光動力療法對種植體表面去污作用的研究進展

趙子慕 周健 于艷春 林海燕

種植體周圍炎（Peri-implantitis）是一類種植術(shù)后常見的慢性炎癥反應(yīng)，會引起種植體周圍軟硬組織的炎性損傷和邊緣骨丟失，如未及時治療可導(dǎo)致種植體松動甚至脫落［1］，治療的關(guān)鍵在于根除致病細(xì)菌和清除種植體表面的污染［2］。種植體表面去污的傳統(tǒng)治療方式主要為機械清創(chuàng)和藥物治療。然而，由于種植體表面特殊的形態(tài)特征，僅用上述方法無法徹底去除菌斑生物及致病菌［3］。光動力療法（photodynamictherapy，PDT）是將光源和光敏劑結(jié)合起來，通過產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）以殺死細(xì)菌微生物［4］，因其具有微創(chuàng)、副作用小、耐藥性弱等優(yōu)勢，近年來作為一項細(xì)菌感染的無創(chuàng)手術(shù)輔助治療方法受到廣泛關(guān)注。本文對PDT的作用機制及其在種植體表面去污中的應(yīng)用作一綜述。

1 PDT的作用機制

PDT的基本要素包括三個部分：光源、光敏劑和分子氧。通過用低頻激光照射光敏劑，激發(fā)單重基態(tài)光敏劑分子電子躍遷至高能電子軌道，直至達(dá)到三重激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)的光敏劑非常不穩(wěn)定，在回到基態(tài)的過程中就會發(fā)射熒光和釋放熱量，除此之外還會與氧分子碰撞，產(chǎn)生I型和II型光動力反應(yīng)。其中，主要是II 型光化學(xué)反應(yīng)，碰撞后光敏劑直接將能量轉(zhuǎn)移給氧，生成以單線態(tài)氧為主的ROS，單線態(tài)氧是一種高效氧化生物大分子，可引誘細(xì)胞自噬、凋亡甚至壞死［5］。而在I型光動力反應(yīng)中，則通過轉(zhuǎn)移電子或氫原子，產(chǎn)生自由基后，再與氧作用產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性生物的羥基自由基等ROS，造成細(xì)胞損傷［6］。

1.1 PDT的光源 PDT中光源使用的是低頻激光，常選波長為630～980 nm，光源的選擇（包括波長、輸出功率和照射時間）取決于光敏劑的吸收峰值。常見的激光有Nd：YAG激光（800～1,100 nm）、半導(dǎo)體激光（800～980 nm）、氬激光（488～514 nm）、氦激光（633 nm）、CO2激光（10.6μm）和Er，Cr∶YSGG激光（2,780 nm）等。這些激光具有一定殺菌作用，可以作用于普通器械達(dá)不到的部位，如較深的牙周袋甚至種植體表面螺紋的細(xì)微結(jié)構(gòu)等［7］。有體外和動物實驗證實，激光可有效去除種植體表面的污染層此［8-10］。由于PDT通過游離氧和羥基自由基來發(fā)揮殺菌作用，產(chǎn)生耐藥的可能性很小。其中，半導(dǎo)體激光因其體積小，且?guī)в锌蓮澢墓饫w，還能重復(fù)工作，操作靈活，價格低廉，作為牙科激光器為人們所普遍接受，應(yīng)用廣泛［11］。

1.2 PDT的光敏劑 （1）血卟啉單甲醚（hematoporphyrinmonomethyl ether，HMME）：血卟啉是第一代也是最早被用于臨床治療的光敏劑，由SCHWARTZ等從粗血卟啉中一步步進行純化而得到，雖然具有較好的光敏效應(yīng)和靶向性，但存在半衰期長、副作用大、不易穿透深層組織等缺陷［12］。HMME作為第二代光敏劑，在20世紀(jì)90年代由許德余等［13］通過對血卟啉的層析分離處理得到，與第一代相比半衰期較短、毒副作用較弱、結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，常被用來治療葡萄酒色斑（portwine stain，PWS）［14］，在抗菌治療方面的效果也較好［15-17］。有學(xué)者觀察HMME介導(dǎo)的低頻低強度超聲對成熟穩(wěn)定的金黃色葡萄球菌的影響，發(fā)現(xiàn)低頻超聲與HMME同時作用是提高生物膜滲透性的最有效途徑。（2）吩噻嗪類光敏劑：是陽離子二代光敏劑，其中廣泛使用的有兩種，即亞甲基藍(lán)和甲苯胺藍(lán)，兩者的理化性質(zhì)較為接近，但甲苯胺藍(lán)殺滅G+/G-菌的能力比亞甲基藍(lán)更強［18］。亞甲基藍(lán)是目前已知唯一能抑制活性物質(zhì)和細(xì)胞因子過量產(chǎn)生的藥物，在PDT中具有體外抗病毒活性，在非光動力學(xué)實驗中具有抗菌、抗寄生蟲活性，可有效治療瘧疾、尿路感染等［19］，也被認(rèn)為是一種很有前途的治療新型冠狀病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）的藥物［20］。THESNAAR等［21］研究證實，亞甲基藍(lán)對金黃色葡萄球菌、表皮葡萄桿菌、大腸桿菌、肺炎大腸桿菌、腸母菌和白霉菌都具有一定抗菌活性，尤其是金黃色葡萄球菌和肺炎球菌。（3）赤蘚紅：赤蘚紅和綠色LED光源PDT可以有效去除附著在可吸收噴砂介質(zhì)和噴砂、大顆粒、酸蝕（sand blasting，large particles，acid etching，SLA）鈦表面的聚集放線菌生物膜［22］。赤蘚紅和花青素-3-葡萄糖苷作為光敏劑在PDT中可以有效消除牙齦卟啉單胞菌生物膜［23］。（4）其他：第三代光敏劑在上一代的基礎(chǔ)上進行化學(xué)修飾，如用透明質(zhì)酸修飾富勒烯，增強靶向性的同時還提高了單線性氧的產(chǎn)生率，使光動力作用于更深層的組織［24］。另有一些則與聚合物形成納米粒子，可以提高PTD的效率。石墨烯量子點作為一種特殊類型的納米晶體，在與姜黃素結(jié)合后，對種植體周圍游離細(xì)菌和菌斑生物膜都表現(xiàn)出高效的抑制作用。此外，也可以通過在生物膜的形成過程中減少基因輸入的表達(dá)，從而減少菌斑生物膜的形成［25］。

2 PDT對菌斑生物膜的應(yīng)用

為有效去除種植體表面菌斑微生物，許多學(xué)者進行了一系列的研究，現(xiàn)從體外和體內(nèi)研究兩方面來介紹。

2.1 體外研究 是通過在鈦片/鈦盤上模擬種植體表面的理化特征，然后培養(yǎng)正常人口腔內(nèi)混合菌群或在種植體周圍炎時高表達(dá)的菌群，以此作為體外研究實驗的模型。然而，種植體在口內(nèi)與鈦片/鈦盤模擬環(huán)境終究是存在一定的差異，故只能作為補充證明。TOSATO等［26］研究發(fā)現(xiàn)，亞甲基藍(lán)介導(dǎo)的PDT與過氧化氫的聯(lián)合作用可以顯著減少糞便桿菌和銅綠磷酸。還有研究發(fā)現(xiàn)，與單獨治療相比，氯己定凝膠或過氧化氫與PDT結(jié)合在根除SLA鈦盤上的金黃色葡萄球菌方面更有效。由此可見，消毒劑和PDT聯(lián)合使用可能是治療種植體周圍炎的有效方法。由于PDT的抗菌機制與ROS的產(chǎn)生有關(guān)，因此在過氧化氫存在的微環(huán)境中氧濃度升高可以增強抗菌潛力，而氯己定凝膠會引發(fā)鈣的增加，Ca2+的流出也會觸發(fā)ROS的生產(chǎn)。此外，過氧化氫的氧化發(fā)泡作用會破壞細(xì)菌的生物膜結(jié)構(gòu)，使微生物進一步吸收光敏劑，而氯己定凝膠與細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)合也可提高光敏劑的滲透性，并提高PDT的效率［27］。ETEMADI等［28］通過評價在SLA鈦盤上聚集放線菌生物膜后PDT的治療效果，發(fā)現(xiàn)PDT可明顯去除SLA鈦盤表面形成的放線菌菌斑生物膜。因此，PDT可作為一種安全、無創(chuàng)的種植體表面去污方法。

2.2 體內(nèi)研究 則是通過臨床實驗或動物實驗得出結(jié)論，結(jié)論更具有參考性。WANG等［29］隨機選擇受試者1∶1接受PDT或不接受PDT（PDT使用甲苯胺藍(lán)和635 nm激光進行），結(jié)果顯示PDT聯(lián)合機械清創(chuàng)可顯著改善種植周圍炎患者的種植體周圍菌斑指數(shù)（periimplant plaque index，PLI）、溝出血指數(shù)（sulcus bleeding index，SBI），重要的是PDT比單純機械清創(chuàng)能更好地改善臨床附著喪失（clinical attachment loss，CAL）。RAKASEVIC等［30］將52例種植體周圍炎患者分為兩組，研究組用PDT對種植體表面進行去污處理，對照組用氯己定凝膠加0.9%的氯化鈉溶液沖洗，結(jié)果顯示PDT組探診出血較氯己定凝膠組明顯減少，植入物表面的厭氧菌被徹底清除。因此，在種植體周圍炎的治療中，PDT可作為一種外科輔助治療方法，用于清除種植體表面及周圍組織的感染。

3 小結(jié)與展望

隨著人民生活水平的提高，種植義齒以其舒適、美觀以及能夠更好恢復(fù)咀嚼功能等優(yōu)勢得到了很多牙齒缺失患者的青睞。研究表明，種植體周圍炎的發(fā)生率在1%～47%［31］，其中的差異主要取決于研究設(shè)計、風(fēng)險因素和樣本量的分布，但不可否認(rèn)種植體周圍炎的治療已成為口腔種植亟須解決的問題。

種植體表面的微生物定植和生物膜形成在種植體周圍炎的發(fā)生、進展中起著關(guān)鍵作用［32］。因此去除菌斑生物膜（去污）就顯得尤為重要。然而，由于種植體表面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)形態(tài)及特性，進行有效的去污十分困難。比如，機械清創(chuàng)很難徹底清除菌斑且容易破壞種植體表面涂層［33］，而抗菌藥物（氯己定凝膠和過氧化氫）不僅不能破壞細(xì)菌生物膜，而且在高濃度或長期暴露時對細(xì)胞有毒性，長期使用易造成口腔菌群失調(diào)［34］。

PDT作為一種新型的微創(chuàng)療法，通過低頻激光與光敏劑發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的ROS可殺滅細(xì)菌、滅活細(xì)菌內(nèi)毒素、改變脂多糖的生物活性等［35］，對口腔細(xì)菌性疾病的治療有良好的效果。相較于傳統(tǒng)治療手段，PDT還具有低毒副作用、不引起耐藥菌株、微創(chuàng)、可在同一部位重復(fù)操作等特點，能夠最大限度保存功能、保持美觀，逐漸成為口腔傳染病治療的一種很有前途的去污技術(shù)。但PDT無法清除大塊的結(jié)石，故而不能代替機械清創(chuàng)在種植體周圍炎治療中的作用。研究顯示，機械清創(chuàng)、抗菌藥物沖洗、PDT、手術(shù)治療的聯(lián)合運用可以起到顯著協(xié)同效應(yīng)［36-37］。

也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，PDT對種植體周圍炎有一定療效，可以改善PLI、SBI、CAL、松動度等各項臨床指標(biāo)，但從長期療效來看，PDT聯(lián)合機械清創(chuàng)并不能獲得優(yōu)于單純機械潔治以及藥物治療的效果［38］。也有研究指出，PDT輔助機械清創(chuàng)治療種植體周圍炎與單純機械清創(chuàng)的臨床效果無異［39］。

種植體周圍炎的治療在口腔種植修復(fù)中表現(xiàn)出越來越重要的作用，種植體表面去污作為治療中的重要一環(huán)，目前臨床常用的治療方法局限于機械清創(chuàng)、局部藥物處理及手術(shù)治療，且這些治療方法均存在不足，PDT能為種植體表面去污提供新思路，為臨床治療決策提供新指導(dǎo)。