納米粒子遞藥系統(tǒng)在牙周炎局部藥物治療中應(yīng)用的研究進(jìn)展

張新堅(jiān)，張斌

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院硬組織發(fā)育與再生實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱（150001）

牙周炎是牙周組織的慢性炎癥，會(huì)導(dǎo)致牙周韌帶和牙槽骨的逐步破壞、牙周附著喪失。除了機(jī)械手段的基礎(chǔ)治療外，在臨床上常輔以抗菌治療來(lái)減少牙菌斑中的牙周致病菌［1］。然而，選擇合適的抗菌藥物以及適當(dāng)?shù)倪f藥途徑非常重要。納米粒子能夠?qū)⒖咕幬餃?zhǔn)確地傳遞到目標(biāo)部位，受到了廣泛的關(guān)注。納米粒子的高電荷密度使它們能夠與帶負(fù)電荷的細(xì)菌表面更大程度地相互作用，從而增強(qiáng)了抗菌活性。納米粒子遞藥系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是尺寸小，改善了細(xì)胞膜的跨膜運(yùn)輸，可以將藥物輸送到細(xì)胞內(nèi)的特定區(qū)域；同時(shí)還可以改善藥物溶解性、穩(wěn)定性和安全性，擁有廣闊的應(yīng)用前景［2］。本文就納米粒子遞藥系統(tǒng)在牙周局部抗菌及抗炎藥物中的應(yīng)用進(jìn)展作一綜述。

1 牙周炎的致病機(jī)制

牙周組織的炎癥是牙菌斑生物膜中的微生物與宿主免疫反應(yīng)之間相互作用的結(jié)果，宿主免疫反應(yīng)在牙周炎的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用，決定著疾病的進(jìn)展和嚴(yán)重程度。當(dāng)炎癥發(fā)生時(shí)，如果宿主免疫反應(yīng)作用是有效的，炎癥并不一定會(huì)導(dǎo)致牙周炎的發(fā)展。但是，宿主免疫反應(yīng)不足或失控，會(huì)激活高反應(yīng)或低反應(yīng)性炎癥通路，導(dǎo)致口腔內(nèi)菌群穩(wěn)態(tài)的破壞，大量的中性粒細(xì)胞聚集，巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的活化，從而導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)的破壞，產(chǎn)生各種細(xì)胞毒性物質(zhì)（如活性氧）以及引起牙槽骨破骨細(xì)胞的吸收。這種廣泛的宿主免疫反應(yīng)的降解產(chǎn)物又可以作為致病細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)一步促進(jìn)牙周炎的發(fā)展［3］。因此，除了常規(guī)的機(jī)械以及抗菌輔助治療外，應(yīng)用可調(diào)節(jié)宿主炎癥反應(yīng)的藥物治療牙周炎也是一種重要的治療方法，稱為宿主調(diào)節(jié)療法［4］。這種療法旨在拮抗免疫反應(yīng)的促炎性軸，增加調(diào)節(jié)性免疫反應(yīng)；該療法通常需要不斷使用抗菌藥，以確保在牙周組織內(nèi)保證足夠的藥物濃度。

2 納米粒子遞藥系統(tǒng)及其在牙周治療中的應(yīng)用

納米粒子是直徑在10～1 000 nm之間的分散狀或固體顆粒。與其他種類的遞藥系統(tǒng)相比，納米粒子遞藥系統(tǒng)在其生物藥學(xué)和藥代動(dòng)力學(xué)特性上都具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。抗生素、蛋白類藥物以及核酸都能被吸附或溶解在納米粒子中，并實(shí)現(xiàn)藥物的靶向及控釋作用［5］。納米粒子還可以保護(hù)藥物并改善其溶解性，提高藥物的穩(wěn)定性和安全性。此外，納米粒子還可以模擬細(xì)胞外基質(zhì)，促進(jìn)牙周組織的再生修復(fù)［6］。納米粒子遞藥系統(tǒng)主要包括脂質(zhì)體、聚合物納米粒子、無(wú)機(jī)納米粒子、樹(shù)枝狀大分子等。

2.1 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是一層或多層脂質(zhì)雙分子層包裹的囊泡結(jié)構(gòu)，主要由磷脂、膽固醇和水組成，已被廣泛用于生物醫(yī)學(xué)研究和臨床應(yīng)用。脂質(zhì)體的兩親性使其成為有效捕獲疏水性和親水性藥物的靶向釋藥載體［7］。Liu等［8］制備了鹽酸米諾環(huán)素納米脂質(zhì)體，通過(guò)將藥物遞送至巨噬細(xì)胞中的相應(yīng)位點(diǎn)，并將負(fù)載藥物釋放到巨噬細(xì)胞中，顯著抑制巨噬細(xì)胞分泌腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα，TNF-α）。與對(duì)照組的鹽酸米諾環(huán)素溶液相比，鹽酸米諾環(huán)素納米脂質(zhì)體對(duì)巨噬細(xì)胞分泌TNF-α的抑制作用更強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間也更長(zhǎng)。Di等［9］設(shè)計(jì)了能夠穿透牙本質(zhì)小管的亞微米脂質(zhì)體。當(dāng)脂質(zhì)體囊泡被磁化并受到外部磁場(chǎng)的作用時(shí)，能滲透到牙本質(zhì)小管中。這種潛在的基于脂質(zhì)體的遞藥系統(tǒng)能夠提高抗生素治療牙周炎的療效。Hu等［10］設(shè)計(jì)了一種新型pH響應(yīng)性季銨殼聚糖脂質(zhì)體納米粒子，其能夠良好地抑制菌斑生物膜形成以及混合菌群增殖，并且與人牙周韌帶成纖維細(xì)胞之間也表現(xiàn)良好的生物相容性。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，pH響應(yīng)性季銨殼聚糖脂質(zhì)體納米粒子還能抑制牙槽骨的吸收。Ko等［11］合成了帶正電荷的二油基三甲胺丙烷和棕櫚酰油基磷脂酰膽堿修飾的脂質(zhì)體，通過(guò)脂質(zhì)體將光敏劑傳遞到牙周病原體牙齦卟啉單胞菌表面，借助光敏劑的光動(dòng)力增強(qiáng)細(xì)胞毒性，減少病原細(xì)菌的數(shù)量。

脂質(zhì)體的主要缺點(diǎn)包括藥物泄漏、成本高以及缺乏物理和化學(xué)穩(wěn)定性。磷脂中不飽和脂肪酸和酯基可能會(huì)產(chǎn)生氧化和水解樣反應(yīng)。脂質(zhì)體的這些缺點(diǎn)可以通過(guò)使用其他組分修飾囊泡來(lái)改善。

2.2 聚合物納米粒子

聚合物納米粒子的直徑范圍為10～1 000 nm，根據(jù)制備方法的不同，主要分為兩類：納米膠囊和納米球。納米膠囊可以將藥物包裹在被聚合物外殼包圍的空穴中；而納米球僅由一種聚合物結(jié)構(gòu)組成，是一種基質(zhì)系統(tǒng)。聚合物納米載體的優(yōu)點(diǎn)是其良好的親水性、親脂性、生物降解性及生物相容性，其中殼聚糖納米粒子是最常被研究的一種用于治療牙周疾病的納米載體，其本身就是一種具有強(qiáng)大抗菌活性的納米載體［12］。

殼聚糖由于表面帶正電荷，可以與帶負(fù)電荷的分子（例如基于DNA的藥物和siRNA）形成穩(wěn)定的復(fù)合物，這些復(fù)合物可以通過(guò)內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞。Ma等［13］制備了殼聚糖納米粒子作為siRNA的載體用于治療牙周炎。在小鼠切牙齦溝內(nèi)局部注射牙齦卟啉單胞菌脂多糖（Pg-LPS）建立小鼠牙周炎模型，然后將siRNA/殼聚糖納米粒子進(jìn)行腹腔注射。結(jié)果表明，裝載siRNA的殼聚糖納米粒子能夠被腹膜巨噬細(xì)胞吸收，隨后遷移至炎癥組織區(qū)域。Lee等［14］設(shè)計(jì)了殼聚糖包被的聚（D，L-丙交酯-乙交酯酸）（poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA）納米粒子用于四環(huán)素和洛伐他汀共同給藥，能夠控制牙周感染和促進(jìn)牙周組織再生；用殼聚糖包被的負(fù)載了洛伐他汀+四環(huán)素的PLGA納米顆粒（平均直徑為111.5 nm）處理的比格犬牙周炎癥控制良好；與對(duì)照組相比，PLGA-殼聚糖納米粒子對(duì)放線菌有明顯的抑制作用并具有更好的成骨活性。Aminu等［15］開(kāi)發(fā)了一種具有抗菌和抗炎雙重作用的殼聚糖納米凝膠，即用三氯生（triclosan，TCS）和氟比洛芬（flurbiprofen，F(xiàn)LB）來(lái)治療牙周炎；該納米遞藥系統(tǒng)表現(xiàn)出pH和溫度響應(yīng)性，并具有很強(qiáng)的生物黏附性以及良好的治療效果。

2.3 無(wú)機(jī)納米粒子和納米晶體

與傳統(tǒng)使用的有機(jī)抗菌劑相比，具有抗菌活性的無(wú)機(jī)納米粒子在化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性和持久性等方面都更具優(yōu)勢(shì)。無(wú)機(jī)納米粒子獨(dú)特的抗菌機(jī)制或產(chǎn)生活性氧，或作為破壞細(xì)菌中的蛋白質(zhì)和DNA的重金屬離子來(lái)源。這些金屬離子會(huì)穿透或破壞細(xì)胞膜并中斷細(xì)菌中的電子轉(zhuǎn)導(dǎo)。通過(guò)設(shè)計(jì)不同尺寸的納米顆粒，以達(dá)到不同的抗菌效果。大于10 nm的納米粒子會(huì)積聚在細(xì)胞膜上，改變細(xì)胞的運(yùn)輸方式，導(dǎo)致胞內(nèi)成分泄漏，并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。小于10 nm的納米粒子能夠穿透膜并在細(xì)胞內(nèi)積聚，從而對(duì)核酸產(chǎn)生作用［16］。Ni等［17］發(fā)現(xiàn)，45 nm金納米粒子（gold nanoparticles，AuNPs）可以調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化，影響人牙周韌帶細(xì)胞的分化，從而發(fā)揮顯著的抗炎作用，改善牙周炎性微環(huán)境；結(jié)果表明，45 nm的AuNPs處理的大鼠牙周缺損中的新生牙周附著、牙槽骨和牙骨質(zhì)明顯增加，牙周炎進(jìn)展過(guò)程中的組織破壞明顯減少。納米晶羥基磷灰石可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞向修復(fù)（M2）表型極化，減少炎癥型（M1）數(shù)量，上調(diào)成骨細(xì)胞代謝和增強(qiáng)生物反應(yīng)活性，在促進(jìn)牙周組織再生和骨修復(fù)方面發(fā)揮重要作用［18］。Calasans-Maia等［19］開(kāi)發(fā)了海藻酸鈉包裹二甲胺四環(huán)素的納米碳酸羥基磷灰石（microspheres of alginate encapsulated minocycline-loaded nanocrystalline carbonated hydroxyapatite，CHAMINO）微球作為仿生裝置進(jìn)行牙槽骨修復(fù)的靶控釋藥。將CHAMINO微球植入大鼠中切牙牙槽窩中，7 d和42 d后觀察對(duì)糞便腸球菌的抑制作用和新骨的生成情況。結(jié)果表明，包裹米諾環(huán)素納米碳酸羥基磷灰石的海藻酸鈉微球?qū)S便腸球菌具有良好的抗菌活性，具有細(xì)胞相容性和骨傳導(dǎo)特性。植入42 d后，新骨形成明顯，說(shuō)明CHAMINO微球具有骨再生的臨床應(yīng)用潛力。Madhumathi等［20］合成了一種載有四環(huán)素的缺鈣羥基磷灰石納米載體（tetracycline loaded Calcium deficient hydroxyapatite，TC-CDHA）。這是一種由傳導(dǎo)性納米載體組成的骨傳導(dǎo)藥物遞送系統(tǒng)，能夠在牙周膜中持續(xù)遞送藥物，TC-CDHA增加了人牙周膜成纖維細(xì)胞的增殖。

2.4 樹(shù)枝狀大分子

樹(shù)枝狀大分子是一類新型的高度分支的樹(shù)狀聚合物，具有精確定義的分子結(jié)構(gòu)。由于其獨(dú)特的內(nèi)部疏水性和外部親水性結(jié)構(gòu)，可以充當(dāng)藥物載體，用于遞送抗菌藥物進(jìn)行牙周炎的治療。Dung等［21］采用藥物沉積法制備了一系列第五代普朗尼克F127樹(shù)枝狀大分子（G5-pluronic F127）納米薄膜（摩爾比為1∶10、1∶20和1∶30），其中含有不同百分比的甲硝唑鹽酸鹽，研究了樹(shù)狀大分子G5-pluronic F127作為藥物持續(xù)釋放基質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)特征。在混有唾液的酸性培養(yǎng)基的條件下，納米膜的藥物釋放和腐蝕速率減慢。涂有明膠的G5-PF127納米膜（摩爾比為1∶30）進(jìn)一步延長(zhǎng)了甲硝唑的釋放時(shí)間，并且納米膜在干燥條件下穩(wěn)定保存長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月。Lu等［22］通過(guò)兩親性一氧化氮（nitric oxide，NO）釋放聚氨基胺（amphiphilic nitric oxide（NO）-releasing poly（amidoamine），PAMAM）樹(shù)枝狀大分子與環(huán)氧丙烷（propylene oxide，PO）、1，2-環(huán)氧-9-癸烯（1，2-epoxy-9-decene，ED）的開(kāi)環(huán)反應(yīng)，合成了一系列具有不同外部功能的PAMAM樹(shù)枝狀大分子，根據(jù)樹(shù)狀大分子的表面疏水性（即PO/ED比值）、大?。瓷闪浚┖蚇O釋放量，評(píng)估這些NO釋放載體對(duì)已建立的革蘭陰性銅綠假單胞菌生物膜的殺菌效果。該研究證明了PAMAM樹(shù)枝狀大分子的大小和外部性質(zhì)可以決定其殺菌功效，同時(shí)又有良好的生物相容性。Backlund等［23］制備的釋放NO的樹(shù)狀大分子支架，可以有效的降低放線菌和牙齦卟啉單胞菌的生存力。