李云霞，付之光 綜述 溫 寧 審校

綜述

納米技術在口腔醫(yī)學中的應用

李云霞1,2，付之光1綜述 溫 寧1審校

納米技術；口腔醫(yī)學

納米(nanometer，nm)，又稱毫微米，1 nm=10-9m。納米技術(nanotechnology)是研究結構尺寸在0.1～100 nm范圍內(nèi)材料性能和應用的技術，直接以原子或分子來構建功能結構。納米技術概念大概可以分為三類：(1)任意組合所有種類分子，制作任何分子結構；(2)以納米精度“加工”各種人工結構；(3)從生物學的納米級結構提出構思[1-3]。納米技術的飛速發(fā)展，并在醫(yī)學領域廣泛應用，也為口腔醫(yī)學的發(fā)展注入了新動力。筆者針對納米技術在口腔醫(yī)學中的應用熱點進行綜述。

納米技術在醫(yī)學中的應用?？梢苑譃槿N：(1)納米材料和設備應用于診斷和治療，實現(xiàn)目標藥物輸送和智能藥物；(2)基因組學、蛋白質(zhì)組學實現(xiàn)的分子醫(yī)學；(3)分子機械系統(tǒng)和醫(yī)用納米機器人協(xié)助診斷和治療，增強和改善生理功能。納米口腔醫(yī)學(Nanodentistry)則是通過納米材料、生物技術、組織工程，以及納米技術，實現(xiàn)全面口腔健康的維護?，F(xiàn)有的多種新型產(chǎn)品和技術，已經(jīng)覆蓋了口腔醫(yī)學的多個領域[1]。

1 在口腔醫(yī)學的應用

1.1 口腔疾病預防 現(xiàn)代口腔醫(yī)學更注重預防與微生物相關的疾病，納米技術可以阻斷并部分逆轉病程進展。

1.1.1 預防口腔內(nèi)細菌生長 一些納米顆粒，如氧化鋅、銀和聚乙醇胺等，添加到牙膏或粘接劑中抑制細菌生長，主要機制包括破壞細菌膜、干擾跨膜電轉運、抑制糖代謝、產(chǎn)生活性氧、置換口腔生物膜酶活性所需鎂離子、阻斷DNA復制等。研究表明，抗菌納米涂層還能有效抑制細菌粘附并殺滅細菌，同時保持唾液生物膜的完整性。這些納米顆粒的抗菌作用與顆粒大小相關[4]。

1.1.2 預防脫礦和促進牙體硬組織再礦化 逆轉牙體硬組織脫礦，可以有效預防和控制齲病進展。碳酸鈣納米仿生膜有良好的附著性，緩慢釋放高濃度鈣離子，提高周圍環(huán)境pH值，有效促進早期損傷牙釉質(zhì)再礦化。納米磷酸鈣填充劑與脫礦牙釉質(zhì)或牙本質(zhì)結合，形成一層保護膜，阻斷菌斑酸性物質(zhì)的破壞。納米鈣氟化鈣(CaF2)能代羥基磷灰石的羥基，形成氟磷灰石，參與牙釉質(zhì)的晶格結構，形成氟磷灰石保護層，提高牙齒強度，增強抗酸能力。此外，氟對細菌和酶有抑制作用，可減少細菌活動產(chǎn)酸，更有利于齲病預防。納米顆粒加入牙膏中，均勻分布，有利于進一步清潔牙齒，預防牙結石生成[5, 6]。多西環(huán)素納米凝膠可能會預防牙槽骨喪失[7, 8]。

1.1.3 防齲疫苗 學者們一直致力于研發(fā)防齲疫苗。DNA疫苗有效、安全、穩(wěn)定，可以誘導體液和細胞免疫反應。許多候選DNA疫苗已經(jīng)或正在進行測試，例如DNA3-Pac、p-CIA-P、pGJGLU/VAX 和pGLUA-P。大多數(shù)防齲疫苗通過阻斷PAc表面蛋白抗原或失活葡萄糖基轉移酶來防止菌斑堆積。納米技術還用于疫苗載送系統(tǒng)研發(fā)，例如在甲殼素/DNA納米復合材料使用脂質(zhì)體作為運載工具，并實現(xiàn)pH值響應釋放疫苗[9]。但防齲疫苗還處于早期研究階段，尚未有防齲疫苗用于臨床[10]。

1.2 口腔疾病診斷 納米技術對口腔醫(yī)學所產(chǎn)生的貢獻主要是在三個領域：原子力顯微鏡(atomic force microscope，AFM)、成像增強劑和生物芯片。

1.2.1 原子力顯微鏡 AFM利用微懸臂感受器和放大懸臂上尖細探針與受測樣品原子之間的作用力進行檢測，具有原子級的分辨率，可以直接對活細菌細胞進行實時高靈敏度掃描，采集細胞彈性和膜分子信息[11]。生物膜是不同細菌嵌入的多聚糖和蛋白質(zhì)基質(zhì)膜，其附著力主要取決于菌種、基質(zhì)及周圍環(huán)境，并決定其耐藥性和機械移除抵抗力。了解細菌黏附、定植及生物膜形成機制，掌握抗菌藥物與細菌生物力學作用信息，有助于口腔細菌感染性疾病的防治[4, 12]。

1.2.2 成像增強劑 在癌癥診斷和治療中，對病變圖像的識別至關重要。標準臨床成像技術，如計算機斷層掃描(CT)、分子共振成像(MRI)和超聲波，歸為結構成像技術，能夠識別解剖結構，提供腫瘤位置、大小和分布等基本信息。對于直徑小于5 mm的原發(fā)腫瘤或轉移灶，就需要特殊成像增強劑輔助診斷，如對X射線高吸收金納米粒子(GNPs)，可作為CT成像活體血管造影增強劑，對GNPs進行涂層(如聚合物、脂質(zhì)和DNA)或靶向修飾(如EGF、HER2和葉酸)，可在腫瘤組織積累，增強顯影[1, 3, 4, 13, 14]。

另一納米技術是利用近紅外(NIR)發(fā)光量子點(Ds)探測腫瘤。Ds納米級半導體晶體，與GNPs類似，與生物大分子(如核酸和蛋白質(zhì))尺寸相當，是一種無機熒光體，發(fā)光穩(wěn)定、發(fā)射光譜窄、對稱，允許單波長多個激發(fā)，是一種非常有效的體內(nèi)標記物。功能化的Ds熒光探針，可以特異性結合目標受體。Ds技術并不局限于腫瘤診斷，也用于常見疾病，如齲病和牙周病的診斷。2007年，有學者使用發(fā)光探測器，單克隆抗體結合Ds分辨鏈球菌。盡管這項技術應用前景廣闊，但目前僅限于實驗室，尚未應用于臨床[4, 15, 16]。

1.2.3 生物芯片 用于疾病診斷的納米技術還有生物芯片，這是應用前景最好的DNA分析技術之一，分析對象可以是核酸、蛋白質(zhì)、細胞、組織等。相對于傳統(tǒng)方法，更高效、準確[4]。2002年，美國學者發(fā)現(xiàn)，正常人群和患者唾液中的mRNA不同，并研發(fā)了口腔體液納米傳感器測試，快速檢出mRNA、miRNA和各種蛋白標記物，高敏感性分辨特異性惡性腫瘤細胞，以及牙周病相關炎性生物標記物，已經(jīng)用于部分疾病的診斷[17-19]。

1.3 口腔疾病的治療 納米技術在口腔疾病治療的應用涉及藥物、材料、組織工程等，覆蓋了頜面外科、牙體牙髓、牙周、種植、修復、正畸等多個學科。

1.3.1 納米藥物 納米藥物或納米載藥系統(tǒng)的粒徑小，通?？梢赃M入細胞膜，有時甚至是進入細胞核，能夠增強藥物在體內(nèi)的溶解速率及口服生物利用度，具有靶向性，并延長其在作用部位的作用時間，同時可以減輕藥物的不良反應。目前主要有抗腫瘤藥物納米化、納米載藥系統(tǒng)、腫瘤放療和光熱療增敏劑，納米藥物還可以進行靶向標記(如RGD、NLS、VEG等)，并實現(xiàn)不同響應方式(pH響應、谷胱甘肽響應、溫度響應)，特殊的納米結構和形狀(如納米棒、納米球和納米粒子)也將進一步誘導腫瘤細胞凋亡，同時，產(chǎn)生的活性氧可以殺死腫瘤細胞[4, 14]。

除此之外，納米藥物還用于疼痛管理和牙周、牙髓疾病治療。納米載藥系統(tǒng)快速有效的將阿片類鎮(zhèn)痛輸送至目標組織，減低過量用藥風險，免于接受注射，并且降低了口服制劑首過效應[20]。研究人員還在納米載體系統(tǒng)中加入抗生素(如四環(huán)素，多西環(huán)素等)和生長因子(如BMP、TGF-1等)，用于治療和預防感染性牙周牙體疾病，促進組織修復，其中含有四環(huán)素微球的Arestin?凝膠已證實可以有效地控制牙周炎性反應[3, 13]。

1.3.2 納米材料 納米復合材料顆粒小于100納米，均勻分布，與傳統(tǒng)的材料相比，性能更穩(wěn)定，改善了彈性模量、減少了聚合收縮(50%)、延長了操作時間、具有持久高拋光性和良好光學性能。納米粘接劑也由分散的納米粒子構成，具有高強度粘接力、高應力吸收、更長保質(zhì)期、良好密封性，無需單獨酸蝕，并且持續(xù)釋放氟。光固化納米玻璃水門汀美學效果好、耐磨，已用于乳牙充填、臨時修復、Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ類洞充填及樁核制作。傳統(tǒng)瓷質(zhì)耐磨，但易碎，不易粘合，不易拋光，納米陶瓷修復體光學效果更佳，顏色多、導熱系數(shù)低、強度好、耐磨。此外，新型納米不銹鋼正畸矯正鋼絲具有優(yōu)異的抗變形性、耐腐蝕性、表面光潔度好等優(yōu)點[1, 15, 21]。

一些納米顆粒，如氧化鋅和(或)殼聚糖，對根管封閉劑的流動性沒有影響，但抗菌作用增強，可以顯著減少糞腸球菌并抑制生物膜形成。此外，試驗也證實，與傳統(tǒng)的NaOCl溶液(5.25%)相比，金屬氧化物(如氧化鎂納米粒子，5 mg/L)可以長期顯著減少糞腸球菌的附著[22]。含有納米碳酸鹽磷灰石的牙膏也是治療牙本質(zhì)過敏的有效方法之一[15]。

1.3.3 組織工程 組織工程在口腔醫(yī)學中潛在應用包括頜面部骨折、骨擴增、顳下頜關節(jié)軟骨再生、牙髓修復、牙周韌帶再生和骨整合。干細胞主要來源于牙髓組織，牙周韌帶(PDL)和牙槽骨。納米技術對支架材料進行了改進，為細胞和組織生長提供獨特的三維基質(zhì)條件，而且可以結合許多生物蛋白和活性分子，誘導干細胞分化，控制細胞行為，創(chuàng)造出類似牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)、牙髓和牙槽骨等組織的結構[23, 24]。骨組織再生是組織工程領域研究的重要組成部分。骨是一種由有機化合物(主要是膠原蛋白)和無機化合物(如羥磷灰石)構成的一種天然納米合成物。納米仿生骨替代材料將模擬這種結構，應用于頜面外科、牙周治療和種植修復。這種骨替代材料全人工合成，隨著粒子尺寸減小，表面積增加，具有骨誘導、非燒結、滲透性良好、不能被破骨細胞降解，易塑形等優(yōu)點，最重要的可以刺激牙周組織再生。已應用于臨床的骨修復材料有Ostim? HA、VITOSS? HA+ TCP、 NanOssTMHA等[13, 15]。

1.3.4 種植修復 骨整合是種植修復成功的基礎，其決定性因素是表面接觸面積和表面形態(tài)。與傳統(tǒng)的微粗糙表面相比，納米級別種植體的表面積更大，納米顆粒有助于早期吸附蛋白質(zhì)，這對于早期骨結合非常重要。各種涂層技術，如羥磷灰石涂料、藥物涂層、金屬陶瓷涂層等，添加生長因子、蛋白，提高了成骨細胞的附著力，誘導成骨分化，在一定程度上促進了種植體周圍骨形成，并且可以預防種植體周圍炎發(fā)生。然而，涂層與種植體結合力不足、斷裂韌度和彎曲強度低、負重不佳等限制其應用[1, 15]。

2 存在的問題和不足

2.1 安全問題 盡管納米技術具有諸多優(yōu)點，但臨床對各種產(chǎn)品的安全性擔憂也越來越多。納米粒子具有較大的表面積體積比，皮膚、肺或消化道的吸收率高。進入肺泡后，主要危害是可能會引起呼吸道炎性反應，組織損傷后，納米顆粒隨著血液循環(huán)被送到其他重要器官或全身組織，有可能引起心血管和其他器官受損[1-3]。

2.2 技術困難限制其發(fā)展 隨著研究的深入，對納米材料的設計、合成等技術要求也越來越高。例如：如何根據(jù)不同用途來選擇納米材料的最佳直徑、混合比例，在口腔內(nèi)復雜環(huán)境中，物理性能會發(fā)生什么變化；納米系統(tǒng)有較好的包容性，但其所裝載離子的釋放速度、濃度怎樣評估和精確控制；納米粒子進入體內(nèi)后如何示蹤等。這些技術困難在一定程度上限制了納米口腔醫(yī)學的發(fā)展[1-4]。

綜上所述，盡管很多研究處于起步階段，但預期結果非常值得期待，特別是納米載藥系統(tǒng)及納米材料，憑借其獨有的特點和生物學優(yōu)勢，將會大量應用于口腔醫(yī)學。此外，納米設備也值得關注，如納米機器人(nanorobots)有可能應用于牙本質(zhì)小管內(nèi)麻醉、過敏修復，正畸治療，感應式口腔清潔及微創(chuàng)外科手術[3]。相信納米技術如同所有新技術一樣，在科學指導下，必將會給口腔醫(yī)學帶來巨大變化，為醫(yī)師和患者提供更多選擇，推動口腔醫(yī)學的發(fā)展。

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R781.05

863計劃(腫瘤治療用功能新型納米載體材料與靶向技術，課題編號：2013AA032201)

李云霞，博士，主治醫(yī)師。

1.100853 北京，解放軍總醫(yī)院口腔科；2.102211 北京，武警特警學院門診部

(2017-07-09收稿 2017-10-10修回)

(責任編輯 岳建華)