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Nano Res.│湖南大学MBL陈卓课题组:磁驱动的级联纳米酶用于口腔生物膜的治疗

本篇文章版权为陈卓课题组所有,未经授权禁止转载。

背景介绍


口腔细菌常以生物膜形式存在,生物膜的胞外基质能够保护内部菌落避免外界环境干扰,且生物膜代谢产酸会造成牙齿脱矿,进而诱发龋齿。龋齿的常规治疗药物(如氯己定)难以渗透至生物膜内,导致治疗收效甚微甚至引发细菌耐药性等问题。针对上述问题,科研工作者提出了一系列基于功能纳米材料的口腔生物膜治疗策略,其中可产生高毒性活性氧物质(ROS)的纳米酶展现出巨大的应用潜力。然而,未功能化的纳米酶易被唾液清除而难以滞留,且生物膜特殊的酸性生理环境容易破坏纳米酶的结构,从而大大减弱了纳米酶的抗菌性能。因此,开发一种具有优异靶向能力和稳定性的新型纳米酶用于口腔生物膜治疗意义重大。


成果简介


陈卓课题组设计了一种磁驱动的级联纳米酶用于口腔生物膜治疗。级联纳米酶(CoPt@G@GOx)由葡萄糖氧化酶与具有类过氧化物酶活性的钴铂石墨纳米囊构成。在外源性底物葡萄糖存在时,GOx首先氧化葡萄糖产生H2O2和葡萄糖酸,葡萄糖酸导致局部微环境pH的下降,提高了CoPt@G的类过氧化物酶活性,进而催化H2O2产生大量的高毒性·OH,实现细菌的高效抑制。此外,催化过程中伴随着H2O2的产生,因而可以避免高剂量H2O2的施加而对口腔粘膜造成的巨大伤害,且外层石墨烯的保护保证了CoPt@G内部金属核免受酸性环境的影响以保持其稳定的纳米酶活性。在变异链球菌(常见致龋细菌)的浮游模型中,验证了CoPt@G@GOx可在生理环境下发挥上述的高效杀菌能力。将其进一步应用于生物膜模型时,磁场驱动明显提高了CoPt@G@GOx在生物膜处的滞留浓度,这有利于该复合纳米酶发挥抗菌活性,且磁驱动以靶向生物膜的方式能够减少对口腔正常组织的损伤。因此,这种稳定性高、具有磁驱动性的复合纳米酶为预防及治疗生物膜引起的口腔龋齿等疾病提供了一种简单有效的方法。


图文导读


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(1)CoPt@G@GOx的制备示意图。


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(2)级联纳米酶靶向口腔生物膜及其抗菌机制示意图。


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(3)CoPt@G@GOx针对浮游细菌的杀菌效果。


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(4)CoPt@G@GOx针对生物膜的抗菌效果。


作者简介


陈卓,2001年毕业于浙江大学理学院化学系,2006年毕业于北京大学化学与分子工程学院,获博士学位。2006年至2010年在斯坦福大学化学系做博士后。2010年起任湖南大学教授。承担过包括国家自然科学基金优秀青年基金等多项国家自然科学基金、国家重大科学仪器设备开发专项、国家重点基础研究发展计划项目等科研基金,入选多项国内高层次人才计划。迄今已在国际学术期刊如Nat. Biotechnol.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew Chemie.、ACS Nano、Anal. Chem.等杂志发表论文100余篇,他引6000余次。目前,主要研究方向为纳米生物化学分析方法,包括光谱分析化学、基于功能纳米材料的疾病诊疗等研究。


文章信息


Q. Dong, Z. Li, J. Xu, et al. Versatile graphitic nanozymes for magneto actuated cascade reaction-enhanced treatment of S. mutans biofilms. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4258-x.

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