四川大学梁坤能、杨淏 CEJ：牙周病的纳米战士 - 一种新型生物异质结对抗牙周炎的多模态策略

2024-09-02 来源：高分子科技

牙周病是一种细菌感染引起的慢性炎症性疾病，可引起牙周组织破坏，最终可能导致牙齿丧失，是全球第六大流行疾病。传统的治疗方法包括机械清创、抗生素、消炎药和手术干预，但这些方法往往无法彻底消除细菌，且过度使用抗生素还会导致细菌耐药性的增加。对于高血糖患者，其局部的炎症反应更加剧烈。

因此，四川大学华西口腔医院梁坤能副教授联合化学工程学院杨淏博士后团队设计了包裹葡萄糖氧化酶(GOx)的MXene-SnS₂生物异质结(MS@G bio-HJs)，它能够在高血糖环境下催化葡萄糖转化为过氧化氢，进而产生羟基自由基和氧气，有效缓解局部缺氧，同时具备光动力、光热和化学动力治疗的多模态抗菌能力（图1）。MS@G生物异质结在近红外辐射下展现出超过99%的抗菌率，这得益于其多模态治疗能力。更重要的是，它在体内实验中显示出高生物相容性，并能显著缓解缺氧状态，降低病原体的致病性，为牙周组织再生提供了可能。MS@G生物异质结不仅为牙周病治疗带来了希望，也为其他细菌感染性疾病的治疗提供了新思路。

图1：MS@G-bio-HJs的制备和操作步骤的流程图，并阐明针对牙周疾病的抗菌机制。

图2：MS@G表征。

图3：MS@G光热性能、光动力性能及产氧能力。

该工作首先成功合成了MS@G生物异质结，并对其进行了表征（图2），SEM图像、TEM图像、原子力显微镜（AFM）结果、元素映射、XRD图谱、FTIR光谱和XPS谱图的结果证实了材料的成功合成和GOx的均匀分布。研究表明MS@G生物异质结具有良好的光热效应、光动力效应、化学动力效应以及氧气生成能力。

图4：MS@G的体外抗菌性能。

在此基础上，此研究使用了菌落计数、活/死染色、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等方法来评估MS@G生物异质结的抗菌效果。实验结果显示，MS@G在NIR辐射下对厌氧菌P. gingivalis（牙周病主要致病菌）具有极高的抗菌效率，达到99%以上（图4）。

图5：MS@G的细胞毒性表征。

图6：MS@G处理大鼠牙周炎的疗效评价及组织病理学分析

最后，利用感染的大鼠模型进行体内实验，研究MS@G生物异质结的抗菌和抗炎效果。实验结果表明，MS@G生物异质结在体内具有显著的抗菌效果，能够减少病原体的数量，并降低炎症反应（图6）。

该工作以题为“In situ oxygen-generating bio-heterojunctions for enhanced anti-bacterial treatment of anaerobe-induced periodontitis”发表于化学工程领域顶级期刊《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）。文章第一作者为四川大学华西口腔医院2022级硕士研究生龚靖和2023级硕士研究生王舜华，通讯作者为四川大学华西口腔医院的梁坤能副教授，四川大学化学工程学院杨淏博士后。特别感谢四川大学邓怡研究员和李继遥教授的指导。本工作得到了国家自然科学基金、四川省科技厅项目、中国博士后科学基金、四川大学研究项目和华西口腔医院项目的资金支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155083

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（责任编辑：xu）

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