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同濟大學杜建忠教授課題組:雙冠囊泡治療牙周炎
2019-11-07  來源:X-MOL資訊

  牙周炎是一種由菌斑引起的感染性、破壞性疾病,是導致成年人牙齒松動和缺失的主要原因。菌斑即生物被膜(biofilm),具有由多糖、蛋白質、核酸以及細胞碎片構成的胞外基質(EPS),能極大地阻礙抗生素滲透,導致抗生素治療牙周炎困難重重。

  為解決上述問題,同濟大學杜建忠教授團隊基于前期關于抗菌囊泡的研究基礎,設計了一種雙冠囊泡,不僅能有效針對生物被膜進行抗生素遞送,而且能大幅減少抗生素劑量。該囊泡由兩種嵌段共聚物共組裝而成。如圖1所示,PCL鏈段形成囊泡膜(藍色),而PEO鏈段(粉紅色)、抗菌肽鏈段(綠色和棕色)則分別形成囊泡的“雙冠”。其中,PEO冠層能夠抵抗蛋白質粘附,從而降低生物被膜中EPS對囊泡的阻礙,促進抗生素深入生物被膜;而抗菌肽冠層則為囊泡表面提供正電荷,使其能吸附到細菌表面并通過膜破壞機理殺菌,結合囊泡釋放的抗生素,更有效地破壞生物被膜。

圖1. 載藥雙冠囊泡高效破壞牙周炎生物被膜示意圖。

  團隊首先通過5項體外實驗對載藥雙冠囊泡抗生物被膜性能進行了定性及定量測試。最小生物被膜清除濃度測試表明,雙冠囊泡包載正常抗生素用量的50%即可達到同樣的生物被膜清除效果。結晶紫染色實驗比較了包載前后相同濃度抗生素對生物被膜的破壞量,從中可以看出雙冠囊泡比單冠囊泡能更好地增強抗生素抗生物被膜性能。熒光顯微鏡和掃描電子顯微鏡分析表明,通過載藥雙冠囊泡治療后,死細菌紅色熒光強度增加,致密的生物被膜結構被破壞,底層的細菌也被殺死。激光共聚焦顯微鏡層掃結果更直觀地揭示了載藥雙冠囊泡(藍色熒光)有效地滲入并聚集在生物被膜內部,殺死了大量細菌(綠色熒光)(圖2)。

圖2. 載藥雙冠囊泡有效破壞生物被膜(體外實驗):(a) 結晶紫染色結果;(b)活死細菌染色熒光圖像;(c) 掃描電子顯微鏡圖像;(d) 共聚焦層掃圖像。

  團隊進一步利用實驗性牙周炎大鼠模型研究了載藥雙冠囊泡的體內治療效果。通過堿性品紅染色法、掃描電鏡和標準平板計數法評估了載藥雙冠囊泡破壞牙菌斑的效果(圖3)。品紅染色及掃描電鏡結果表明,牙菌斑覆蓋面積減少;而標準涂板法則進一步驗證了該體系能大量殺死生物被膜內的細菌。實驗發現,通過雙冠囊泡的包載,僅用原來50%的抗生素就可以達到相同的治療效果。團隊進一步以探診出血指數、牙槽骨三維微計算機斷層掃描圖像、牙周組織病理切片為評價指標,表征了其減輕牙周炎癥反應的效果。經載藥雙冠囊泡治療后,實驗組具有最低的探診出血指數,而牙槽骨的CT掃描圖像和組織切片也顯示出治療組比牙周炎組的骨丟失更少,有效防止了炎癥的進一步惡化(圖4)。

  這種雙冠囊泡策略能更好地應對生物被膜的復雜環境,大大降低了抗生素劑量,為今后設計多功能抗菌材料提供了新思路。

圖3. 載藥雙冠囊泡有效破壞菌斑生物膜(體內實驗):(a) 實驗性牙周炎建模以及局部用藥示意圖;(b) 牙菌斑品紅染色照片及SEM圖像;(c-d) 標準平板計數法結果。

圖4. (a) 局部治療后探診出血指數; (b) 牙槽骨3D斷層掃描圖像; (c) 牙周組織病理切片染色結果。

  這一成果近期發表在ACS Nano 上,同濟大學碩士研究生奚悅靜王月高婧宜為文章的共同第一作者,杜建忠教授為通訊作者。

  論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b03237

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(責任編輯:xu)
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