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四川大學梁坤能、楊淏 CEJ：牙周病的納米戰士 - 一種新型生物異質結對抗牙周炎的多模態策略

2024-09-02 來源：高分子科技

牙周病是一種細菌感染引起的慢性炎癥性疾病，可引起牙周組織破壞，最終可能導致牙齒喪失，是全球第六大流行疾病。傳統的治療方法包括機械清創、抗生素、消炎藥和手術干預，但這些方法往往無法徹底消除細菌，且過度使用抗生素還會導致細菌耐藥性的增加。對于高血糖患者，其局部的炎癥反應更加劇烈。

因此，四川大學華西口腔醫院梁坤能副教授聯合化學工程學院楊淏博士后團隊設計了包裹葡萄糖氧化酶(GOx)的MXene-SnS₂生物異質結(MS@G bio-HJs)，它能夠在高血糖環境下催化葡萄糖轉化為過氧化氫，進而產生羥基自由基和氧氣，有效緩解局部缺氧，同時具備光動力、光熱和化學動力治療的多模態抗菌能力（圖1）。MS@G生物異質結在近紅外輻射下展現出超過99%的抗菌率，這得益于其多模態治療能力。更重要的是，它在體內實驗中顯示出高生物相容性，并能顯著緩解缺氧狀態，降低病原體的致病性，為牙周組織再生提供了可能。MS@G生物異質結不僅為牙周病治療帶來了希望，也為其他細菌感染性疾病的治療提供了新思路。

圖1：MS@G-bio-HJs的制備和操作步驟的流程圖，并闡明針對牙周疾病的抗菌機制。

圖2：MS@G表征。

圖3：MS@G光熱性能、光動力性能及產氧能力。

該工作首先成功合成了MS@G生物異質結，并對其進行了表征（圖2），SEM圖像、TEM圖像、原子力顯微鏡（AFM）結果、元素映射、XRD圖譜、FTIR光譜和XPS譜圖的結果證實了材料的成功合成和GOx的均勻分布。研究表明MS@G生物異質結具有良好的光熱效應、光動力效應、化學動力效應以及氧氣生成能力。

圖4：MS@G的體外抗菌性能。

在此基礎上，此研究使用了菌落計數、活/死染色、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）等方法來評估MS@G生物異質結的抗菌效果。實驗結果顯示，MS@G在NIR輻射下對厭氧菌P. gingivalis（牙周病主要致病菌）具有極高的抗菌效率，達到99%以上（圖4）。

圖5：MS@G的細胞毒性表征。

圖6：MS@G處理大鼠牙周炎的療效評價及組織病理學分析

最后，利用感染的大鼠模型進行體內實驗，研究MS@G生物異質結的抗菌和抗炎效果。實驗結果表明，MS@G生物異質結在體內具有顯著的抗菌效果，能夠減少病原體的數量，并降低炎癥反應（圖6）。

該工作以題為“In situ oxygen-generating bio-heterojunctions for enhanced anti-bacterial treatment of anaerobe-induced periodontitis”發表于化學工程領域頂級期刊《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）。文章第一作者為四川大學華西口腔醫院2022級碩士研究生龔靖和2023級碩士研究生王舜華，通訊作者為四川大學華西口腔醫院的梁坤能副教授，四川大學化學工程學院楊淏博士后。特別感謝四川大學鄧怡研究員和李繼遙教授的指導。本工作得到了國家自然科學基金、四川省科技廳項目、中國博士后科學基金、四川大學研究項目和華西口腔醫院項目的資金支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155083

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（責任編輯：xu）

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