納米載藥系統(tǒng)防治齲病和牙周病的研究進(jìn)展

江婭玲 馮明業(yè) 程磊

口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 華西口腔醫(yī)院牙體牙髓病科（四川大學(xué)），成都 610041

納米載藥系統(tǒng)防治齲病和牙周病的研究進(jìn)展

江婭玲 馮明業(yè) 程磊

口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 華西口腔醫(yī)院牙體牙髓病科（四川大學(xué)），成都 610041

齲病和牙周病是嚴(yán)重危害口腔健康的常見(jiàn)慢性感染性疾病，菌斑生物膜中的細(xì)菌是其始動(dòng)因子。由于口腔獨(dú)特的生理、解剖等特點(diǎn)，化學(xué)藥物作為牙菌斑控制方法之一在口腔應(yīng)用中面臨巨大挑戰(zhàn)。納米載藥系統(tǒng)是運(yùn)用納米技術(shù)而產(chǎn)生的一系列粒徑在納米級(jí)的新型微小載藥系統(tǒng)，具有靶向性、緩釋性、生物降解等顯著優(yōu)點(diǎn)，在齲病和牙周病的防治中具有很多優(yōu)勢(shì)。本文就近年來(lái)納米載藥系統(tǒng)防治齲病和牙周病的研究進(jìn)展作一綜述。

納米載藥系統(tǒng)； 齲?。?牙周??； 牙菌斑； 納米粒子

齲病和牙周病是人類口腔兩大類最常見(jiàn)的慢性感染性疾病，不僅嚴(yán)重影響患者的口腔健康，同時(shí)也是全身多種疾病的危險(xiǎn)因素。菌斑生物膜中的細(xì)菌是齲病和牙周病的始動(dòng)因子。由于口腔獨(dú)特的生理、解剖等特點(diǎn)，有效清除菌斑生物膜、減少細(xì)菌的黏附與聚集目前仍面臨巨大的挑戰(zhàn)，因此有關(guān)改善口腔抗菌材料、抗菌藥物的抗菌性能的研究也一直沒(méi)有停止過(guò)，各種新型抗菌措施也層出不窮[1]。

近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米載藥系統(tǒng)作為一種新型的控釋體系，以其靶向定位、緩釋作用、高載藥量、納米級(jí)別尺寸等優(yōu)越的性能在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景[2]。納米載藥系統(tǒng)是利用納米技術(shù)將載體材料與藥物一起制成粒徑大小為1～1 000 nm的藥物傳輸系統(tǒng)[3]，載體材料通常為天然或合成高分子材料，根據(jù)材料類型可分為納米粒子、納米纖維、脂質(zhì)體、樹(shù)枝狀大分子等。本文就近年來(lái)納米載藥系統(tǒng)的特點(diǎn)、納米載藥系統(tǒng)作用機(jī)制、抗菌效果等方面在齲病和牙周病防治中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 納米粒子

納米粒子是指通過(guò)將藥物分散、包封、吸附于納米粒子上以改變所載藥物動(dòng)力學(xué)、體內(nèi)分布以及藥物釋放等特性的一種載藥系統(tǒng)，根據(jù)制備方法的不同可制成納米球、納米囊等。納米粒子載藥可提高藥物傳輸?shù)挠行?、增?qiáng)藥物的生物利用度，是近年來(lái)在齲病和牙周病防治中研究最為廣泛的一種納米載藥系統(tǒng)，前期研究中已將多種抗菌藥物利用納米粒子進(jìn)行了載藥研究。

1.1 納米粒子載藥系統(tǒng)在齲病治療中的應(yīng)用

齲病的主要病理過(guò)程為牙菌斑生物膜中的細(xì)菌代謝碳水化合物產(chǎn)酸，造成牙體硬組織脫礦。將抗菌成分如氯己定、氟化物等加入復(fù)合樹(shù)脂從而發(fā)揮其抑制繼發(fā)齲的作用是近年來(lái)復(fù)合樹(shù)脂改性研究的一個(gè)熱點(diǎn)[4]，納米粒子載藥系統(tǒng)可顯著提高抗菌藥物的抗菌性能，在復(fù)合樹(shù)脂改性方面有極大的應(yīng)用潛能；同時(shí)一些納米粒子載體巧妙利用了口腔微環(huán)境，為齲病的防治提供了新的方向。

1.1.1 氯己定 氯己定是一種表面活性劑，可以吸附在細(xì)菌胞漿膜的滲透屏障，使胞內(nèi)物質(zhì)漏出，具有較強(qiáng)的廣譜抑菌、殺菌作用，廣泛應(yīng)用于口腔疾病的治療中。Zhang等[5]成功將氯己定（62.9%）載入介孔二氧化硅納米粒子，并對(duì)氯己定（0%、3%、5%、6.3%）直接加入復(fù)合樹(shù)脂、含有等效氯己定含量的載藥納米粒子加入復(fù)合樹(shù)脂二者的機(jī)械性能及抗菌性能進(jìn)行了對(duì)比研究。研究發(fā)現(xiàn)：雖然二者對(duì)變異鏈球菌和干酪乳桿菌在樹(shù)脂材料表面的生長(zhǎng)均有抑制作用，但由于后者納米粒子對(duì)氯己定的包封作用，氯己定呈現(xiàn)緩釋的特點(diǎn)因而其抗菌作用更持久。水老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，直接將5%氯己定加入復(fù)合樹(shù)脂2周后樹(shù)脂表面形成許多深達(dá)5 μm的空洞，嚴(yán)重影響復(fù)合樹(shù)脂的撓曲強(qiáng)度，而相應(yīng)含載氯己定納米粒子的復(fù)合樹(shù)脂表面只是略微粗糙，且其撓曲強(qiáng)度也下降的較少。另一通過(guò)介孔二氧化硅納米粒子載氯己定的研究[6]也表明該載藥納米粒子對(duì)幾種代表性口腔細(xì)菌浮游及生物膜狀態(tài)均有高效生長(zhǎng)抑制作用。

Kim等[7]采用人血清白蛋白納米粒子通過(guò)去溶劑化技術(shù)包封氯己定，并將該載藥納米粒子（50～300 nm）加入商品化的基于甲基丙烯酸甲酯的樹(shù)脂。研究發(fā)現(xiàn)，該納米粒子可均勻的分布于樹(shù)脂中，并在4周內(nèi)持續(xù)性緩慢釋放氯己定；瓊脂擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)證實(shí)，與單純使用該樹(shù)脂相比，含有載氯己定納米粒子的樹(shù)脂對(duì)變異鏈球菌具有更強(qiáng)的抑制作用，并且抗菌效果隨濃度的增加而增強(qiáng)；撓曲強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)顯示，與商品化樹(shù)脂相比，含有載氯己定納米粒子復(fù)合樹(shù)脂的機(jī)械性能無(wú)顯著性差異。

1.1.2 法尼醇 法尼醇是在蜂膠中發(fā)現(xiàn)的一種具有防齲作用的天然產(chǎn)物，可以通過(guò)抑制變異鏈球菌生物膜聚集、阻礙糖代謝而減少胞外多糖產(chǎn)量發(fā)揮防齲作用[8]。牙菌斑生物膜中細(xì)菌代謝碳水化合物產(chǎn)酸，菌斑基質(zhì)的屏障作用使酸性產(chǎn)物在局部積累、pH值降低。Horev等[9]利用牙菌斑生物膜中pH值較低這一特點(diǎn)研究出一種新型的pH敏感納米載藥系統(tǒng)，并以法尼醇作為抗菌藥物對(duì)其性能作了進(jìn)一步研究。作為載體的納米粒子是一種典型的殼/核結(jié)構(gòu)：帶正電荷的外殼聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯使該納米粒子對(duì)牙菌斑生物膜包裹的羥磷灰石有高度的結(jié)合力，甲基丙烯酸二甲胺乙酯、甲基丙烯酸丁酯、2-丙基丙烯酸的聚合物構(gòu)成疏水性、pH敏感的內(nèi)核。當(dāng)牙菌斑生物膜中pH值下降后，載體納米粒子中甲基丙烯酸二甲胺乙酯和2-丙基丙烯酸迅速質(zhì)子化，降低了納米粒子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，藥物法尼醇被釋放出來(lái)。這種載法尼醇納米粒子對(duì)變異鏈球菌生物膜的破壞作用比游離法尼醇強(qiáng)4倍；生物膜穩(wěn)定性的下降使得在剪切應(yīng)力作用下生物膜可有效地被清除。同時(shí)嚙齒類動(dòng)物齲病模型臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該載藥納米粒子可有效減少齲病的發(fā)生率和嚴(yán)重程度。該種新型pH敏感納米載藥系統(tǒng)充分利用了牙菌斑生物膜內(nèi)微環(huán)境的變化，在增強(qiáng)抗菌藥物有效性方面具有極大的應(yīng)用潛力。

Chen等[10]用能結(jié)合于生物礦物的分子—阿侖膦酸鈉（alendronate，ALN）改性生物相容性普朗尼克共聚物鏈終端，設(shè)計(jì)出一種能結(jié)合于牙面的納米膠粒。以法尼醇對(duì)該納米膠粒進(jìn)行的載藥研究表明，由于載體納米粒子帶負(fù)電荷，能迅速（＜1 min）結(jié)合于羥磷灰石片并逐漸釋放出內(nèi)部所載藥物法尼醇，其緩釋作用可持續(xù)48 h以上；與對(duì)照組相比，經(jīng)此種載藥納米膠粒作用后的羥磷灰石片對(duì)變異鏈球菌生物膜具有更強(qiáng)的抑制作用。

1.2 納米粒子載藥系統(tǒng)在牙周病治療中的應(yīng)用

牙周病是發(fā)生在牙周支持組織的慢性、非特異性、感染性炎疾病，目前牙周病的治療方法主要包括基礎(chǔ)治療（如刮治術(shù)、根面平整術(shù)）和手術(shù)治療兩大類。在某些牙周疾病如侵襲性牙周炎、伴全身疾病的牙周炎等或有器械不易到達(dá)的感染部位（如深而復(fù)雜牙周袋、根分叉處等）單純應(yīng)用機(jī)械性治療難以取得滿意療效時(shí)，需輔助應(yīng)用藥物治療。然而由于牙周袋內(nèi)齦溝液清除作用常導(dǎo)致藥物流失，為了達(dá)到有效的抑菌濃度通常需使用大劑量的抗菌藥物，但不良反應(yīng)、細(xì)菌對(duì)抗生素的耐藥性等問(wèn)題也隨之產(chǎn)生。局部緩釋給藥一直都是牙周局部藥物治療的研究熱點(diǎn)，而納米粒子載藥因其緩釋、靶向等特點(diǎn)在牙周病藥物治療方面顯示出很大的優(yōu)勢(shì)。1.2.1 米諾環(huán)素 米諾環(huán)素是牙周病常用的局部輔助治療藥物。Yao等[11]報(bào)道了生物可降解聚乙二醇聚乳酸納米粒子載米諾環(huán)素，并研究了該載米諾環(huán)素納米粒子的抗菌效果。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)納米粒子中米諾環(huán)素呈現(xiàn)持續(xù)性釋放的特性；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，局部應(yīng)用后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物齦溝液中米諾環(huán)素的濃度下降緩慢，并且有效藥物濃度可以維持長(zhǎng)達(dá)12 d。

1.2.2 布洛芬 布洛芬是應(yīng)用廣泛的一種芳基烷酸類非甾體抗炎藥，局部應(yīng)用后可顯著改善牙齦炎癥狀況，有效抑制牙槽骨吸收，同時(shí)還能減低全身用藥引起的不良反應(yīng)。賈玉榮等[12]通過(guò)納米沉淀技術(shù)制備了負(fù)載布洛芬的納米粒新型溫敏凝膠，研究發(fā)現(xiàn)：制備的納米粒具有良好的生物完全性和緩慢釋藥功能，體外釋放布洛芬可持續(xù)32 d以上，藥物累積釋放量達(dá)85%，其抗炎效果明顯優(yōu)于布洛芬水溶液。

2 納米纖維

納米纖維為直徑在50～500 nm的超微細(xì)纖維，具有高比表面積、高孔隙率、優(yōu)越的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能及高軸向強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。納米纖維可用于改善復(fù)合樹(shù)脂機(jī)械性能[13]。而隨著近年來(lái)靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展，電紡納米纖維在牙周組織引導(dǎo)性組織再生（guided tissue regeneration，GTR）中的研究更為人們所關(guān)注，其中研究應(yīng)用最多的電紡原料是聚酯類，如聚羥基乙酸（polyglycolic acid，PGA）、聚乳酸（polylactic acid，PLA）、聚己內(nèi)酯（polycaprolactone，PCL）等，合成的納米纖維可以是其單一的聚合物，也可以是多種聚合物的復(fù)合體。

GTR是牙周病治療中一種重要的技術(shù)，其中屏障膜材料是GTR手術(shù)的核心。通過(guò)靜電紡絲技術(shù)合成的納米纖維膜不僅具有良好的生物相容性、優(yōu)異的屏障功能，同時(shí)還可將甲硝唑等牙周治療藥物封載于其中，幫助控制牙周致病菌，消除炎性反應(yīng)，協(xié)同促進(jìn)牙周組織再生。Bottino等[14]設(shè)計(jì)制備了一種新型的納米纖維GTR膜功能梯度材料，該材料由一個(gè)核心層和兩個(gè)表面層組成：核心層由一層丙交酯己內(nèi)酯聚合物[poly（DL-lactide-co-ε-caprolactone），PLCL]膜和包被在其外的蛋白質(zhì)/聚合物復(fù)合材料PLCL︰PLA︰凝膠（gelatin，GEL）構(gòu)成，表面層面向骨缺損一側(cè)由PLCL︰GEL和納米羥磷灰石（nanohydroxyapatite，n-HAP）（10%）構(gòu)成，表面層面向上皮組織一側(cè)由PLA︰GEL和甲硝唑（25%）構(gòu)成。此功能梯度材料利用了PLCL和PLA的良好機(jī)械性能與生物降解性，而n-HA的加入能夠增強(qiáng)骨誘導(dǎo)性，甲硝唑能抑制牙周病原菌，從而使該納米載藥纖維在GTR中有良好的應(yīng)用前景。

此外，由于納米纖維具有優(yōu)良的生物相容性及可降解吸收性，前期還有研究[15]將其作為細(xì)胞支架材料用于牙周組織工程中。研究表明，正常牙周膜細(xì)胞、成骨細(xì)胞等吸附于納米纖維支架后，細(xì)胞可牢固貼附并充分伸展，同時(shí)實(shí)驗(yàn)中還觀察到細(xì)胞增殖旺盛并可分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)，推測(cè)其可用于牙周組織的創(chuàng)傷修復(fù)和功能重建等方面。

3 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體指將藥物包封于層狀相控脂質(zhì)雙分子層內(nèi)而形成的微型囊泡。Gregoriadis等[16]首次將脂質(zhì)體用作藥物載體。脂質(zhì)體可包封脂溶性藥物或水溶性藥物，由于藥物被脂質(zhì)體包封后具有靶向性、緩釋性、組織親和性等優(yōu)點(diǎn)，脂質(zhì)體作為抗癌、抗菌、抗炎等藥物載體以及用于基因傳遞一直被廣泛研究。在齲病及牙周病防治中，脂質(zhì)體載藥可誘導(dǎo)鈣、磷等礦物質(zhì)沉淀于牙體硬組織表面而促進(jìn)礦化；包封脂溶性或水溶性的抗菌藥物作用于菌斑生物膜。最新研究[17]發(fā)現(xiàn)，除脂質(zhì)體所載藥物的作用外，一種新型的果膠涂層脂質(zhì)體載體自身可持久的吸附于釉質(zhì)表面從而實(shí)現(xiàn)對(duì)釉質(zhì)的保護(hù)。

4 樹(shù)枝狀大分子

樹(shù)枝狀大分子是樹(shù)枝形聚合物的一種，是一類新型的高度支化、具有三維結(jié)構(gòu)的納米高分子。樹(shù)枝狀大分子內(nèi)部有空腔，可以包埋藥物；外部具有大量的官能團(tuán)，可以與各種藥物或其他功能基團(tuán)進(jìn)行鍵合，因此被認(rèn)為是一種理想的藥物輸送載體[18]。其中聚酰胺-胺型（polyamidoamine，PAMAM）樹(shù)枝狀大分子是研究最多也是研究最為成熟的樹(shù)枝狀大分子，其具有很好的生物相容性，無(wú)免疫原性，末端帶功能化基團(tuán)，可用來(lái)結(jié)合靶向或客體分子，也可通過(guò)對(duì)其修飾得到更有效的樹(shù)枝狀大分子。

末端基團(tuán)改性PAMAM樹(shù)枝狀聚合物誘導(dǎo)牙體硬組織仿生礦化是近年來(lái)PAMAM研究的一大熱點(diǎn)，前期報(bào)道通過(guò)對(duì)PAMAM末端基團(tuán)改性而使其能誘導(dǎo)脫礦牙本質(zhì)再礦化[19]。Wu等[20]研究還證實(shí)，將ALN結(jié)合于PAMAM-COOH末端還可誘導(dǎo)釉質(zhì)的原位再礦化。同時(shí)，作為樹(shù)枝狀大分子中的一種，PAMAM可作為許多藥物的運(yùn)載體，從而在齲病防治中賦予其抗菌及促礦化的雙重功能。Zhou等[21]通過(guò)PAMAMCOOH載三氯生研究發(fā)現(xiàn)，三氯生的釋放模式與PAMAM-COOH包封藥物的能力及牙本質(zhì)再礦化的程度有關(guān)。同時(shí)，PAMAM-COOH不僅可提高三氯生的抗菌效果，還可促進(jìn)脫礦牙本質(zhì)的礦化，且再生的羥磷灰石與天然牙本質(zhì)具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。除仿生礦化外，Eichler等[22]的研究還發(fā)現(xiàn)末端改性PAMAM可有效防止細(xì)菌在牙體組織或生物材料表面的黏附，干擾生物膜的形成過(guò)程。

綜上所述，納米載藥系統(tǒng)在防治齲病和牙周病中應(yīng)用廣泛，并且基于牙菌斑生物膜內(nèi)微環(huán)境的變化以及齲病和牙周病特殊的病因、病理過(guò)程，一些特殊的納米載藥系統(tǒng)也逐漸被研發(fā)，顯示出納米載藥系統(tǒng)在齲病和牙周病的防治中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。然而，納米載藥系統(tǒng)防治齲病和牙周病的療效以及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)還需要長(zhǎng)期的臨床研究來(lái)證實(shí)。

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（本文編輯 杜冰）

Research progress on a nanodrug delivery system for prevention and control of dental caries and periodontal diseases

Jiang Yaling, Feng Mingye, Cheng Lei. (State Key Laboratory of Oral Diseases, Dept. of Operative Dentistry and Endodontics, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, Chengdu 610041, China)
Supported by: The International Science and Technology Cooperation Program of China (2014DFE30180); The Youth Grant of the Science and Technology Department of Sichuan Province, China (2014JQ0033).

Dental caries and periodontal diseases are common chronic infectious diseases that cause serious damage to oral health. Bacteria is the primary factor leading to such conditions. As a dental plaque control method, chemotherapeutic agents face serious challenges in dental care because of the specifi c physiological and anatomical characteristics of the oral cavity. Nanodrug delivery system is a series of new drug delivery systems at nanoscale, and it can target cells, promote sustainedrelease effects, and enhance biodegradation. This review focuses on research progress on nanodrug delivery systems for prevention and control of dental caries and periodontal diseases.

nanodrug delivery system; dental caries; periodontal diseases; dental plaque; nanoparticles

R 78

A

10.7518/hxkq.2017.01.017

2016-01-15；

2016-11-15

國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目（2014DFE30180）；四川省青年科技基金（2014JQ0033）

江婭玲，碩士，E-mail：jiangyaling0204@163.com

程磊，教授，博士，E-mail：chengleidentist@163.com

Correspondence: Cheng Lei, E-mail: chengleidentist@163.com.