 人の患者^[95]を対象に、Tardivo とその同僚は、切断のリスクを判断し、aPDT による DFU の治療に理想的な治療オプションを予測するための予後スコアとして Tardivo アルゴリズムを開発しました。スコアは、ワグナー分類、PAD の兆候、足の潰瘍の位置という 3 つの要素に基づいています。^[94]独立したパラメータの値を掛け合わせると、スコアが 16 未満の患者の場合、aPDT による治療は約 85% (95% CI) の回復の可能性と関連しています。^[95]

1990年代初頭、ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジ（UCL）のマイケル・ウィルソン名誉教授は、歯科で注目されている細菌と戦うためのaPDTの可能性に関する科学的調査を開始しました。 ^[96]それ以来、aPDTは、歯周病（歯肉炎）、う蝕（虫歯）、歯内治療（根管治療） 、口腔ヘルペス、口腔カンジダ症など、さまざまな口腔疾患に対して研究されてきました。^[97]研究と臨床研究では、微生物負荷の軽減と感染症の治療において有望な結果が示されています。ただし、aPDTの有効性は、使用する光感受性物質の種類と濃度、光パラメータ、治療する特定の感染症などの要因によって異なる場合があります。^[98]

aPDTは標準治療の補助的治療として考えられますが、現在のところ従来の治療法に代わるものではありません。口腔内微生物叢の薬剤耐性パターンが時間の経過とともに発達し、aPDT単独療法の必要性が高まるにつれて、この状況は将来的に変化する可能性があります。^[99]

口腔感染症におけるaPDTの利点としては、抗生物質耐性株を含む広範囲の微生物（細菌、真菌、ウイルスなど）を標的とすることができ、口腔 バイオフィルムは多種多様な微生物で構成されているため、広範囲に作用することが挙げられます。もう1つの利点は、特定の感染部位を標的とする局所治療であり、健康な組織へのダメージを最小限に抑え、重大なダメージを与えることなく正常な微生物叢を維持できます。現在までに、口腔内aPDTに関連する重大な有害事象は報告されていません。^[100]

aPDT は、歯科医師に、侵襲性が最小限であること、広範囲の作用、迅速な殺菌効果、抗生物質の使用量の削減、患者の快適性、高いコンプライアンス率、耐性菌株の治療、微生物耐性選択の最小化などの特徴を持つ口腔内除染療法を提供します。

1980年代には、世界中の献血血液中にヒト免疫不全ウイルス（HIV）が存在することが認識され、徹底した血液監視と献血血液および血液製剤中の微生物種の安全な消毒方法が開発されました。^[101]

血液は細胞とタンパク質の混合物であり、さまざまな治療で使用するために日常的にその構成成分に分離されます。たとえば、 血小板、赤血球、血漿は特定の補充に使用され、血漿分画から得られるタンパク質 (通常は凝固因子) は、たとえば血友病の治療に提供されます。HIV などのウイルスは、細胞成分に付随していたり​​、細胞外に浮遊していたり​​するため、これらの分画のいずれを使用する場合でも、受容者の感染の脅威となります。ただし、ウイルスの不活化/破壊を目的とした治療では、細胞/タンパク質の機能を維持する必要があり、これが特に細胞の消毒に対する障壁となります。

光増感剤の使用に関しては、メチレンブルーとリボフラビンは、それぞれ可視光線と長波紫外線照射を使用して血漿の光消毒に使用され、リボフラビンは血小板の消毒にも使用されます。^{[102] [103] [104]}しかし、どちらのアプローチも赤血球濃縮物には使用されていません。関連するアプローチの中で、長波長紫外線によって活性化されるソラレン誘導体アモトサレンは、ヨーロッパで血漿と血小板の消毒に使用されています。^[105]しかし、これは純粋な光力学的効果ではなく、ソラレン核とウイルス核酸の間の光化学反応を表しています。

小動物診療において、aPDTはさまざまな皮膚疾患の治療に研究され、良好な結果が得られています。この分野の科学的データは限られていますが、成功した応用例としては、多剤耐性緑膿菌による外耳炎^[106]、Microsporum canisによる皮膚糸状菌症^[107]、およびスポロトリコーシスに対するイトラコナゾールとの併用^[108]などがあります。

aPDT は、食用動物の感染症治療のための非抗生物質プラットフォームとしても使用できます。実際、これらの動物に抗菌剤を過剰に使用すると、抗生物質耐性菌や抗生物質残留物による肉や牛乳の汚染につながる可能性があります。この点で、aPDT は羊の乾酪性リンパ節炎^[109]や連鎖球菌性膿瘍の治療に効果があることが証明されており、^{[110]牛の趾}皮膚炎にはオキシテトラサイクリン(ゴールドスタンダード治療)よりも明らかに効果的です。^[111] aPDT の他の用途には、乳牛や羊の乳房炎の治療^{[112] [113] [114]}、牛の足底潰瘍や外科的創傷治癒などがあります。^{[111] [115]}

エキゾチック、動物園、野生動物の医療は挑戦的で、aPDT の可能性のあるもう一つの分野として際立っています。この点で、aPDT はペンギンの足底皮膚炎^{[116] [117]}やグラム陰性菌による感染性口内炎を患ったヘビの治療に効果的に使用されています。^[118]さらに、aPDT は象の外傷性牙骨折の補助的な歯内療法として使用されています。^[119]

食品の除染技術に対する需要はますます高まっており、食品におけるaPDTの抗菌効果と食品の官能特性への影響の評価に焦点を当てた研究がいくつか行われています。 ^[120]

aPDT は、果物、^{[121] [122] [123]}野菜、^{[121] [124]}魚介類、^{[125] [126] [127]}肉類の微生物に対して抗菌効果を示しています。^[124]このように使用される aPDT の有効性は、光の波長、温度、酸性度、表面特性、水分活性などの食品関連の要因を含むいくつかの要因に依存します。 [ ^120]特定の細菌内に存在する光吸収化合物である内因性ポルフィリンは、スペクトルの青色領域 (400-500 nm) の光の存在下で光感作反応を引き起こし、^[128]外因性光感作剤がない場合、可視スペクトルの他の波長 (緑と赤、500-700 nmなど) よりも優れた抗菌効果を示します。 ^{[129] [130]}

消毒する食品の酸性度は重要な役割を果たします。グラム陽性細菌は酸性条件でaPDTに対してより敏感であるのに対し、グラム陰性細菌はアルカリ性条件でaPDTに対してより敏感であることがわかっています。^[131] aPDTは表面除染技術であるため、試験対象材料の表面特性が重要な役割を果たします。ペットフードペレットなどの製品の不規則な表面は影の効果につながる可能性があり、微生物が食品の隙間に隠れて光線処理から遮蔽される可能性があります。^[120]平らな表面は、球面または不規則な表面と比較してaPDTの有効性が高くなる可能性があります。^[132]さらに、水分活性が高い条件は、水分活性が低い条件と比較してaPDTの成功に寄与します。これは、より乾燥した食品への光の浸透が限られているためです。^[133]放射照度、処理時間（または線量）、微生物株、製品と光源の距離などの他の要因も、食品ベースのaPDTの殺菌効果に大きな役割を果たします。^{[120] [132] [133]}

最近の研究では、食品ベースの消毒に潜在的に有用な適切な濃度の光増感剤と適切なピーク吸収波長の光を組み合わせると、MRSAが99.999%（5 log ₁₀）以上減少し、サルモネラ菌が完全に死滅することが実証されています。細菌に加えて、aPDTは真菌種に対しても有効であることが示されています。^{[134] [135]}食品業界での応用を成功させるには、抗菌効果に影響を与える要因の最適化とaPDTの拡張性が必要です。