牙周炎是世界范围内最普遍的慢性病之一，并且随着年龄的增长而患病率增加。慢性牙周炎伴随着过度炎症反应会导致牙齿支持组织（包括牙龈、牙周韧带和牙槽骨）的持续性破坏。严重的牙周炎可能会导致牙齿脱落，甚至诱发其他全身性疾病。临床上，往往通过传统的机械清创技术在局部抗生素治疗的帮助下进行手术干预以根除牙周细菌。而临床治疗具有耗时、成本高、复发率高等缺点的同时，器械干预也会阻碍牙周组织再生。抗生素，即使是新一代的抗生素，也存在抗菌活性窄、耐药性以及细菌生物膜失效。因此，治疗牙周炎迫切需要一种非手术和无抗生素的治疗方案，以快速根除口腔病原体并有效加速牙周组织修复。
因此，天津大学吴水林教授、MIT张兴才研究员、湖北大学刘香梅联合提出一种2D MOF光动力离子治疗牙周炎的方案。通过ALD设计了一种原子层Fe2O3修饰的二维卟啉MOF(CuTCPP)系统(CuTCPP- Fe2O3)，将其掺入聚乙二醇基质中以形成光响应软膏。在化学上，这种策略是激发ALD工程MOF的通用合成方法，以优化MOF的功能。理论计算揭示了通过能量演化途径和电荷转移增强异质界面光动力活性的机制，这使得这种表面工程化的二维MOF异质结通过局部活性氧（ROS）和释放离子的协同作用对多种口腔病原体具有广泛的抗菌活性。从生物技术的角度来看，这种光动力离子疗法由于减轻炎症和促进血管生成，比报道过的牙周炎临床治疗表现出更好的治疗效果。这项工作可能成为通过光动力离子疗法治疗牙周炎等疾病的潜在方案。该工作以“2D MOF Periodontitis Photodynamic Ion Therapy”为题发表在化学领域顶刊《JACS》上。
基于2D MOF异质结的软膏通过光动力离子疗法有效治疗牙周炎的示意图。
该工作中涉及的光动力离子疗法的抗菌机制是基于光催化性能和离子释放行为的结果，通过光动力和离子治疗的协同作用进行抗菌实验。660nm的光照快速产生ROS(1O2)将破坏细菌膜，并增加其渗透性。同时，释放出的离子（Cu2+和Fe3+）会迅速穿透受损的细菌膜进入细菌体内，导致细菌代谢紊乱。ROS和释放离子的协同作用为广谱抗菌策略在牙周炎治疗中具有巨大潜力。结果显示，CuTCPP-Fe2O3组对牙龈卟啉单胞菌（99.87±0.09%）、具核梭菌（99.57±0.21%）和金黄色葡萄球菌（99.03±0.24%）表现出更高的杀菌效率。
ROS与释放离子协同作用的光动力离子治疗抗菌机制示意图。
制备聚乙二醇基的CuTCPP-Fe2O3软膏使抗菌材料具有一定的粘附力。为了比较CuTCPP-Fe2O3软膏与临床抗生素治疗的疗效，选择米诺环素和万古霉素（Min+Van）作为阳性对照。28天后评价牙槽骨丧失的相应程度显示CuTCPP-Fe2O3组(0.21±0.03mm)的牙骨质界和牙槽骨嵴距离小于对照组 (0.66±0.05mm)Min+Van组(0.39±0.06mm)。结果充分验证了CuTCPP-Fe2O3的治疗效果明显优于临床抗生素治疗（Min+Van）。此外，在对照组中观察到大量中性粒细胞，表现出严重的细菌感染。相比之下，Min+Van和CuTCPP-Fe2O3组的中性粒细胞数量明显少于对照组，表明细菌感染减少。而CuTCPP-Fe2O3组的炎症反应最小，表明CuTCPP-Fe2O3在体内具有有效的抗菌能力。CuTCPP-Fe2O3组的胶原沉积水平也高于对照组和Min+Van组，初步表明CuTCPP-Fe2O3对牙周炎具有优异的组织修复能力和较高的血管生成活性。
牙周炎治疗。
相比之下，这项工作中2D MOF光动力离子疗法的治疗策略具有高抗菌活性、快速减轻炎症、改善血管生成以加速组织修复等优势。因此，这种多功能纳米材料在牙周炎治疗的临床应用和生物医学应用方面展现出一定的潜力。
文章来源：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c07875
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