三维种植体-组织-口腔细菌生物膜模型中抗菌治疗剂对生物膜-组织互作的调控机制研究

为解决牙科种植体周围生物膜感染难以根治的问题，德国汉诺威医学院团队通过创新的INTERbACT三维共培养模型，系统评估了氯己定、阿莫西林等五种抗菌剂对多菌种生物膜存活率、组织完整性及炎症因子分泌的影响。研究发现所有抗菌剂均能显著降低生物膜活性但无法消除其结构，其中氯己定和多西环素可特异性抑制关键促炎因子TNF-α和IL-1β。该研究为种植体周围炎治疗策略开发提供了重要实验平台，成果发表于《Scientific Reports》。

　　

牙科种植体虽能有效恢复口腔功能，但周围组织常因细菌生物膜感染引发种植体周围炎，导致高达25%的种植体在五年内出现骨吸收。传统二维培养模型难以模拟临床中宿主-种植体-生物膜的三方互作，且生物膜对抗生素的顽固抵抗机制尚不明确。针对这一难题，德国汉诺威医学院的Carina Mikolai团队在《Scientific Reports》发表了突破性研究，利用其独创的三维种植体-组织-口腔细菌生物膜模型（INTERbACT），首次系统揭示了临床常用抗菌剂对生物膜-组织互作的多维度影响。

研究采用器官型口腔黏膜（含角质形成细胞和成纤维细胞）与钛种植体整合，并接种由早期定植菌（如Streptococcus oralis）和致病菌（如Porphyromonas gingivalis）构成的多菌种生物膜。通过激光共聚焦显微镜（CLSM）定量生物膜活死比例，荧光原位杂交（FISH）分析菌种空间分布，结合组织学染色和Luminex多重检测技术评估黏膜完整性及炎症因子分泌。

生物膜存活率与结构变化
通过膜完整性染色发现，0.01%氯己定（CHX）、15 μg/mL阿莫西林等五种抗菌剂虽未显著减少生物膜体积（p>0.05），但使死菌比例平均提升3倍（p<0.01），证实生物膜基质（EPS）对结构的保护作用。FISH显示仅氯己定显著改变菌种组成，使Veillonella dispar减少而Actinomyces naeslundii增加（p<0.05），而抗生素组对P. gingivalis（牙周关键病原体）均无显著抑制。

黏膜屏障保护效应
van Gieson染色表明，未处理组生物膜导致上皮层剥离（黑色箭头标示），而所有抗菌剂均能维持上皮完整性。特别值得注意的是，抗菌处理未影响种植体-黏膜界面附着，提示治疗不会损害种植体初期稳定性。

炎症调控特异性
多重免疫检测发现所有抗菌剂均降低抗菌肽hBD-2和基质金属蛋白酶抑制剂TIMP-1（p<0.01）。其中多西环素特异性抑制IL-1β和趋化因子CCL20（p<0.05），氯己定则选择性降低TNF-α水平（p<0.01）。但qPCR显示基因表达未发生显著变化，说明调控发生于转录后水平。

该研究证实，即便低浓度抗菌剂无法完全清除生物膜，仍可通过双重机制发挥作用：直接杀伤细菌和间接调节宿主炎症反应。INTERbACT模型首次在接近临床的环境中揭示，氯己定和多西环素通过靶向抑制TNF-α和IL-1β等关键炎症介质，可能比单纯杀菌更有利于控制种植体周围炎进展。这一发现为优化联合治疗策略（如机械清创辅助局部缓释给药）提供了理论依据，也为开发靶向生物膜-宿主互作的新型疗法建立了标准化评估平台。未来研究可进一步纳入患者来源的复杂生物膜和免疫细胞，以增强临床转化价值。