纳米载药系统防治龋病和牙周病的研究进展

江娅玲 冯明业 程磊

口腔疾病研究国家重点实验室 华西口腔医院牙体牙髓病科（四川大学），成都 610041

纳米载药系统防治龋病和牙周病的研究进展

江娅玲 冯明业 程磊

口腔疾病研究国家重点实验室 华西口腔医院牙体牙髓病科（四川大学），成都 610041

龋病和牙周病是严重危害口腔健康的常见慢性感染性疾病，菌斑生物膜中的细菌是其始动因子。由于口腔独特的生理、解剖等特点，化学药物作为牙菌斑控制方法之一在口腔应用中面临巨大挑战。纳米载药系统是运用纳米技术而产生的一系列粒径在纳米级的新型微小载药系统，具有靶向性、缓释性、生物降解等显著优点，在龋病和牙周病的防治中具有很多优势。本文就近年来纳米载药系统防治龋病和牙周病的研究进展作一综述。

纳米载药系统； 龋病； 牙周病； 牙菌斑； 纳米粒子

龋病和牙周病是人类口腔两大类最常见的慢性感染性疾病，不仅严重影响患者的口腔健康，同时也是全身多种疾病的危险因素。菌斑生物膜中的细菌是龋病和牙周病的始动因子。由于口腔独特的生理、解剖等特点，有效清除菌斑生物膜、减少细菌的黏附与聚集目前仍面临巨大的挑战，因此有关改善口腔抗菌材料、抗菌药物的抗菌性能的研究也一直没有停止过，各种新型抗菌措施也层出不穷[1]。

近年来，随着纳米技术的发展，纳米载药系统作为一种新型的控释体系，以其靶向定位、缓释作用、高载药量、纳米级别尺寸等优越的性能在生物医学领域展现出广阔的应用前景[2]。纳米载药系统是利用纳米技术将载体材料与药物一起制成粒径大小为1～1 000 nm的药物传输系统[3]，载体材料通常为天然或合成高分子材料，根据材料类型可分为纳米粒子、纳米纤维、脂质体、树枝状大分子等。本文就近年来纳米载药系统的特点、纳米载药系统作用机制、抗菌效果等方面在龋病和牙周病防治中的研究进展作一综述。

1 纳米粒子

纳米粒子是指通过将药物分散、包封、吸附于纳米粒子上以改变所载药物动力学、体内分布以及药物释放等特性的一种载药系统，根据制备方法的不同可制成纳米球、纳米囊等。纳米粒子载药可提高药物传输的有效性、增强药物的生物利用度，是近年来在龋病和牙周病防治中研究最为广泛的一种纳米载药系统，前期研究中已将多种抗菌药物利用纳米粒子进行了载药研究。

1.1 纳米粒子载药系统在龋病治疗中的应用

龋病的主要病理过程为牙菌斑生物膜中的细菌代谢碳水化合物产酸，造成牙体硬组织脱矿。将抗菌成分如氯己定、氟化物等加入复合树脂从而发挥其抑制继发龋的作用是近年来复合树脂改性研究的一个热点[4]，纳米粒子载药系统可显著提高抗菌药物的抗菌性能，在复合树脂改性方面有极大的应用潜能；同时一些纳米粒子载体巧妙利用了口腔微环境，为龋病的防治提供了新的方向。

1.1.1 氯己定 氯己定是一种表面活性剂，可以吸附在细菌胞浆膜的渗透屏障，使胞内物质漏出，具有较强的广谱抑菌、杀菌作用，广泛应用于口腔疾病的治疗中。Zhang等[5]成功将氯己定（62.9%）载入介孔二氧化硅纳米粒子，并对氯己定（0%、3%、5%、6.3%）直接加入复合树脂、含有等效氯己定含量的载药纳米粒子加入复合树脂二者的机械性能及抗菌性能进行了对比研究。研究发现：虽然二者对变异链球菌和干酪乳杆菌在树脂材料表面的生长均有抑制作用，但由于后者纳米粒子对氯己定的包封作用，氯己定呈现缓释的特点因而其抗菌作用更持久。水老化实验结果显示，直接将5%氯己定加入复合树脂2周后树脂表面形成许多深达5 μm的空洞，严重影响复合树脂的挠曲强度，而相应含载氯己定纳米粒子的复合树脂表面只是略微粗糙，且其挠曲强度也下降的较少。另一通过介孔二氧化硅纳米粒子载氯己定的研究[6]也表明该载药纳米粒子对几种代表性口腔细菌浮游及生物膜状态均有高效生长抑制作用。

Kim等[7]采用人血清白蛋白纳米粒子通过去溶剂化技术包封氯己定，并将该载药纳米粒子（50～300 nm）加入商品化的基于甲基丙烯酸甲酯的树脂。研究发现，该纳米粒子可均匀的分布于树脂中，并在4周内持续性缓慢释放氯己定；琼脂扩散实验证实，与单纯使用该树脂相比，含有载氯己定纳米粒子的树脂对变异链球菌具有更强的抑制作用，并且抗菌效果随浓度的增加而增强；挠曲强度和抗张强度实验显示，与商品化树脂相比，含有载氯己定纳米粒子复合树脂的机械性能无显著性差异。

1.1.2 法尼醇 法尼醇是在蜂胶中发现的一种具有防龋作用的天然产物，可以通过抑制变异链球菌生物膜聚集、阻碍糖代谢而减少胞外多糖产量发挥防龋作用[8]。牙菌斑生物膜中细菌代谢碳水化合物产酸，菌斑基质的屏障作用使酸性产物在局部积累、pH值降低。Horev等[9]利用牙菌斑生物膜中pH值较低这一特点研究出一种新型的pH敏感纳米载药系统，并以法尼醇作为抗菌药物对其性能作了进一步研究。作为载体的纳米粒子是一种典型的壳/核结构：带正电荷的外壳聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯使该纳米粒子对牙菌斑生物膜包裹的羟磷灰石有高度的结合力，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构成疏水性、pH敏感的内核。当牙菌斑生物膜中pH值下降后，载体纳米粒子中甲基丙烯酸二甲胺乙酯和2-丙基丙烯酸迅速质子化，降低了纳米粒子的结构稳定性，药物法尼醇被释放出来。这种载法尼醇纳米粒子对变异链球菌生物膜的破坏作用比游离法尼醇强4倍；生物膜稳定性的下降使得在剪切应力作用下生物膜可有效地被清除。同时啮齿类动物龋病模型临床实验结果显示，该载药纳米粒子可有效减少龋病的发生率和严重程度。该种新型pH敏感纳米载药系统充分利用了牙菌斑生物膜内微环境的变化，在增强抗菌药物有效性方面具有极大的应用潜力。

Chen等[10]用能结合于生物矿物的分子—阿仑膦酸钠（alendronate，ALN）改性生物相容性普朗尼克共聚物链终端，设计出一种能结合于牙面的纳米胶粒。以法尼醇对该纳米胶粒进行的载药研究表明，由于载体纳米粒子带负电荷，能迅速（＜1 min）结合于羟磷灰石片并逐渐释放出内部所载药物法尼醇，其缓释作用可持续48 h以上；与对照组相比，经此种载药纳米胶粒作用后的羟磷灰石片对变异链球菌生物膜具有更强的抑制作用。

1.2 纳米粒子载药系统在牙周病治疗中的应用

牙周病是发生在牙周支持组织的慢性、非特异性、感染性炎疾病，目前牙周病的治疗方法主要包括基础治疗（如刮治术、根面平整术）和手术治疗两大类。在某些牙周疾病如侵袭性牙周炎、伴全身疾病的牙周炎等或有器械不易到达的感染部位（如深而复杂牙周袋、根分叉处等）单纯应用机械性治疗难以取得满意疗效时，需辅助应用药物治疗。然而由于牙周袋内龈沟液清除作用常导致药物流失，为了达到有效的抑菌浓度通常需使用大剂量的抗菌药物，但不良反应、细菌对抗生素的耐药性等问题也随之产生。局部缓释给药一直都是牙周局部药物治疗的研究热点，而纳米粒子载药因其缓释、靶向等特点在牙周病药物治疗方面显示出很大的优势。1.2.1 米诺环素 米诺环素是牙周病常用的局部辅助治疗药物。Yao等[11]报道了生物可降解聚乙二醇聚乳酸纳米粒子载米诺环素，并研究了该载米诺环素纳米粒子的抗菌效果。体外实验证实纳米粒子中米诺环素呈现持续性释放的特性；动物实验发现，局部应用后，实验动物龈沟液中米诺环素的浓度下降缓慢，并且有效药物浓度可以维持长达12 d。

1.2.2 布洛芬 布洛芬是应用广泛的一种芳基烷酸类非甾体抗炎药，局部应用后可显著改善牙龈炎症状况，有效抑制牙槽骨吸收，同时还能减低全身用药引起的不良反应。贾玉荣等[12]通过纳米沉淀技术制备了负载布洛芬的纳米粒新型温敏凝胶，研究发现：制备的纳米粒具有良好的生物完全性和缓慢释药功能，体外释放布洛芬可持续32 d以上，药物累积释放量达85%，其抗炎效果明显优于布洛芬水溶液。

2 纳米纤维

纳米纤维为直径在50～500 nm的超微细纤维，具有高比表面积、高孔隙率、优越的结构力学性能及高轴向强度等优点。纳米纤维可用于改善复合树脂机械性能[13]。而随着近年来静电纺丝技术的发展，电纺纳米纤维在牙周组织引导性组织再生（guided tissue regeneration，GTR）中的研究更为人们所关注，其中研究应用最多的电纺原料是聚酯类，如聚羟基乙酸（polyglycolic acid，PGA）、聚乳酸（polylactic acid，PLA）、聚己内酯（polycaprolactone，PCL）等，合成的纳米纤维可以是其单一的聚合物，也可以是多种聚合物的复合体。

GTR是牙周病治疗中一种重要的技术，其中屏障膜材料是GTR手术的核心。通过静电纺丝技术合成的纳米纤维膜不仅具有良好的生物相容性、优异的屏障功能，同时还可将甲硝唑等牙周治疗药物封载于其中，帮助控制牙周致病菌，消除炎性反应，协同促进牙周组织再生。Bottino等[14]设计制备了一种新型的纳米纤维GTR膜功能梯度材料，该材料由一个核心层和两个表面层组成：核心层由一层丙交酯己内酯聚合物[poly（DL-lactide-co-ε-caprolactone），PLCL]膜和包被在其外的蛋白质/聚合物复合材料PLCL︰PLA︰凝胶（gelatin，GEL）构成，表面层面向骨缺损一侧由PLCL︰GEL和纳米羟磷灰石（nanohydroxyapatite，n-HAP）（10%）构成，表面层面向上皮组织一侧由PLA︰GEL和甲硝唑（25%）构成。此功能梯度材料利用了PLCL和PLA的良好机械性能与生物降解性，而n-HA的加入能够增强骨诱导性，甲硝唑能抑制牙周病原菌，从而使该纳米载药纤维在GTR中有良好的应用前景。

此外，由于纳米纤维具有优良的生物相容性及可降解吸收性，前期还有研究[15]将其作为细胞支架材料用于牙周组织工程中。研究表明，正常牙周膜细胞、成骨细胞等吸附于纳米纤维支架后，细胞可牢固贴附并充分伸展，同时实验中还观察到细胞增殖旺盛并可分泌大量细胞外基质，推测其可用于牙周组织的创伤修复和功能重建等方面。

3 脂质体

脂质体指将药物包封于层状相控脂质双分子层内而形成的微型囊泡。Gregoriadis等[16]首次将脂质体用作药物载体。脂质体可包封脂溶性药物或水溶性药物，由于药物被脂质体包封后具有靶向性、缓释性、组织亲和性等优点，脂质体作为抗癌、抗菌、抗炎等药物载体以及用于基因传递一直被广泛研究。在龋病及牙周病防治中，脂质体载药可诱导钙、磷等矿物质沉淀于牙体硬组织表面而促进矿化；包封脂溶性或水溶性的抗菌药物作用于菌斑生物膜。最新研究[17]发现，除脂质体所载药物的作用外，一种新型的果胶涂层脂质体载体自身可持久的吸附于釉质表面从而实现对釉质的保护。

4 树枝状大分子

树枝状大分子是树枝形聚合物的一种，是一类新型的高度支化、具有三维结构的纳米高分子。树枝状大分子内部有空腔，可以包埋药物；外部具有大量的官能团，可以与各种药物或其他功能基团进行键合，因此被认为是一种理想的药物输送载体[18]。其中聚酰胺-胺型（polyamidoamine，PAMAM）树枝状大分子是研究最多也是研究最为成熟的树枝状大分子，其具有很好的生物相容性，无免疫原性，末端带功能化基团，可用来结合靶向或客体分子，也可通过对其修饰得到更有效的树枝状大分子。

末端基团改性PAMAM树枝状聚合物诱导牙体硬组织仿生矿化是近年来PAMAM研究的一大热点，前期报道通过对PAMAM末端基团改性而使其能诱导脱矿牙本质再矿化[19]。Wu等[20]研究还证实，将ALN结合于PAMAM-COOH末端还可诱导釉质的原位再矿化。同时，作为树枝状大分子中的一种，PAMAM可作为许多药物的运载体，从而在龋病防治中赋予其抗菌及促矿化的双重功能。Zhou等[21]通过PAMAMCOOH载三氯生研究发现，三氯生的释放模式与PAMAM-COOH包封药物的能力及牙本质再矿化的程度有关。同时，PAMAM-COOH不仅可提高三氯生的抗菌效果，还可促进脱矿牙本质的矿化，且再生的羟磷灰石与天然牙本质具有相同的晶体结构。除仿生矿化外，Eichler等[22]的研究还发现末端改性PAMAM可有效防止细菌在牙体组织或生物材料表面的黏附，干扰生物膜的形成过程。

综上所述，纳米载药系统在防治龋病和牙周病中应用广泛，并且基于牙菌斑生物膜内微环境的变化以及龋病和牙周病特殊的病因、病理过程，一些特殊的纳米载药系统也逐渐被研发，显示出纳米载药系统在龋病和牙周病的防治中具有非常广阔的应用前景。然而，纳米载药系统防治龋病和牙周病的疗效以及相关风险还需要长期的临床研究来证实。

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（本文编辑 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

国家国际科技合作专项项目（2014DFE30180）；四川省青年科技基金（2014JQ0033）

江娅玲，硕士，E-mail：jiangyaling0204@163.com

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

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