什么？！纳米粒子也能防蛀牙

材料牛注：还在为蛀牙、牙齿菌斑所困扰吗？宾夕法尼亚大学研究人员发现纳米粒子在牙齿健康方面竟大有可为，妈妈再也不用担心我有蛀牙了！

生活在菌斑中的细菌致使牙齿腐烂，而且常常抵抗传统的抗菌治疗，因为他们可以“隐藏”在粘性的生物膜基质内，即一个胶样的聚合物支架。

相比较之前简单的应用抗生素，宾夕法尼亚大学研究人员设想了一种复杂的方法来预防蛀牙，利用含铁纳米颗粒对PH敏感和类酶的特性来提升过氧化氢的活性。过氧化氢是一种常用的天然消毒、防腐剂，活化的过氧化氢产生自由基，能降解生物膜基质、杀死细菌、显著减少斑块并且防止牙齿腐烂和蛀牙。

宾州大学口腔医学院畸齿矫正科的教授，一位资深作家Hyun Koo，在Biomaterials杂志上发表论文声称，即使过氧化氢的浓度非常低，这个过程仍有效的破坏了生物膜，添加纳米颗粒将使消灭细菌的效率高出不止5000倍。

该论文的第一作者是Lizeng Gao，他是Koo实验室的博士后研究员，论文合作者还有Koo实验室的Yuan Liu、Dongyeop Kim、Yong Li、Geelsu Hwang和David Cormode，以及在Cormode实验室的博士后Pratap C. Naha。David 是一个放射学和生物工程学的助理教授，由宾夕法尼亚佩雷尔曼医学院和应用科学工程学院任命。

这项研究使Gao和他的同事们有一个开创性的发现，于2007发表在 Nature Nanotechnology上，该论文显示，长期被认为具有生物和化学惰性的纳米粒子，但实际上很可能有类酶的性质。在这项研究中，Gao表示，一个铁氧化物纳米粒子的行为类似过氧化物酶，该酶是一种自然催化氧化反应的酶，常用于催化过氧化氢。

当Gao 在2013年加入 Koo的实验室时，他提出在口腔内使用纳米颗粒，因为过氧化氢的氧化可以产生自由基，能杀死细菌。Koo说道，他第一次提出来时，我非常怀疑，因为这些自由基也会损害健康组织。但后来他反驳说，影响是不同的，因为纳米粒子的活性取决于pH值。

Gao发现，通常在血液或健康的口腔中，PH为6.5或7，即呈中性或接近中性，纳米粒子没有活性。但当PH接近5，呈酸性，粒子高度活跃，可以迅速产生自由基。让牙齿暴露于含糖的环境中可以产生一个酸性微环境，这是祛除斑块的理想方案。

Gao 和 Koo找到了 Cormode，他在铁氧化纳米粒子放射性成像方面很有经验，可以帮助他们合成、表征和测试纳米颗粒的有效性，其中几种方法已经被美国食品药物管理局批准用于人体成像。

从体外研究开始，将牙釉质表面的链球菌变体培养于生物膜上，后又暴露于含糖的环境中。研究人员证实，在治疗停止后，粘附在生物膜上的纳米颗粒被保留下来，在酸性条件下仍能有效地催化过氧化氢。

他们还发现，有纳米粒子参与反应的过氧化氢溶液，浓度为1%或更小即可以非常有效的杀死细菌，在五分钟内，消灭超过99.9%的变形链球菌，效率是仅使用过氧化氢的5000倍以上。不仅如此，前景更光明的是，他们证明了治疗方案的可行性，包括一个30秒纳米颗粒的局部处理，其次是30秒过氧化氢的处理，可以破坏生物膜基质成分，基本去除保护粘性支架。

换到鼠牙模型上，与人类一样，它们可能感染变形链球菌并产生蛀牙。使用纳米粒子和过氧化氢处理鼠牙，每天两次，每次一分钟，经过三周的治疗，与只进行过氧化氢的处理相比，显著降低了龋齿的发病及严重程度。而且，研究人员并没有观察到这种处理对牙龈或口腔软组织有不利影响。

Koo解释说，研究非常有前途，还需对临床研究中的疗效和安全性进行验证，但这是不成问题的。方案最有吸引力的是组件相对便宜。Cormode指出，如果你看看所需要的5mg的剂量，这是很小的，和纳米粒子容易合成。因此，我们考虑的是每剂的价格。此外，该方案使用的过氧化氢的浓度是1%，这低于目前牙齿美白常用的3~10%的浓度，意味着最大可能地减少副作用。

Gao、Koo、 Cormode 和同事们展望纳米粒子的未来，希望继续完善和提升其效率，来更好地处理生物膜。Cormode 说道，我们正在研究纳米粒子涂层、成分、尺寸的作用，以便将粒子更好的性能应用于工程上。

参考原文链接：Penn team uses nanoparticles to break up plaque and prevent cavities

本文由编辑部丁菲菲提供素材，刘万春编译，点我加入材料人编辑部。

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