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四川大學(xué)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(jié)對(duì)抗牙周炎的多模態(tài)策略
2024-09-02  來(lái)源：高分子科技

  牙周病是一種細(xì)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(dǎo)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(jī)械清創(chuàng)、抗生素、消炎藥和手術(shù)干預(yù)，但這些方法往往無(wú)法徹底消除細(xì)菌，且過(guò)度使用抗生素還會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性的增加。對(duì)于高血糖患者，其局部的炎癥反應(yīng)更加劇烈。


  因此，四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院梁坤能副教授聯(lián)合化學(xué)工程學(xué)院楊淏博士后團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了包裹葡萄糖氧化酶(GOx)的MXene-SnS2生物異質(zhì)結(jié)(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(guò)氧化氫，進(jìn)而產(chǎn)生羥基自由基和氧氣，有效緩解局部缺氧，同時(shí)具備光動(dòng)力、光熱和化學(xué)動(dòng)力治療的多模態(tài)抗菌能力（圖1）。MS@G生物異質(zhì)結(jié)在近紅外輻射下展現(xiàn)出超過(guò)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(shí)驗(yàn)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(jié)不僅為牙周病治療帶來(lái)了希望，也為其他細(xì)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(duì)牙周疾病的抗菌機(jī)制。


圖2：MS@G表征。


圖3：MS@G光熱性能、光動(dòng)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(jié)，并對(duì)其進(jìn)行了表征（圖2），SEM圖像、TEM圖像、原子力顯微鏡（AFM）結(jié)果、元素映射、XRD圖譜、FTIR光譜和XPS譜圖的結(jié)果證實(shí)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(jié)具有良好的光熱效應(yīng)、光動(dòng)力效應(yīng)、化學(xué)動(dòng)力效應(yīng)以及氧氣生成能力。


圖4：MS@G的體外抗菌性能。

  在此基礎(chǔ)上，此研究使用了菌落計(jì)數(shù)、活/死染色、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）等方法來(lái)評(píng)估MS@G生物異質(zhì)結(jié)的抗菌效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，MS@G在NIR輻射下對(duì)厭氧菌P. gingivalis（牙周病主要致病菌）具有極高的抗菌效率，達(dá)到99%以上（圖4）。


圖5：MS@G的細(xì)胞毒性表征。

圖6：MS@G處理大鼠牙周炎的療效評(píng)價(jià)及組織病理學(xué)分析


  最后，利用感染的大鼠模型進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究MS@G生物異質(zhì)結(jié)的抗菌和抗炎效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MS@G生物異質(zhì)結(jié)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(yīng)（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(xué)工程領(lǐng)域頂級(jí)期刊《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）。文章第一作者為四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院2022級(jí)碩士研究生龔靖和2023級(jí)碩士研究生王舜華，通訊作者為四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院的梁坤能副教授，四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院楊淏博士后。特別感謝四川大學(xué)鄧怡研究員和李繼遙教授的指導(dǎo)。本工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、四川省科技廳項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金、四川大學(xué)研究項(xiàng)目和華西口腔醫(yī)院項(xiàng)目的資金支持。


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

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（責(zé)任編輯：xu）
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