摘要：牙周炎是一种由口腔细菌生物膜引起的牙周组织传染病，其特征是活性氧（ROS）积累和免疫微环境失衡。借助其物理化学性质和酶活性，多功能纳米酶为管理牙周炎提供了有前景的抗菌和抗炎策略。特别是普鲁士蓝纳米酶（PBzymes），因其强大的催化活性、多样的抗氧化功能和高生物相容性，在控制ROS方面表现出色。然而，传统高温合成方法的实际应用有限。本研究介绍了一类在室温下合成的金属工程PBzymes，它们具有强大的抗氧化活性和在温和温度下出色的光热性能。一氧化氮（NO）气体疗法为针对牙周组织深层感染提供了有前景的策略。因此，通过原位加载方法将硝普钠引入PBzyme中创建了SPBzyme。SPBzyme释放的NO增强了抗菌效果，克服了与细菌生物膜相关的耐药性，从而实现了温和光热抗菌性能和协同抗氧化效应。体外抗菌实验表明，在温和温度条件和近红外光照射下，SPBzyme具有优越的疗效。此外，SPBzyme在牙周动物模型中有效减轻炎症并具有积极的治疗效果。总体而言，温和温度光热NO释放纳米酶疗法代表了治疗牙周炎的新方法。

关键词：抗菌、抗氧化纳米酶库、温和光热疗法、NO气体疗法、牙周炎

图1. 普鲁士蓝纳米酶库用于牙周炎治疗的开发和评估示意图。

结果与讨论

 （一）PBzymes和SPBzymes的合成与表征

PBzyme库的合成使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为分散稳定剂，以铁氰化钾（K4[Fe(CN)6]）为框架，在室温下引入各种金属氯化物进行合成。透射电子显微镜（TEM）表征显示，Fe/Co/Ni/Cu/Zn/Mn/Ce/Ru-PB纳米酶具有均匀的形貌和分布。动态光散射（DLS）粒径分析表明，金属工程PBzymes主要分布在10-500纳米范围内。紫外-可见光谱显示，这些纳米酶在近红外区有吸收峰。光热性能评估表明，Fe/Ru-PBzyme具有优越的温和光热催化活性。

图1：PBzymes的制备与表征

（二）PBzymes的抗氧化应激能力

通过模拟酶活性筛选PBzymes的抗氧化应激能力。结果表明，Ru-PBzyme展现出优越的抗氧化性能，包括CAT、SOD、氮自由基清除和光热性能。因此，选择Ru-PBzyme进行后续研究。

图2：Fe/Co/Ni/Cu/Zn/Mn/Ce/Ru-PB纳米酶的类酶活性表征

（三）SPBzyme的表征

SPBzyme通过原位加载SNP到PBzyme中制备而成。TEM分析显示SPBzyme形成均匀分布的球形纳米粒子。热重分析证实SNP在SPBzyme中的成功加载，加载率为9.5%。SPBzyme在不同生理条件下的粒径稳定。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析证实SNP成功整合到PBzymes中。X射线光电子能谱（XPS）分析显示SPBzyme中Ru的存在。X射线衍射（XRD）分析表明PBzyme和SPBzyme具有相似的晶体结构。光热性能评估显示，PBzyme和SPBzyme在50、100和200 μg/mL浓度下具有出色的光热性能。SPBzyme在模拟炎症微环境（H2O2存在）中具有显著的NO释放能力，且近红外（NIR）照射显著提高了NO释放效率。

图3：SPBzyme的表征

（四）SPBzyme的生物相容性评估

通过细胞计数试剂盒-8（CCK-8）实验和共聚焦显微镜评估PBzyme和SPBzyme在人牙龈成纤维细胞（HGFs）和人牙周韧带细胞（hPDLCs）中的细胞毒性。结果显示，即使在200 μg/mL的高剂量下，细胞活力仍保持良好。此外，PBzyme和SPBzyme对细胞活力具有显著的保护作用，特别是在约100 μg/mL的浓度下。DCFH-DA探针用于测量Raw264.7细胞、HGFs和hPDLCs中的ROS水平，结果表明PBzyme和SPBzyme有效减轻了由脂多糖（LPS）引起的氧化应激损伤。

图4：PBzyme和SPBzyme的生物安全性和抗氧化能力

 （五）SPBzyme对F. nucleatum和P. gingivalis的杀菌效果

研究了PBzyme和SPBzyme（有或无NIR）对牙周病原体Fusobacterium nucleatum（F. nucleatum）和Porphyromonas gingivalis（P. gingivalis）的杀菌效果。结果显示，与PBS对照组相比，PBzyme和SPBzyme组的F. nucleatum生物膜生长显著减少。SPBzyme组的CFU比PBzyme组低约1个数量级，表明NO的抗菌效果显著。P. gingivalis生物膜生长趋势与F. nucleatum相似。扫描电子显微镜观察到不同处理下F. nucleatum的形态变化，SPBzyme组中一些细菌呈现不规则线性形态，部分开始断裂，NIR处理后变化更为显著。

（六）SPBzyme在大鼠模型中对牙周炎的治疗效果

为了研究SPBzyme在体内的抗菌性能，研究者在大鼠中建立了实验性牙周疾病模型。结果表明，SPBzyme组（有或无NIR）的CEJ-ABC距离小于对照组和PBzyme组。SPBzyme + NIR组的CEJ-ABC距离在所有组中最小。此外，通过微CT分析第一磨牙区域的牙槽骨，发现SPBzyme + NIR组的治疗效果显著优于其他组。

图7：PBzyme和SPBzyme在体内治疗牙周炎的评估

图8：PBzyme和SPBzyme在体内的抗炎效果的组织形态学评估

五、结论

本研究通过室温合成方法改进了传统PBzymes的合成技术，开发了包含8种不同金属的PBzymes库，并筛选出具有优异抗氧化应激能力的PBzyme变体。通过在炎症微环境中增强光热响应以释放NO，这种PTT/气体治疗有效对抗牙周炎相关的炎症和生物膜。联合光热和NO气体治疗在消除牙周细菌和抑制病原体生物膜发展方面显示出显著效果。SPBzyme在体内外研究中展现出卓越的抗氧化性能，预防生物膜形成，破坏已完全形成的生物膜，并减少炎症反应。这项研究为通过生物膜消除和炎症调节的临床牙周炎管理提供了见解。

尽管SPBzyme对牙周炎的治疗效果显著，但本研究存在一些局限性。首先，实验动物模型选择了大鼠，未来研究应纳入更大的动物模型，如迷你猪、比格犬或猕猴，以进一步验证这些发现。其次，牙周炎的建模方法多样，本研究采用了钢丝结扎联合高糖饮食的方法，未来研究应包括其他建模技术，如细菌注射或结扎联合细菌注射，以全面验证该系统在不同程度牙周炎中的有效性。此外，SPBzyme的具体杀菌活性、分子抗炎机制和潜在的免疫原理仍需进一步研究。

原文链接：Z. Li, X. Fan, Y. Liu, M. Yue, T. Wu, X. Wang, W. Jiang, K. Fan, Engineering Mild-Photothermal Responsive and NO Donor Prussian Blue Nanozymes Using Mild Synthesis for Inflammation Regulation and Bacterial Eradication in Periodontal Disease. Adv. Mater. 2025, 37, 2409840. https://doi.org/10.1002/adma.202409840.