“一剂多效”的纳米药物满足牙周炎治疗的多方面需求
“一剂多效”的纳米药物满足牙周炎治疗的多方面需求
近日，武汉大学付磊教授课题组和黄翠教授课题组在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Biomaterials上发表了题为“Antibacterial-Osteogenic Integrated Liquid Metal Nanomedicine for Periodontitis Treatment”的研究论文。研究以液态金属镓为核心，研发了一种新型“一剂多效”的纳米药物（GaNC），实现了抗菌与骨再生双重疗效的协同集成，满足了牙周炎治疗的多方面需求。
研究亮点
本研究以液态金属镓为核心，研发了一种新型“一剂多效”的纳米药物（GaNC），实现了抗菌与骨再生双重疗效的协同集成，满足了牙周炎治疗的多方面需求。
GaNC在牙齿表面的强附着力显著增强了其抵抗唾液冲刷的能力，从而显著提高了纳米药物在口腔环境中的长期留存率和生物利用度。
GaNC在椅旁蓝光激活下表现出对口腔致病菌的高效抗菌性能，尤其是对牙龈卟啉单胞菌的精准抑制。且不会破坏口腔菌群的生态平衡，这对于维护口腔健康至关重要。
GaNC展现出优异的破骨抑制作用和成骨促进作用，为牙周组织的再生修复提供了强有力的支持。
研究简介
牙周炎是一种由细菌感染引起的炎症性疾病，其晚期常伴随牙槽骨的进行性吸收，若未能采取有效干预措施，最终可能导致牙齿丧失。此外，重症牙周炎与多种系统性疾病之间的关联性已得到广泛证实。因此，减轻细菌感染和调控骨代谢平衡，对于牙周炎的临床治疗及降低其引发的潜在系统性健康风险具有至关重要的意义。
目前，机械式清创术联合抗生素局部应用是牙周炎临床治疗的常规手段。然而，这些传统治疗方法常受限于深牙周袋内细菌清除效率低、疾病复发率高以及潜在的毒副作用。更为重要的是，这些疗法未能有效解决牙周炎引起的牙槽骨不可逆吸收问题。因此，开发一种集抗菌与促进牙周组织再生功能于一体的人工材料，能够在抗感染的同时展现卓越的创伤修复能力，是牙周炎治疗领域的一个具有潜力的新策略。
针对牙周炎治疗中对高效抗菌和促成骨特性的迫切需求，研究者们已开发出多种“多合一”治疗平台，这些平台通过结合多种组分以实现协同效应，包括多药物传递系统、改性水凝胶和工程化膜等。然而，复杂的成分增加了药物拮抗、材料不稳定性和技术敏感性的风险。因此，本研究聚焦于开发组成简单且具有高生物安全性的“一剂多效”纳米药物，旨在通过综合控制牙周炎致病菌感染和骨组织修复，避免多重用药可能带来的副作用。基于此，我们提出了一种基于液态金属镓的“一剂多效”纳米药物，其在纳米尺度上抗菌与成骨特性的集成精准对应牙周炎治疗的多重需求。镓基液态金属因其卓越的抗菌效能和骨组织再生促进能力而受到广泛关注，然而其抗菌成骨双重特性在口腔这一特殊环境中的有效性仍未被充分验证。因此，本研究构建了一种以液态金属镓为核心的纳米复合材料（GaNC），通过石墨烯量子点修饰和椅旁蓝光激活，具备多重抗菌机制和双向骨稳态调节功能（如图1所示）。研究结果表明，经椅旁蓝光激活的GaNC对口腔常见致病菌展现出显著的抑制能力，填补了镓基液态金属对抗口腔细菌活性的研究空白。特别值得关注的是，GaNC对牙周炎主要致病菌——牙龈卟啉单胞菌展现出卓越疗效，为其作为牙周炎潜在治疗剂的研发奠定了基础。纳米级的镓因其对牙齿及细菌表面的强粘附性，确保了材料在口腔这一复杂且动态环境中的持久滞留，进一步提升了其抗菌效能。
此外，本研究不仅证实了GaNC对破骨细胞活动的抑制效应，还揭示了带负电荷的镓基纳米粒子在促进成骨细胞分化方面的积极作用（如图3所示）。体内实验进一步验证了GaNC的抗菌-成骨双向功能在体内治疗牙周炎的有效性（如图4所示）。该研究首次证实了具有良好生物相容性的液态金属镓纳米颗粒在治疗牙周炎中的应用价值，强调了其独特的双重功效：一方面有效清除口腔病原菌，另一方面显著促进干细胞成骨向分化的同时抑制破骨向分化，从而增强骨组织的再生能力。与需要复合多种组分的“多合一”治疗方案相比，基于镓的“一剂多效”纳米平台有望简化多功能口腔材料的制备过程，并提高其临床应用的便捷性。