生物膜微環(huán)境激活的雙功能納米酶用于精準(zhǔn)靶向細(xì)菌病原體
發(fā)布時間：2021-07-24 13:24:42 人氣：1181
背景介紹
齲齒是一種由生物膜引發(fā)的疾病，膳食糖分和微生物的相互作用引起礦化牙齒的酸溶解，若不及時治療，會導(dǎo)致全身性并發(fā)癥。這類飲食在破壞牙齒表面共生細(xì)菌與條件致病菌之間的相互作用中起著關(guān)鍵作用，過量糖分的攝入，會導(dǎo)致牙齒表面細(xì)菌胞外聚合物（extracellular polymeric substances, EPS）大量產(chǎn)生，同時還會酸化與齲齒相關(guān)的生物膜微環(huán)境。致病菌，如變異鏈球菌，因其能夠生成大量EPS，代謝碳水化合物成為有機(jī)酸，并在酸性條件下生存，可在高糖的口腔微環(huán)境中大量繁殖，形成誘發(fā)齲齒的生物膜，最終導(dǎo)致齲齒。而共生細(xì)菌，如口腔鏈球菌，可通過產(chǎn)生大量H2O2以破壞致病菌的生物膜，維持牙齒健康。然而在高糖環(huán)境下，致病菌由于大量繁殖，代謝水平提高，會進(jìn)一步加劇有機(jī)酸的積累，致使口腔微環(huán)境對H2O2的敏感性大幅下降，致病菌生物膜難以破壞，嚴(yán)重危害牙齒健康。
因此，結(jié)合誘發(fā)齲齒的生物膜具有高糖、酸性微環(huán)境的特點，賓夕法尼亞大學(xué)David P. Cormode和Hyun Koo設(shè)計并合成了一種核-殼型復(fù)合納米材料（Dex-IONP-GOx），在葡聚糖（Dex）修飾的氧化鐵納米顆粒（IONP）表面共價結(jié)合葡萄糖氧化酶（GOx）。一方面，GOx催化致齲生物膜中大量存在的葡萄糖產(chǎn)生H2O2；另一方面，具有類過氧化物酶活性的Dex-IONP在酸性條件下可催化H2O2，在局部產(chǎn)生活性氧物種（reactive oxygen species，ROS），起到有效殺菌并降解EPS基質(zhì)的作用。研究發(fā)現(xiàn)， Dex-IONP-GOx能選擇性結(jié)合變異鏈球菌，相較于對共生細(xì)菌，對變異鏈球菌的殺傷作用更強(qiáng)，因而能夠有效破壞致病菌的生物膜。與目前標(biāo)準(zhǔn)口服抗菌劑（洗必泰）相比，Dex-IONP-GOx能更有效地減少齲齒的發(fā)展，且不會對周圍軟組織和胃腸道微生物產(chǎn)生有害影響。
圖文導(dǎo)讀
圖4. Dex-IONP-GOx對于生物膜相關(guān)的口腔疾病的體內(nèi)治療效果。（a-c）根據(jù)齲損嚴(yán)重程度，采用Larson修正Keyes評分系統(tǒng)基于牙齒表面記錄齲損評分；（d）所有樣本中發(fā)現(xiàn)的主要細(xì)菌屬的熱圖分析；（e）主要細(xì)菌屬的豐富度和多樣性分析；（f）加權(quán)Unifrac主坐標(biāo)分析（PCoA）；（g）Dex-IONP-GOx中預(yù)測通路的脊圖分析；（h）Dex-IONP-GOx參與的糖代謝相關(guān)的通路分析。
總結(jié)與展望
本工作利用口腔齲齒相關(guān)生物膜的微環(huán)境特點，合成了一種具有雙酶活性的復(fù)合納米材料。其中，葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖產(chǎn)生H2O2，而具有類過氧化物酶活性的氧化鐵納米顆粒在酸性條件下催化H2O2產(chǎn)生ROS，破壞致病菌的生物膜，起到靶向殺傷作用，有效治療齲齒，維護(hù)口腔健康。
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