Adv Sci：温州医科大学潘乙怀/蔡晓军/余杰合作提出受贻贝启发的多功能水凝胶，可预防龋齿
2024-10-17 iNature iNature 发表于上海
该研究中，以儿茶酚修饰的壳聚糖和PLGA-PEG-PLGA为原料，提出了一种受贻贝启发的多功能水凝胶BP@CP5，可用于物理负载BPN。
早期龋齿的主要特征是大量致龋细菌的定植和它们产生的酸导致牙釉质脱矿。由于缺乏有效的治疗方法，迫切需要开发具有抗菌和再矿化特性的防龋疗法。黑磷纳米片(BPN)是治疗早期龋齿的理想疗法，因为它们可以介导光热抗菌活性，随后通过生成PO43−促进再矿化。然而，口腔的动态和潮湿环境会阻止BPN在牙齿表面的长期粘附。
2024年10月11日，温州医科大学潘乙怀、蔡晓军、余杰共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“Black Phosphorus Nanosheets-Loaded Mussel-Inspired Hydrogel with Wet Adhesion, Photothermal Antimicrobial, and In Situ Remineralization Capabilities for Caries Prevention”的研究论文。该研究中，以儿茶酚修饰的壳聚糖和PLGA-PEG-PLGA为原料，提出了一种受贻贝启发的多功能水凝胶BP@CP5，可用于物理负载BPN。
BP@CP5具有出色的可注射性，可以牢固地粘附在牙齿表面长达24小时。经辐射后，BP@CP5可快速消除约99%的变形链球菌和血链球菌；此外，降解产生的PO43−还促进牙釉质板的快速再矿化。重要的是，体内啮齿动物龋齿模型结果进一步证实了BP@CP5出色的防龋性能。这项研究表明BP@CP5是一种很有前途的龋齿管理防龋材料。
龋齿是一种普遍存在的慢性疾病，影响着全球约24.4亿人。由于其影响广泛、患病率高且早期症状经常被忽视，因此龋齿已成为一个重大的公共卫生问题。龋齿发展的初始阶段称为早期龋齿，其特征是牙釉质的结构改变，通常表现为浅龋洞或白斑病变。致龋细菌在缺乏足够的预防和治疗作用的情况下继续在牙齿表面产生有机酸，导致牙齿硬组织脱矿，最终导致牙齿崩解和蛀牙。一旦龋齿发展到这个阶段，就必须拔除、修复受影响的牙齿组织并用人工填充材料替换。虽然这种技术可以修复缺陷，但人工填充材料既不美观，也不像天然牙齿那样有效，并发症可能导致各种健康和经济问题。因此，有效控制早期龋齿对于保持口腔健康至关重要。
有效控制早期龋齿需要在修复脱矿的牙齿表面以保持牙齿完整性时消灭这些细菌。目前，抗生素如氯己定和三氯生被广泛用于消灭致龋细菌，而氟化物则用于防止脱矿。然而，长期使用氯己定和三氯生会导致牙齿染色、口腔细菌产生多种耐药性、口腔菌群失衡以及潜在的全身健康影响。此外，涂漆和氟化物等治疗会导致过量的氟化物积累，从而导致氟斑牙和氟骨症。另一方面，已报道了许多治疗龋齿的创新方法，包括光动力疗法(PDT)、共晶体工程、抗菌肽和基于纳米技术的粒子等。然而，这些方法通常面临着诸如材料难以去除或治疗范围有限等挑战。因此，迫切需要开发具有抗菌和再矿化特性的新型疗法来有效控制早期龋齿。
光热疗法（PTT）是一种新兴的非侵入性治疗方法，利用光热剂（PTA）产生的高温来破坏细菌细胞和生物膜结构。由于其独特的时空可控性和降低细菌耐药性风险，PTT目前正受到关注，成为传统抗生素治疗感染的潜在替代品。黑磷纳米片（BPN）是新兴的二维纳米材料，具有优异的光伏性能、良好的生物相容性和强的光热效应。其中，作为PTA，BPN已广泛应用于抗菌和抗生物膜研究。此外，BPN还具有优异的生物降解性，可以在氧气和水的存在下降解，产生PO43−离子，这对于牙齿和骨骼等硬组织中的生物矿化至关重要。因此，BPN介导的原位再矿化和光热抗菌剂的结合为早期龋齿控制提供了一种新策略，可能比现有方法更具优势。
方案1 BP@CP5水凝胶的制备及其控制早期龋齿的治疗机制示意图（图源自Advanced Science ）
尽管BPN是早期龋齿控制的理想材料，但口腔的动态和潮湿环境使其无法在牙齿表面停留足够长的时间，从而产生显著的治疗效果。然而，受贻贝启发的水凝胶为BPN在龋齿表面的长期保留提供了完美的解决方案，主要是因为1)水凝胶的3D网络结构可用于有效负载BPN和2)受贻贝启发的化学性质提供的湿粘附特性，使水凝胶能够长时间粘附在龋齿表面。
因此，作者建议通过在儿茶酚改性壳聚糖(CHI-CS)和PLGA-PEG-PLGA(PPP)水凝胶中物理负载BPN来构建多功能水凝胶敷料(BP@CP5)（方案1）。壳聚糖（CS）是一种阳离子多糖，具有一定的杀菌作用，能与带负电荷的BPN紧密结合，增强其在水凝胶中的稳定性。儿茶酚改性可增强水凝胶的湿粘附性，PPP可赋予水凝胶可注射和温度敏感的特性。
利用BPN和贻贝化学的优势，作者推测BP@CP5水凝胶将表现出以下独特特性：1)出色的湿粘附性，2)BPN介导的PTT可发挥高效杀菌作用，3)BPN降解可促进原位再矿化。作者通过体外实验系统地评估了湿粘附能力、光热抗菌活性和再矿化特性。作者还通过建立和分析大鼠龋齿模型验证了所提出的水凝胶预防龋齿的能力。
参考消息：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202409155
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