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四川大學梁坤能、楊淏 CEJ：牙周病的納米戰(zhàn)士 - 一種新型生物異質(zhì)結對抗牙周炎的多模態(tài)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(tǒng)的治療方法包括機械清創(chuàng)、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(yī)院梁坤能副教授聯(lián)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(zhì)結(MS@G bio-HJs)，它能夠在高血糖環(huán)境下催化葡萄糖轉(zhuǎn)化為過氧化氫，進而產(chǎn)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(tài)抗菌能力（圖1）。MS@G生物異質(zhì)結在近紅外輻射下展現(xiàn)出超過99%的抗菌率，這得益于其多模態(tài)治療能力。更重要的是，它在體內(nèi)實驗中顯示出高生物相容性，并能顯著緩解缺氧狀態(tài)，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(zhì)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(chǎn)氧能力。

該工作首先成功合成了MS@G生物異質(zhì)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(zhì)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(shù)、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(zhì)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(nèi)實驗，研究MS@G生物異質(zhì)結的抗菌和抗炎效果。實驗結果表明，MS@G生物異質(zhì)結在體內(nèi)具有顯著的抗菌效果，能夠減少病原體的數(shù)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(fā)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(yī)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(yī)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(yī)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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