新型近红外 - IIb 多功能纳米酶平台：牙周炎治疗的新希望

研究人员针对牙周炎治疗难题，开发响应性近红外 - IIb 纳米酶系统（DMUP），有效治疗牙周炎。

　　牙周炎是一种常见的慢性炎症性疾病，由牙菌斑引起，全球约有 7.34 亿人受其困扰，已成为第六大常见慢性病。目前，牙周炎的治疗方法主要包括龈下刮治和根面平整（SPR）以及使用抗生素。然而，牙周袋结构复杂，且被软组织覆盖，使得在刮治过程中难以准确定义感染区域，严重影响 SPR 的清除效果。此外，引起牙周炎的牙龈卟啉单胞菌（P. gingivalis）是一种厌氧菌，在缺氧的牙周袋区域，广谱抗生素也难以抑制其生长。同时，牙周炎的进展还与宿主免疫反应相关，免疫应激会加剧牙周微环境的缺氧状态，增加活性氧（ROS）和炎症因子，进一步导致组织酸化，加速组织损伤，使得传统治疗效果大打折扣。因此，开发一种能够实现细菌可视化、抑制厌氧菌生长并改善炎症微环境的牙周炎治疗策略迫在眉睫。

南昌大学的研究人员为解决这些问题，开展了一项关于开发响应性近红外 - IIb（NIR-IIb，波长 1500 - 1700nm）多功能纳米酶系统（DMUP，β-NaErF₄:Yb³⁺@NaLuF₄@mSiO₂-Mn-UBI_29-41-Pae）的研究。该研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上，为牙周炎的治疗带来了新的希望。

在研究中，研究人员用到了多种关键技术方法。首先，通过化学合成的方法制备了 DMUP 纳米酶系统，包括合成具有核心 - 壳结构的近红外响应性下转换纳米粒子（DCNPs），并对其进行一系列修饰和功能化处理。其次，利用多种细胞实验和动物实验模型来评估 DMUP 的性能。在细胞实验中，使用小鼠单核巨噬细胞白血病（RAW264.7）细胞和小鼠胚胎成骨前体细胞（MC3T3-E1）细胞，检测 DMUP 对细胞功能的影响；在动物实验中，建立大鼠牙周炎模型和腿部肌肉感染模型，评估 DMUP 在体内的成像、抗菌、抗炎和促进骨再生等效果。

研究结果如下：

• DMUP 的合成与表征：成功合成了 DMUP，并对其结构和性能进行了全面表征。结果显示，DMUP 具有良好的稳定性和分散性，其结构中的各成分均成功负载，且 Mn 纳米酶以特征性的带状结构出现在 DCMS 表面。
• DMUP 的理化性质与生物安全性：DMUP 在酸性条件下能够释放 Mn 纳米酶和丹皮酚（Pae），展现出类过氧化氢酶（CAT）和类超氧化物歧化酶（SOD）的活性，有效清除 ROS 并产生氧气（O₂），改善缺氧环境。同时，细胞实验和动物实验表明，DMUP 在浓度为 200μg/mL 时具有良好的生物安全性。
• DMUP 靶向细菌和成像能力验证：DMUP 能够通过表面接枝的细菌靶向肽 UBI_29-41特异性地靶向细菌表面，并在酸性炎症条件下恢复近红外 - IIb 荧光，实现细菌成像。实验证明，使用 200μg/mL 的 DMUP 时，有效细菌检测浓度为 10⁴CFU/mL 及以上，且在牙周袋和腿部肌肉感染模型中均能有效成像细菌。
• DMUP 的抗菌和抗生物膜活性研究：DMUP 对牙龈卟啉单胞菌等厌氧菌具有较强的抗菌活性，其最小抑菌浓度为 200μg/mL，且对牙龈卟啉单胞菌生物膜的清除率可达约 96%，优于传统药物米诺环素（MC）。研究发现，DMUP 通过抑制牙龈卟啉单胞菌毒力基因的表达来破坏细菌细胞膜。
• DMUP 的体外抗炎实验研究：在体外实验中，DMUP 能够显著降低炎症细胞中促炎因子（如肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）、白细胞介素 - 1β（IL-1β）和白细胞介素 - 6（IL-6））的表达，同时升高抗炎因子（如转化生长因子 -β（TGF-β））的表达，促进巨噬细胞从 M1 型向 M2 型极化，发挥抗炎作用。
• DMUP 抗炎和诱导自噬的分子机制研究：通过 RNA 测序和生物信息学分析，发现 DMUP 通过激活自噬，调节 Akt/mTOR 信号通路，抑制巨噬细胞向促炎的 M1 型转化，从而减轻炎症反应，促进组织修复。
• DMUP 调节炎症环境对体外成骨的影响：DMUP 处理后的炎症微环境能够促进 MC3T3-E1 细胞的碱性磷酸酶（ALP）活性和矿化结节形成，上调成骨相关基因（如 COL-1、OCN 和 Runx2）和蛋白（如 OPN 和 Runx2）的表达，增强细胞的成骨潜能。
• DMUP 体内抗炎和促骨再生效果评估：在大鼠牙周炎模型中，DMUP 能够显著减少牙龈出血，降低炎症细胞浸润，增加胶原沉积，减少促炎因子表达，增强抗炎因子表达，发挥良好的抗炎作用。同时，DMUP 还能增加牙槽骨的骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）和骨矿物质密度（BMD），促进骨形成，其效果优于 MC。

综上所述，该研究开发的响应性 NIR-IIb 多功能纳米酶平台 DMUP 具有细菌成像、抗厌氧菌、抗炎和促进骨形成的功能。它能够通过响应炎症微环境，准确捕获复杂环境中的病变区域菌群，释放 Mn 纳米酶催化内源性 H₂O₂产生 O₂，并与 Pae 协同调节巨噬细胞功能，减少炎症因子含量，从而改善牙周炎的治疗效果。该研究不仅在动物牙周炎模型中验证了 DMUP 的有效性，还在大鼠腿部肌肉感染模型中证实了其在较大组织中成像感染区域的潜力，为其在治疗更大组织体积的感染方面提供了可能。然而，该系统也存在一些局限性，如材料合成方法复杂，不利于大规模生产和体内代谢；在临床应用中，对于较大感染区域的治疗效果以及与口腔复杂菌群的联合治疗效果仍需进一步验证。尽管如此，将细菌成像与纳米酶相结合用于牙周炎治疗的研究具有重要意义，有望扩展到其他细菌感染性疾病的定位和治疗，如各种植入物、接骨板、人工关节和血管支架相关的感染。