微環(huán)境響應(yīng)型金屬-酚納米酶釋放平臺的作用研究

客戶論文發(fā)表 | 具有抗菌、清除活性氧和成骨作用的微環(huán)境響應(yīng)型金屬-酚納米酶釋放平臺

文獻信息
南昌大學(xué)附屬口腔醫(yī)院、南昌大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究所生物工程藥物與技術(shù)國家工程技術(shù)研究中心、南昌大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院等單位的研究成果“Microenvironment-Responsive Metal-Phenolic Nanozyme Release Platform with Antibacterial, ROS Scavenging, and Osteogenesis for Periodontitis”(具有抗菌、清除活性氧和成骨作用的微環(huán)境響應(yīng)型金屬-酚納米酶釋放平臺)在雜志《ACS NANO》(IF:18.027)上發(fā)表。平生公司離活一體CT(NEMO)在論文中提供了重要的大鼠上頜磨牙圖像和定量分析。 

該研究的通訊作者為王小磊教授、廖嵐教授、劉雪霞博士，第一作者是許瑩瑩。
 

文獻摘要
牙周炎是牙菌斑引起的慢性炎癥性疾病，其特征是活性氧(ROS)、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)等物質(zhì)過度積累，導(dǎo)致牙周組織受到破壞。目前主要的治療方式，如局部機械清創(chuàng)和抗生素輸送，不僅難以有效解決難治性細(xì)菌生物膜，而且難以改善過度的炎癥反應(yīng)和再生受損的牙周組織。在此，作者提出了由銅基納米酶(銅單寧酸配位納米片，CuTA NSs)和triglycerol monostearate/2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol(TM/BHT)水凝膠自組裝形成的TM/BHT/CuTA水凝膠體系。帶負(fù)電荷的TM/BHT/CuTA可以通過靜電吸附和水解的方式保留在帶正電荷的炎癥部位，以響應(yīng)牙周炎MMP的增加，實現(xiàn)CuTA納米酶的按需釋放。釋放的CuTA納米酶具有抗菌和抗菌斑特性。同時，作為一種金屬酚類納米酶，它可以通過模擬超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的級聯(lián)過程來清除多種ROS。此外，CuTA納米酶可通過Nrf2/NF-κB通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞由M1表型向M2表型的極化，使促炎細(xì)胞因子減少，抗炎細(xì)胞因子增加，依次促進成骨基因的表達(dá)，從而緩解牙周炎的炎癥，加速組織再生�？傊�，這種多功能納米酶按需釋放平臺(TM/BHT/CuTA)為治療牙周炎提供了一種理想的策略。

實驗方法
TM/BHT/CuTA治療牙周炎的綜合療效觀察。
為了評估TM/BHT/CuTA對牙周炎的綜合治療效果，作者建立了典型的大鼠細(xì)菌性牙周炎模型。適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，選取雄性SD大鼠20只(6周齡，150~200g)，隨機分為無治療組(Ctrl)、牙周炎+PBS (PBS)、牙周炎+TM/BHT(TM/BHT)或牙周炎+TM/BHT/CuTA(TM/BHT/CuTA)4組。用4-0絲線結(jié)扎大鼠雙側(cè)上頜第二磨牙(M2)，同時注射P.gingivalis(10⁹ CUFs/mL, 500μL)，每天1次，同時注射高糖飲用水(100g/L葡萄糖)。10d后，每周1次在牙周袋內(nèi)注射200μL PBS、TM/BHT、TM/BHT/CuTA水凝膠(200μg/mL)。4周后，處死大鼠,取上頜牙，進行微計算機斷層掃描(Micro-CT)、蘇木精伊紅(H&E)染色、免疫組織化學(xué)染色和Masson染色。為了進行Micro-CT分析，樣品使用Micro-CT(NEMO NMC-200,平生醫(yī)療科技有限公司)進行掃描。采用三維重建技術(shù)(AVATAR 1.7.0, 平生醫(yī)療科技有限公司)測量牙槽骨嵴(ABC)與牙釉質(zhì)粘接處(CEJ)之間的垂直距離，以及每組織體積骨體積(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁數(shù)量(Tb.N)、骨小梁間距(Tb.Sp)等骨參數(shù)。

實驗結(jié)果
TM/BHT/CuTA治療牙周炎的綜合療效觀察。
通過結(jié)扎和牙齦假單胞菌注射建立大鼠經(jīng)典細(xì)菌性牙周炎模型，評價TM/BHT/CuTA水凝膠支持新組織沉積的效能(圖6A)。采用顯微計算機斷層掃描(Micro-CT)分析和組織學(xué)染色評價治療效果。通過三維重建，將牙槽骨嵴(ABC)與牙骨質(zhì)接合處(CEJ)之間的垂直距離視為治療指標(biāo)。如圖6B和6C所示，PBS組與Ctrl組相比，ABC與CEJ之間的距離最長，可見明顯的牙槽骨丟失。同時，PBS組每組織體積骨體積(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁數(shù)(Tb.N)減少，骨小梁分離(Tb.Sp)增加，均證明牙周炎模型建立成功(圖6D−G)。與PBS組相比，TM/BHT/CuTA水凝膠可使上述指標(biāo)(BV/TV、Tb.Th和Tb. N)最大化，并減小ABC與CEJ之間的距離以及Tb.Sp的值,表明TM/BHT/CuTA水凝膠具有促進骨生成的作用。
 

圖6.TM/BHT/CuTA綜合治療牙周炎療效觀察。(A) P. gingivalis誘導(dǎo)的牙周炎模型建立示意圖。(B)不同處理的上頜磨牙的Micro-CT三維重建及頰腭切面圖像。紅線表示ABC與CEJ之間的距離(比例尺=1mm)。(C) ABC與CEJ之間距離的定量評價。(D−G)牙槽骨各參數(shù)的定量統(tǒng)計。(H)牙周組織Masson染色圖像。(1)牙周組織H&E染色圖像。箭頭表示牙周組織中的炎癥細(xì)胞(黑色刻度條=500μm，白色刻度條=100μm)。數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

文獻結(jié)論
綜上所述，作者提出了具有抗菌、抗氧化、抗炎和成骨功能的TM/BHT/CuTA可注射水凝膠用于牙周炎的治療。利用水凝膠中的酶-不穩(wěn)定酯鏈，該平臺可以根據(jù)牙周炎的MMP增加進行水解，實現(xiàn)CuTA納米酶的按需釋放。所釋放的CuTA納米酶具有廣譜抗菌性能，具有良好的生物相容性。同時，CuTA可以通過模擬SOD和CAT級聯(lián)過程清除多種ROS，對抗氧化應(yīng)激。值得注意的是，它可以通過調(diào)控Nrf2/NF-κB通路，進一步將M1巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為M2巨噬細(xì)胞，從而降低促炎因子，上調(diào)抗炎因子和成骨基因的表達(dá)，進一步促進牙周組織再生。綜上所述，這種具有多種功能的按需活性氧清除納米平臺有望治療牙周炎和各種氧化還原代謝失衡的疾病，如關(guān)節(jié)炎、胃腸道疾病等。

使用設(shè)備

Micro CT (型號：NEMO) (平生醫(yī)療科技)
 影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）