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陕师大杨鹏教授和天津医大张旭教授《Adv. Mater. 》:基于类淀粉样蛋白聚集的牙敏感脱敏剂
2019-09-28  来源:高分子科技

  牙齿最外层的牙釉质在咀嚼、刷牙等长期机械作用力下会发生磨损、磨耗,而且随着年龄增长及口腔卫生维护不佳等会导致牙龈萎缩,这些情况都会使牙本质暴露。而牙本质上大量的牙本质小管暴露后,外界刺激(如冷、热、酸、机械作用)会导致牙本质小管内液体流动,刺激牙髓神经并使人感到尖锐短暂的疼痛,形成牙本质敏感。据统计,超过40%的成年人患有不同程度的牙本质敏感。而封闭暴露的牙本质小管是治疗牙本质敏感的有效方法。针对这一病症特点,一系列商用产品例如极固宁脱敏剂(Green Or@)、Gluma 脱敏剂@、劲润牙本质保护膜@等已经应用到临床治疗中。但这些产品只能覆盖牙本质表面,根据患者反映疗效只能维持数月,无法长期脱敏。同时,目前脱敏剂经常忽视的一个问题是由于现有产品不能抵抗深入牙本质小管内部的细菌粘附,容易诱发牙髓炎。

  针对以上问题,陕西师范大学杨鹏教授团队和天津医科大学口腔医学院张旭教授团队提出了利用淀粉样蛋白粘附体系在牙本质及牙本质小管内部制备活性涂层,并诱导牙本质再矿化来封闭牙本质小管,从而治疗牙本质敏感的新策略。在杨鹏教授课题组之前的工作中证明溶菌酶(lysozyme)可以在二硫键还原剂Tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP) 作用下发生快速淀粉样转变 (Adv. Mater. 2016, 28, 7414;Biomater. Sci. 2018, 6, 836)并粘附在多种基材表面形成涂层。但这一过程会产生较大聚集体,不利于应用于牙本质小管内部。因此,在本工作中,亲水性的聚乙二醇(PEG)分子被共价接枝到溶菌酶分子上(lyso-PEG),从而抑制解折叠溶菌酶之间的疏水作用力,得到富含lyso-PEG淀粉样寡聚体的乳液体系。实验中发现,通过简单浸涂或喷涂即可在多种基材(有机、无机和金属)形成lyso-PEG寡聚体涂层,实现对材料表界面的简单快速改性(图1)。另外,通过涂抹或模拟漱口lyso-PEG乳液也证明了lyso-PEG涂层可以简单快速的附着在牙本质小管内部(2分钟左右)。通过石英微晶天平测试可知,相对于天然lyso-PEG分子和传统溶菌酶淀粉样纤维,lyso-PEG寡聚体具有更高的粘弹性,这说明淀粉样蛋白的初级产物也许是淀粉样蛋白粘附的重要因素(图2)。

图1。 Lyso-PEG淀粉样寡聚体乳液制备及其在材料快速表面改性中的应用。

图2. 通过涂抹和模拟漱口即可在牙本质小管内形成lyso-PEG涂层。

  由于PEG分子是共价接枝在溶菌酶分子上。因此,当lyso-PEG涂层形成时,PEG分子也被固定在基材表面形成PEG聚合物刷,这为涂层提供了抗污染性能的基础。通过实验发现,蛋白质基底赋予涂层丰富的电荷从而使涂层抗污染性能进一步提升(图3)。当涂层在牙本质上形成时,可以有效抵御口腔细菌粘附并防止生物膜的形成(图4)。

图3. Lyso-PEG涂层抗污染性能。

图4. Lyso-PEG涂层涂覆的牙本质可以抵御细菌粘附。

  除了PEG分子外,蛋白质分子上大量的氨基羧基可以螯合钙离子从而为牙本质再矿化提供了成核位点。根据体外实验可知, lyso-PEG涂覆的牙本质可以在牙本质小管内部再矿化,在7天后形成大量的羟基磷灰石晶体并封闭牙本质小管(图5)。从断面扫描电镜图片可知封闭深度可达60微米,是目前文献报道最深的封闭深度。另外,通过气密性实验可知,即使经过模拟刷牙和超声处理后,再矿化牙本质同样具有很好的气密性。这也说明了较深的封闭深度可以保证牙本质小管的封闭稳定性,从而达到长期脱敏的目的(图6)。另外,通过动物实验也证明了lyso-PEG涂层可以在体内有效的抵御细菌粘附,并诱导牙本质再矿化而深入封闭牙本质小管。

图5. 牙本质的体外矿化。

图6. 再矿化牙本质有较深的封闭深度以及气密性测试比较。

图7. 牙本质的体内再矿化。

  综上,本工作为治疗牙本质敏感提供了新方法。由于此方法操作简单、温和、性能良好、生物相容性好,已经申请国家专利(申请号:201811647134.7)并进行产业化评估,有望应用于实际临床治疗中。以上工作在线发表在材料学权威期刊Adv. Mater.(先进材料)上。共同第一作者为李琛卢丹阳,共同通讯作者为陕西师范大学杨鹏教授和天津医科大学张旭教授,陕西师范大学为第一单位。该课题得到了国家自然科学基金委(no. 21875132, 51673112)等项目的资助。

  陕西师范大学化学化工学院杨鹏课题组组建于2012年底,隶属于应用表面与胶体化学教育部重点实验室。主要致力于基于蛋白质类淀粉样组装的多功能仿生界面材料基础和应用研究。已在Chem. Rev. (1)、Adv. Mater. (5)、Nature Commun (1)、J. Am. Chem. Soc. (1)、Angew. Chem. Int. Ed. (2)、Adv. Funct. Mater. (2)、ACS Nano (1) 等权威期刊发表综述和研究论文六十余篇。

  论文信息:

  Chen Li, Danyang Lu, Jingjing Deng, Prof. Xu Zhang, Prof. Peng Yang,

Amyloid-like Rapid Surface Modification for Antifouling and In-depth Remineralization of Dentine Tubules to Treat Dental Hypersensitivity。 Adv。 Mater。 2019, 

  https://doi。org/10。1002/adma。201903973

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(责任编辑:xu)
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