黑磷纳米片水凝胶用于牙本质过敏的光热和生物矿化治疗
研究背景： 牙本质过敏症（Dentinhypersensitivity，DH）表现为受刺激时剧烈牙痛，去除刺激后疼痛缓解。温度（冷和热）、化学刺激（酸和甜）、机械作用（摩擦和咀嚼）都会刺激牙齿并导致短暂的牙痛。据报道，41.9%的18-35岁欧洲人因牙齿刺激而产生牙痛。DH是由于牙釉质的完整性被破坏，牙本质暴露而引起的各种牙科疾病的常见症状。目前，越来越多的脱敏策略被应用于封闭暴露的牙本质小管并消除DH患者的牙痛，例如基于离子或蛋白质沉淀、仿生再矿化、神经阻滞或光生物调节等治疗策略。然而，目前的脱敏剂耐酸性、耐摩擦性和稳定性较差，无法获得令人满意的治疗效果。其中，光生物调节主要采用低强度激光封闭牙本质小管。激光脱敏治疗操作简单，具有立竿见影的脱敏效果，激光通过加热和融化牙本质表面形成双层牙本质小管结构，以减小暴露的牙本质小管的直径，还可以蒸发牙本质小管液并在牙本质小管中沉积不溶性盐，从而减少牙本质小管液的运动。然而，牙本质表面温度过高会导致牙本质裂纹、胶原纤维降解和口腔软组织灼伤，这大大限制了激光的应用。为了避免牙本质表面裂纹形成和胶原纤维降解，激光协同脱敏剂以提高脱敏效率是研究者关注的热点。 近年来，光热剂（Photothermalagents，PTAs）吸收光能并将其转化为热能的特点在牙科治疗领域引起了广泛关注。光热疗法（Photothermaltherapy，PTT）被认为是一种根除口腔内变形链球菌菌落的新型治疗策略，对于治疗各种病因引起的龋齿具有重要意义。在治疗过程中，PTT具有微创性、无耐药性、低全身毒性等特点，且仅在近红外（Near-infrared，NIR）激光的作用和PTAs的存在下才会产生光热效应。鉴于PTAs良好的吸光度和良好的生物相容性，越来越多的有机和无机PTAs被提出。与无机制剂相比，有机制剂具有良好的生物降解性和易于肾脏清除的特点，具有重现性好、合成改性、制剂可控等特点。然而，PTAs较低的光热转换效率特性限制了治疗效果。BP具有良好的生物相容性和高光热转换效率，已被广泛应用于PTT领域。甲基丙烯酸酐化明胶（MethacrylateGelatin，GelMA）具有多孔结构，孔隙结构有利于药物、营养物质和气体的扩散，这对于药物和离子释放具有重要意义。同时，GelMA在牙髓干细胞再生、成骨分化等领域广泛报道，GelMA诱导钙沉积的能力将有利于无机羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）的形成。由于牙本质的主要成分为HA，GelMA的诱导钙沉积能力对于促进牙本质表面矿化物的形成具有重要意义。因此，我们设计在GelMA水凝胶上负载黑磷（BlackPhosphorus，BP）纳米片形成GelMA/BP水凝胶。合成的GelMA/BP水凝胶仍然保持稳定的光热效果，将光能转换成热能从而实现牙本质小管直径的缩小，除此之外，GelMA/BP水凝胶不断释放的磷离子形成磷酸根，从环境中不断结合钙离子，促进牙本质表面矿化物的形成，通过原位给药，在牙本质小管内特异性沉积，稳定的封闭牙本质小管。因此，结合GelMA和BP的PTAs作为光热和生物矿化平台将在DH治疗发展中发挥重要作用，具有潜在的临床实用性。 实验目的： 我们通过光交联形成了一种GelMA和BP结合的生物混合水凝胶，作为PTT和生物矿化及降解平台的牙科组织工程应用。此外，我们系统地进行了体外和体内DH脱敏治疗实验，以评估GelMA/BP水凝胶在NIR激光（808nm）照射下作为可生物矿化和PTT平台在DH治疗中的效果。 实验方法： 1.采用液体剥离法合成BP纳米片。 2.采用光交联形成GelMA/BP水凝胶。 3.通过场发射扫描电子显微镜（FieldEmissionScanningElectronMicroscope，FE-SEM），透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscopy，TEM），马尔文粒度仪，电感耦合等离子体质谱（InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry，ICP-MS），拉曼光谱等手段对BP纳米片及GelMA/BP水凝胶进行表征。 4.通过流变及万能试验机进行GelMA/BP水凝胶力学性能测试。 5.通过NIR照射BP及GelMA/BP水凝胶表面并在红外热像仪的监测下评估BP及GelMA/BP水凝胶的光热性能。 6.通过体内外脱敏实验评估GelMA/BP水凝胶对DH的治疗效果并探究其脱敏机制。通过挑战实验评估牙本质薄片脱敏治疗后的耐酸性、耐摩擦性和稳定性。 7.通过大鼠（SD）体内实验评估GelMA/BP水凝胶的脱敏效果及牙髓组织在治疗过程中的反应。 结果： 1.通过液体剥离法获得粒径约为190.10nm、电势约为-21.60mV的BP纳米片。通过光交联获得了具有孔隙结构、溶胀和降解性能、持续释放磷离子的GelMA/BP水凝胶。 2.通过力学性能实验，成功筛选出所制备的实验样品中强度最优的、可应用于脱敏治疗的GelMA/BP水凝胶。 3.通过光热性能检测证实了BP纳米片及GelMA/BP水凝胶具有良好的光热转换性能。 4.通过体外和体内实验证实了GelMA/BP水凝胶可以在一定程度上封闭开放的牙本质小管，未见牙髓组织明显损伤。 结论： 我们通过光交联形成了一种GelMA和BP结合的生物混合GelMA/BP水凝胶，作为光热和生物矿化及降解平台应用于DH治疗。在NIR激发下，复合水凝胶将光能转换为热能作用于牙本质表面，促使开放的牙本质小管直径缩小，同时水凝胶不断降解和离子扩散，促进了牙本质表面矿化物的合成，为脱敏治疗提供了有效途径。
牙本质过敏症;黑磷纳米片;光热疗法;生物矿化治疗
吉林大学
硕士
口腔临床医学
张丛笑
2023
中文
R781.2
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）