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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2022-05-11 16:05
齲齒(蛀牙)是最常見和代價(jià)最高的慢性疾病之一,給全世界23億人帶來難以忍受的痛苦。齲齒的發(fā)展是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過程,這取決于牙齒表面微生物生物膜(牙菌斑)的形成。為了抑制生物膜的形成,大多數(shù)市售口腔護(hù)理產(chǎn)品都含有預(yù)防齲齒的成分,例如洗必泰 (CHX) 和氟化物。然而,它們都不能調(diào)節(jié)生物膜組成或其毒力,并可能導(dǎo)致牙齒變色。除了根除生物膜外,人們對(duì)良好牙齒外觀的需求也在增加。各種來源的污漬會(huì)顯著改變牙齒的顏色,例如吸煙、飲用富含單寧的飲料(例如茶)和濫用抗菌劑(如CHX)。因此,牙齒美白已成為公眾最需要的牙科治療之一。
鑒于此,武漢大學(xué)陳實(shí)教授、辜美佳博士/哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)趙恩貴助理教授/瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院(香港)Sijie Chen課題組通過使用具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光特性的光敏劑 (DTTPB),開發(fā)了可以同時(shí)抑制牙齒生物膜和促進(jìn)牙齒美白的高效光動(dòng)力治療策略。DTTPB可以有效滅活變形鏈球菌,并通過抑制與細(xì)胞外聚合物合成、細(xì)菌粘附和超氧化物還原相關(guān)的基因的表達(dá)來抑制生物膜的形成。與CHX聯(lián)合處理可進(jìn)一步增強(qiáng)其抑制性能。此外,DTTPB對(duì)有色唾液涂層羥基磷灰石和臨床牙齒均表現(xiàn)出優(yōu)異的牙齒美白效果,優(yōu)于30%雙氧水美白效果的同時(shí)對(duì)牙齒幾乎無損傷。DTTPB還表現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性,對(duì)小鼠紅細(xì)胞的溶血作用可忽略不計(jì),對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞幾乎沒有殺傷作用。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表于《Advanced Science》。
DTTPB對(duì)浮游變形鏈球菌的光動(dòng)力殺菌效果
DTTPB具有D-π-A結(jié)構(gòu),三苯胺基團(tuán)和二噻吩作為電子供體,碳-碳雙鍵作為π-橋,吡啶鎓基團(tuán)作為電子受體。DTTPB帶有一個(gè)帶正電荷的頭部和兩個(gè)疏水性尾部,它模仿生物膜上磷脂的結(jié)構(gòu),并可以通過靜電相互作用和疏水相互作用與細(xì)菌細(xì)胞包膜相互作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,DTTPB介導(dǎo)的PDT導(dǎo)致細(xì)菌膜破壞,并誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)內(nèi)容物的擠出,具有令人滿意的殺菌性能。

圖1 | DTTPB的光動(dòng)力抗菌作用。
DTTPB介導(dǎo)的PDT抑制生物膜形成
由于變形鏈球菌是牙齒上生物膜形成的主要病原體,因此對(duì)變形鏈球菌具有良好殺滅作用的DTTPB有望抑制生物膜的形成過程。當(dāng)變形鏈球菌用DTTPB介導(dǎo)的PDT預(yù)處理時(shí),其生物膜形成受到抑制,而單獨(dú)用DTTPB或單獨(dú)光照射處理的變形鏈球菌在相同的實(shí)驗(yàn)條件下仍能形成生物膜。為了更深入地了解DTTPB介導(dǎo)的PDT抑制生物膜形成的潛在機(jī)制,作者確定了變形鏈球菌中生物膜相關(guān)基因的表達(dá)水平。gtfB、gtfC和gtfD基因與EPS合成有關(guān)。結(jié)果表明,除了通過PDT直接破壞變形鏈球菌的生物分子外,DTTPB及其致敏的ROS還可以下調(diào)與EPS合成、細(xì)菌粘附和超氧化物還原相關(guān)的基因,這些基因可以共同作用并抑制變形鏈球菌形成生物膜。

圖2 | DTTPB對(duì)生物膜形成的光動(dòng)力抑制。
PDT與氯己定聯(lián)合治療的體外口服模型
DTTPB介導(dǎo)的PDT和CHX的聯(lián)合治療不僅可以殺死變形鏈球菌,但也會(huì)降低胞外聚合物(EPS)。在這個(gè)過程中,DTTPB敏化了ROS的產(chǎn)生,ROS可以氧化細(xì)胞成分和EPS,分別誘導(dǎo)抗菌作用和生物膜降解作用。此外,DTTPB的兩親性使其能夠作為去污劑滲透到EPS的疏水區(qū)域,有利于生物膜的降解。作者還在體外口腔模型上進(jìn)行了SEM表征,其中唾液涂層的羥基磷灰石(薄膜涂層的牙齒模擬物)sHA圓盤用作模擬牙齒的基底。觀察到類似的形態(tài)趨勢(shì)。

圖3 |在玻璃上用DTTPB和CHX聯(lián)合處理后確定變形鏈球菌生物膜形態(tài)變化的實(shí)驗(yàn)過程示意圖及SEM實(shí)驗(yàn)圖像。
DTTPB具有高效無損牙齒美白功能
在臨床牙齒美白中,雙氧水用于氧化色斑。由于雙氧水是PDT中的活性氧之一,可以假設(shè)具有高光敏能力的DTTPB可能適用于牙齒美白。因此,研究人員探索了DTTPB在牙齒美白方面的潛力。結(jié)果顯示,單獨(dú)用DTTPB處理的sHA明顯變白,這表明DTTPB可以促進(jìn)牙齒美白。

圖4 | DTTPB的美白效果。
DTTPB的生物相容性
作者通過CCK 8實(shí)驗(yàn)證明,DTTPB對(duì)細(xì)胞不產(chǎn)生影響。在這項(xiàng)工作中,作者通過溶血實(shí)驗(yàn)和熒光染色進(jìn)一步評(píng)估了其生物相容性。在DTTPB濃度為40 µm時(shí),其PBS溶液保持無色,這表明溶血率較低。通過測(cè)量這些溶液在540 nm 處的吸光度,可以計(jì)算溶血率。以去離子水溶血率為100%,5% 雙氧水導(dǎo)致溶血率高達(dá)120% 以上,而40 µm的DTTPB溶血率可忽略不計(jì),說明DTTPB的溶血率很高。作者還通過使用Calcein AM和碘化丙啶 (PI) 作為指示劑進(jìn)行熒光染色,以直觀地了解其細(xì)胞相容性。使用高達(dá)20 µm的MRC-5細(xì)胞孵育DTTPB ,不會(huì)干擾所有MRC-5細(xì)胞發(fā)出綠色熒光的細(xì)胞活力。然而,5%的雙氧水幾乎殺死了所有被PI染色并呈現(xiàn)紅色熒光的細(xì)胞。這些結(jié)果清楚地證明了DTTPB良好的生物相容性。

圖5 | 測(cè)定DTTPB生物相容性實(shí)驗(yàn)。
結(jié)論:在這項(xiàng)工作中,作者報(bào)告了DTTPB介導(dǎo)的PDT同時(shí)消除生物膜和美白牙齒。DTTPB具有聚合誘導(dǎo)發(fā)光活性,具有高ROS敏化效率。它可以通過靜電和疏水相互作用與細(xì)菌結(jié)合。在光照射下,它產(chǎn)生的ROS有效地消除浮游細(xì)菌。此外,DTTPB介導(dǎo)的PDT還可以通過下調(diào)與EPS合成(gtfB、gtfC和gtfD)、細(xì)菌粘附(srtA)和超氧化物產(chǎn)生(nox和sodA )相關(guān)的基因來抑制生物膜的形成。由于DTTPB的ROS敏化能力和兩親性,它也可以根除生物膜,導(dǎo)致生物膜生物量和生物膜平均厚度顯著降低。另外,DTTPB在低濃度(20 µm)和短時(shí)間內(nèi)(60 分鐘)表現(xiàn)出優(yōu)異的美白牙齒性能,對(duì)牙齒無損傷,對(duì)血細(xì)胞和人類成纖維細(xì)胞具有出色的生物相容性。DTTPB有望在臨床上得以推廣,以實(shí)現(xiàn)同時(shí)抑制生物膜形成和牙齒美白的實(shí)際應(yīng)用。

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