通过固体结合肽调节氟化二胺银化学衍生物

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Modulating silver diamine fluoride chemical derivatives by solid-binding peptides

　　

肽调节剂提供了一种从被动牙科治疗过渡到主动设计生物界面的手段，以实现特定反应并达到疗效和最小化脱靶效应。口腔暴露于人体中最具敌意和动态的环境之一。肽调节剂的靶向递送可能引导牙科生物陶瓷组织界面处所需的生物学结果。虽然非侵入性氟化二胺银（SDF）已彻底改变了早期儿童龋齿的龋洞管理，但其普遍使用受到缺点的限制，包括对治疗组织造成永久性黑色染色。为了减轻这些缺点，研究人员研究了氟化二胺银调节肽（SDF-ModP）对SDF处理牙本质中银化合物形成和染色结果的影响。使用人类牙本质组织片，分别用单独的SDF或SDF后接SDF-ModP进行处理。采用拉曼显微光谱和X射线光电子能谱（XPS）来鉴定银化合物。使用CIELAB颜色空间随时间监测颜色变化。拉曼分析鉴定出氯化银（AgCl）、氧化银（I）（Ag₂O）和氧化银（II）（AgO）是SDF处理牙本质中形成的最丰富的化合物。XPS对Ag 3d_5/2区域的解卷积证实了金属银（Ag（0））、Ag（I）和Ag（III）物种的共存。SDF-ModP处理调节了这些物种的分布，减少了金属银和Ag（III）氧化物的形成，同时增加了Ag（I）化合物的比例。在7天的监测期间，时间分辨颜色分析显示，与单独的SDF相比，SDF-ModP延迟并减少了整体黑色染色。该肽通过降低金属银发色团和高价氧化物的形成速率来调节银化学，从而减少牙本质变色。这些发现表明，SDF调节肽可用于改善SDF疗法的治疗功效和美学效果。研究人员的方法代表了一种分子仿生工程策略，其中肽与金属离子的特定相互作用用于调节生物界面。该策略可扩展到其他基于金属的疗法，其中需要对金属离子形态进行精确控制。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**

龋齿是全球最常见的感染性疾病，尽管预防和治疗取得了进展，但仍需要易于实施、微创的疗法来阻止龋损并防止进一步龋坏。氟化二胺银（SDF）作为一种非侵入性龋病抑制剂，因其强效抗菌活性和易用性而获得广泛应用，但其对治疗组织造成的不可逆黑色染色严重限制了其更广泛的应用，尤其是美学方面的限制。目前，对SDF染色机制，特别是在异质性龋坏组织中的机制，理解仍不充分，且缺乏有效的缓解策略。SDF应用后，银离子与牙齿的矿物质和有机成分反应，形成多种银化合物，包括氯化银（AgCl）、氧化银（Ag₂O）、氧化银（AgO）以及金属银等，这些化合物中有些与抗菌活性相关，有些则直接导致黑色染色。然而，在复杂、异质的龋坏牙本质环境中，银-组织相互作用在分子水平上的机制，以及这些化合物形成的优先性、空间分布和时间演变规律，尚不清楚。现有的缓解染色策略，如使用银纳米颗粒或组合配方（如AgF/KI），结果不一致，且对复杂生物组织中银化学的理解不完整。因此，本研究旨在探索一种分子仿生策略，即利用固体结合肽作为调节剂，通过与银离子特异性相互作用，有选择性地调控SDF处理后银化合物的形成，以减少染色并改善治疗效果。

**研究内容与结论**

研究人员引入了一种称为SDF调节肽（SDF-ModP，序列：EQLGVRKELRGV）的固体结合肽，该肽具有强银结合特性，并能影响银化合物的形成。研究通过对比单独SDF处理与SDF后接SDF-ModP处理的人类牙本质组织片，利用拉曼显微光谱、X射线光电子能谱（XPS）和CIELAB颜色空间分析，系统表征了银化合物的种类、分布及颜色变化。结果表明，SDF-ModP能够调节银物种的分布，减少金属银（Ag（0））和Ag（III）氧化物（AgO）的形成，同时增加Ag（I）化合物（包括AgCl）的比例。在7天的监测期内，SDF-ModP处理显著延迟并减轻了黑色染色。该研究证实，肽调节剂通过改变银化学平衡，能够有效改善SDF治疗的美学效果，同时可能保留其抗菌功能。这项研究发表在《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》，为通过分子仿生工程策略优化金属基疗法提供了新思路。

**主要关键技术方法**

1. **拉曼显微光谱分析**：使用785 nm激光激发，对未经处理、SDF处理及SDF+SDF-ModP处理的人类牙本质组织片及合成羟基磷灰石（HAp）圆盘进行分析，通过特征拉曼峰识别银化合物种类（如AgCl、Ag₂O、AgO等）。
2. **X射线光电子能谱（XPS）**：在超真空条件下，利用Al-Kα X射线源对样品进行宽扫描和高分辨率扫描，通过对Ag 3d_5/2、O 1s等区域的谱峰解卷积，定量分析银的不同氧化态（Ag（0）、Ag（I）、Ag（III））及其相对含量。
3. **色差分析**：使用CIELAB颜色空间，通过定期拍摄标准化图像，计算颜色变化值ΔE，量化SDF处理与SDF+SDF-ModP处理在7天内黑色染色发展和程度的变化。样本来源为人类第三磨牙牙本质组织片，取自临床健康牙齿，并随机分配至各组。

**研究结果**

**3.1 使用拉曼显微光谱表征SDF形成的银化合物**
通过对人类牙本质组织片的拉曼光谱分析，在SDF处理组中，244 cm^-1处出现Ag-Cl伸缩振动峰（AgCl），311、389、487和516 cm^-1处出现混合银氧化物峰（Ag₂O和AgO）。SDF+SDF-ModP处理组保留了AgCl峰，但银氧化物区域的相对强度发生改变，表明SDF-ModP影响了银物种的氧化态平衡。共聚焦显微镜图像显示，SDF处理组表面有大量晶体沉积，而SDF-ModP处理组表面沉积物显著减少。

**3.2 使用X射线光电子能谱（XPS）表征SDF形成的银化合物**
XPS分析确认了SDF处理牙本质中存在Ag、Cl信号。Ag 3d_5/2谱解卷积显示三个峰，分别对应金属银（Ag（0））、Ag（I）（如AgCl、Ag₂O）和Ag（III）（来自混合价态AgO）。相比SDF单独处理，SDF+SDF-ModP处理组中Ag（0）和Ag（III）含量略有降低，表明SDF-ModP抑制了金属银和AgO的形成。O 1s谱分析进一步支持了银氧化物的存在。

**3.3 颜色变化的时间依赖性分析**
在7天监测期内，CIELAB颜色空间分析显示，SDF单独处理组颜色变化（ΔE）迅速增加，导致大范围黑色染色。而SDF+SDF-ModP处理组颜色变化更缓慢，总体变色程度显著降低，在第一天后即出现明显差异。这表明SDF-ModP通过调节银化合物分布，延迟并减轻了黑色染色。

**总结与结论**

**讨论总结**：研究人员提出一个顺序反应模型：SDF释放Ag⁺，Ag⁺与Cl^-快速沉淀形成AgCl，部分Ag⁺氧化为Ag₂O和AgO，随后与蛋白质或磷酸盐形成络合物，并最终还原为金属银。SDF-ModP通过其带负电的谷氨酸残基与Ag⁺配位，干预该级联反应，减慢Ag⁺的氧化与还原动力学，从而改变最终银化合物分布，减少染色。AgCl的保留被认为有利于维持SDF的抗菌储备功能。

**结论翻译**：FDA批准的非侵入性SDF治疗用于抑制早期儿童龋齿，但由于不可逆的黑色组织染色而继续面临重大缺陷。尽管其成功，但研究人员对SDF-牙本质界面，特别是龋坏牙本质中，控制银形态的潜在化学机制的理解仍然有限。在这项研究中，研究人员探索了一种肽调节剂，它与牙本质界面的SDF银化合物相互作用，将银化合物形成从染色转向保留临床有益的氯化银。研究人员研究了在有和无肽调节剂（SDF-ModP）存在下，SDF中银含量化学状态的变化。使用拉曼显微光谱和X射线光电子能谱，确认了SDF处理后金属银、银氧化物（Ag₂O和AgO）和氯化银化合物的形成。SDF-ModP的应用通过减少金属银和Ag（III）相关的AgO形成，同时增加包括AgCl在内的Ag（I）物种的比例，改变了这种分布。AgCl被认为是与SDF抗菌储备功能最相关的化合物之一。这种银化学调节的一个可见结果是在7天观察期内深色染色的速率和程度显著降低。研究人员假设，肽调节剂中带负电的表面结构域的存在可能促进与银阳离子的相互作用，延迟氧化并影响化合物分布。这些独特的性质为设计用于不同选择性相互作用的靶向肽提供了机会。总体而言，这项工作表明，肽介导的银化学调节可以增强功能性和治疗功效，同时减少SDF治疗的不良染色形成。未来的研究应继续研究相互作用机制，最终指导用于微创牙科护理的下一代、仿生材料和递送系统的开发。这种肽调节的银化学可以扩展到其他需要精确控制金属离子形态的金属基疗法。肽与金属离子的特定相互作用可能促进还原或稳定化，并扩大靶向递送系统和先进材料在治疗应用中的影响。