什么？！納米粒子也能防蛀牙

材料牛注：還在為蛀牙、牙齒菌斑所困擾嗎？賓夕法尼亞大學研究人員發現納米粒子在牙齒健康方面竟大有可為，媽媽再也不用擔心我有蛀牙了！

生活在菌斑中的細菌致使牙齒腐爛，而且常常抵抗傳統的抗菌治療，因為他們可以“隱藏”在粘性的生物膜基質內，即一個膠樣的聚合物支架。

相比較之前簡單的應用抗生素，賓夕法尼亞大學研究人員設想了一種復雜的方法來預防蛀牙，利用含鐵納米顆粒對PH敏感和類酶的特性來提升過氧化氫的活性。過氧化氫是一種常用的天然消毒、防腐劑，活化的過氧化氫產生自由基，能降解生物膜基質、殺死細菌、顯著減少斑塊并且防止牙齒腐爛和蛀牙。

賓州大學口腔醫學院畸齒矯正科的教授，一位資深作家Hyun Koo，在Biomaterials雜志上發表論文聲稱，即使過氧化氫的濃度非常低，這個過程仍有效的破壞了生物膜，添加納米顆粒將使消滅細菌的效率高出不止5000倍。

該論文的第一作者是Lizeng Gao，他是Koo實驗室的博士后研究員，論文合作者還有Koo實驗室的Yuan Liu、Dongyeop Kim、Yong Li、Geelsu Hwang和David Cormode，以及在Cormode實驗室的博士后Pratap C. Naha。David 是一個放射學和生物工程學的助理教授，由賓夕法尼亞佩雷爾曼醫學院和應用科學工程學院任命。

這項研究使Gao和他的同事們有一個開創性的發現，于2007發表在?Nature Nanotechnology上，該論文顯示，長期被認為具有生物和化學惰性的納米粒子，但實際上很可能有類酶的性質。在這項研究中，Gao表示，一個鐵氧化物納米粒子的行為類似過氧化物酶，該酶是一種自然催化氧化反應的酶，常用于催化過氧化氫。

當Gao 在2013年加入?Koo的實驗室時，他提出在口腔內使用納米顆粒，因為過氧化氫的氧化可以產生自由基，能殺死細菌。Koo說道，他第一次提出來時，我非常懷疑，因為這些自由基也會損害健康組織。但后來他反駁說，影響是不同的，因為納米粒子的活性取決于pH值。

Gao發現，通常在血液或健康的口腔中，PH為6.5或7，即呈中性或接近中性，納米粒子沒有活性。但當PH接近5，呈酸性，粒子高度活躍，可以迅速產生自由基。讓牙齒暴露于含糖的環境中可以產生一個酸性微環境，這是祛除斑塊的理想方案。

Gao 和?Koo找到了?Cormode，他在鐵氧化納米粒子放射性成像方面很有經驗，可以幫助他們合成、表征和測試納米顆粒的有效性，其中幾種方法已經被美國食品藥物管理局批準用于人體成像。

從體外研究開始，將牙釉質表面的鏈球菌變體培養于生物膜上，后又暴露于含糖的環境中。研究人員證實，在治療停止后，粘附在生物膜上的納米顆粒被保留下來，在酸性條件下仍能有效地催化過氧化氫。

他們還發現，有納米粒子參與反應的過氧化氫溶液，濃度為1%或更小即可以非常有效的殺死細菌，在五分鐘內，消滅超過99.9%的變形鏈球菌，效率是僅使用過氧化氫的5000倍以上。不僅如此，前景更光明的是，他們證明了治療方案的可行性，包括一個30秒納米顆粒的局部處理，其次是30秒過氧化氫的處理，可以破壞生物膜基質成分，基本去除保護粘性支架。

換到鼠牙模型上，與人類一樣，它們可能感染變形鏈球菌并產生蛀牙。使用納米粒子和過氧化氫處理鼠牙，每天兩次，每次一分鐘，經過三周的治療，與只進行過氧化氫的處理相比，顯著降低了齲齒的發病及嚴重程度。而且，研究人員并沒有觀察到這種處理對牙齦或口腔軟組織有不利影響。

Koo解釋說，研究非常有前途，還需對臨床研究中的療效和安全性進行驗證，但這是不成問題的。方案最有吸引力的是組件相對便宜。Cormode指出，如果你看看所需要的5mg的劑量，這是很小的，和納米粒子容易合成。因此，我們考慮的是每劑的價格。此外，該方案使用的過氧化氫的濃度是1%，這低于目前牙齒美白常用的3~10%的濃度，意味著最大可能地減少副作用。

Gao、Koo、?Cormode 和同事們展望納米粒子的未來，希望繼續完善和提升其效率，來更好地處理生物膜。Cormode 說道，我們正在研究納米粒子涂層、成分、尺寸的作用，以便將粒子更好的性能應用于工程上。

參考原文鏈接：Penn team uses nanoparticles to break up plaque and prevent cavities

本文由編輯部丁菲菲提供素材，劉萬春編譯，點我加入材料人編輯部。

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