研究背景:牙周病是一种最常见的口腔慢性疾病,它由牙齿表面附着的菌斑引起,受宿主自身调节,最终导致口腔结缔组织破坏,骨组织吸收,严重时可导致牙齿脱落。由于菌斑是牙周病发生发展的始动因素,因此牙周病防护的首要目标是抑制在牙体表面聚集滞留的牙周病相关细菌生物膜。然而口腔作为一个复杂的多细菌共生环境,其自身的特性导致实现这一目标变的更加困难。对于顽固的细菌生物膜,传统的治疗方法为应用抗生素和机械清创治疗。由于特殊的生理结构如深的牙周袋或是不平整的根面结构,使得机械清创的效果达不到预期。同时,由于抗生素的滥用,细菌耐药Torin 1浓度性的增强使牙周病的治疗更加困难。因此,纳米药物及新兴的抗菌策略如光动力治疗(Photodynamical Therapy,PDT),化学动力治疗(Chemodynamical Therapy,CDT)等的出现极大促进了牙周病的防护与治疗。但单一模式的抗菌策略在对抗细菌生物膜都有自身的缺陷。例如,单一光动力治疗可以产生多种活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS),表现出很好的杀菌作用,但对于成熟的细菌生物膜而言,ROS很难深入其内部从而起到杀菌作用。虽然单一的化学动力治疗可以使羟基自由基(·OH)作用于细菌生物膜内部,但在应对顽固的细菌感染时同样受到限制,比如炎症环境中H_2O_2的浓度较低,从而无法高效的催化羟基自由基的产生,严重阻碍了其对细菌感染的治疗寻找更多效果。因此,迫切需要开发一种将多模式抗菌策略集成于一体的纳米药物,达到高效的抗细菌生物膜及杀灭游离细菌的效果,从而更有效的治疗顽固的牙周疾病。实验目的:制备一种由硫化铜(Cu S)与硫化锰(Mn S)形成的孪晶纳米粒子(Cu S/Mn S)作为核心,并在外包覆二氧化锰(Mn O_2)形成复合纳米粒子(Cu S/Mn S@Mn O_2)。通过体内和体外实验研究其在牙周细菌感染性疾病的治疗中抗细菌生物膜及杀灭游离细菌的效果。实验方法:1.采用改良一步水热法合成六方形片状孪晶纳米粒子(Cu S/Mn S),并通过氧化还原反应对其进行修饰从而包覆二氧化锰(Mn O_2)。2.通过扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),紫外光谱,X射线衍射图(XRD),X射线光电子光谱学(XPS),紫外可见分光光度仪(UV-Vis)等手段对纳米复合物进行表征。3.通过体外实验(红外光热相机,电感耦合等离子体光谱发射光谱学,荧光染色和溶氧仪)评价了Cu S/Mn S@Mn O_2的材料性能,包括光热转换能力,·OH生成能力,以及产氧能力。4.通过体外实验(CCK-8,细胞染色法和RTCA),体内实验(重要组织器官苏木精伊红染色法)和血溶性实验评价了Cu S/Mn S@Mn O_2的生物安全性和细胞毒性。5.通过体外实验(活/死染色,菌落形成单位计数,生物膜代谢活性和荧光原位杂交)探究了Cu S/Mn S@Mn O_2对多种细菌(致病菌牙龈卟啉单胞菌10(Porphyromonas gingivalis,P.gingivalis),具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum,F.nucleatum)和非致病菌戈登链球菌(early life infectionsStreptococcus gordonii,S.gordonii))所形成的多菌种生物膜及内部细菌的杀灭能力。通过荧光染色实验评价了Cu S/Mn S@Mn O_2对细菌胞外DNA的清除作用。通过实时聚合酶链式反应(Real Time-Polymerase Chain Reaction,RT-PCR)评价Cu S/Mn S@Mn O_2的对细菌毒力因子的调控作用。6.通过体内实验(牙龈组织苏木精伊红染色,马松染色,免疫荧光染色)评价了Cu S/Mn S@Mn O_2对于牙周病的治疗效果及通过杀菌引起的炎症因子的变化。结果:1.Cu S/Mn S孪晶中铜,锰均匀分布在六方形框架内,二氧化锰(Mn O_2)均匀的包覆在六方形孪晶外层,形成了稳定的复合纳米结构。2.Cu S/Mn S@Mn O_2具有良好的光热性能,光热转换率高达37.4%。并且,可以通过Mn~(2+)触发CDT过程生成高水平的·OH。重要的是,光热作用展现出对CDT过程良好的促进作用。同时,生理条件下通过Mn O_2层分解过氧化氢释放大量氧气。3.Cu S/Mn S@Mn O_2具有优异的生物相容性,当药物浓度低于15μg m L~(-1)时,不具有明显的细胞毒性。4.在体外抗菌实验中,Cu S/Mn S@Mn O_2实验组CFU降低约四个数量级。同时,对多菌种生物膜表现出良好的清除作用。5.在体内牙周病模型实验中,Cu S/Mn S@Mn O_2纳米复合物可以有效杀死细菌病原体,促进宿主自身免疫调节,缓解局部炎症状态。结论:本研究开发了一种多功能协同集成纳米平台(Cu S/Mn S@Mn O_2)。核心Cu S/Mn S孪晶可以有效地实现光热转换和原位热量传递。光热效应不仅消散了细菌生物膜,还增强了Mn~(2+)介导的CDT过程。同时,产生的·OH可以破坏细菌生物膜的重要成分(e DNA),并与PTT形成有效的协同效应以消除顽固的细菌生物膜。此外,外壳Mn O_2层可以通过产生大量O_2缓解局部缺氧微环境并调节口腔微生物的菌种变化。这项工作为PTT/CDT/O_2协同治疗牙周炎提供了新的策略,并可能在其他厌氧菌引起的感染性疾病中表现出优异的潜力。