引发牙周炎和根管治疗后再感染的细菌,很多情况下连抗生素也难以彻底杀死。近来,针对这些细菌、利用只感染细菌的病毒噬菌体(以下简称“噬菌体”)的研究相继问世。澳大利亚拉筹伯大学研究团队在实验室中证实,即使只用噬菌体清除牙周炎细菌群中的一种,整个生物膜也会瓦解;中国武汉大学研究团队则仅提取噬菌体用于裂解细菌的酶并装入纳米材料,治愈了小鼠的根尖感染。两项研究目前都还处于人体临床试验之前的阶段。
只感染细菌的病毒
噬菌体是只感染细菌的病毒。它识别并附着在目标细菌表面的特定结构上,将遗传物质注入细菌体内,在细菌内部增殖后使细胞破裂,再向外扩散。人体细胞没有这种结构,因此不会被感染,对未被选为目标的其他细菌种类大多也不起作用。
这种特异性正是噬菌体与抗生素的不同之处。抗生素在大范围杀死细菌的同时,也会连口腔中的有益菌一并减少,而在这一过程中存活下来的细菌容易产生耐药性。随着对抗生素无效的细菌增多,牙科领域也重新关注起噬菌体疗法,将其作为补充或替代抗生素的方法。刮除牙龈下方牙石的洁治虽是牙周炎治疗的基本手段,但牙周袋越深,仅靠这种方法就越难彻底清除细菌,这也是把噬菌体作为辅助疗法加以研究的背景。噬菌体疗法的优势在于能够深入生物膜内部、毒性较低,并能在目标细菌体内自行增殖以扩大数量。
只清除一种细菌,整个生物膜就瓦解了
拉筹伯大学研究团队实验了只针对性杀死具核梭杆菌多形亚种(Fusobacterium polymorphum)的噬菌体FNU1。在牙周炎细菌群落中,这种细菌起着连接其他细菌的支架作用,充当早期定植菌与后来加入的致病菌之间的桥梁。
研究团队在培养皿中分别制作了只含这一种细菌的生物膜、在此基础上加入另外两种细菌的生物膜,以及再加入牙周炎代表性致病菌牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)的四菌混合生物膜。结果显示,即使FNU1只清除了梭杆菌,在四种细菌混杂的复杂生物膜中,整体膜量和细菌密度也明显下降。这意味着不必杀死构成生物膜的所有细菌种类,仅去除起支架作用的一种,就足以撼动整个致病菌群落。
同一研究团队此前也曾分离出三种针对相关细菌具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)的噬菌体,并证实它们能瓦解这种细菌与牙龈卟啉单胞菌共同形成的生物膜。不过,这些细菌的基因组中同时存在抵御噬菌体的防御系统,要将噬菌体直接应用于治疗还需要更多验证。两项实验都只是培养皿中的结果,尚未在实际牙龈缝隙中得到证实。
针对牙根尖感染,只提取酶装入纳米材料
即使完成根管治疗,细菌仍可能残留在牙根尖周围引发炎症,这就是根尖周炎,其常见病因是粪肠球菌(Enterococcus faecalis)。据了解,这种细菌会深藏在狭窄弯曲的根管深处,即使用消毒液也难以彻底清除。
中国武汉大学研究团队没有使用活的噬菌体,而是单独提取了噬菌体用于破坏细菌细胞壁的裂解酶,并使其针对粪肠球菌发挥作用。他们把这种酶装入名为ZIF-8的纳米级金属有机骨架材料中,制成能够缓慢释放的物质(LysPd138@ZIF-8),在患有根尖周炎的小鼠身上进行了实验。结果显示,神经组织中的粪肠球菌消失,CT扫描显示骨质溶解区域缩小。成骨相关基因的活性也有所提高,证实了新骨的生长。也就是说,这种物质同时具备清除细菌和促进骨再生的效果。不过,这一结果仍处于小鼠实验阶段,人类的根管要细得多、分支也更复杂,同样的效果能否重现尚未得到证实。
随着对抗生素耐药的细菌不断增多,牙科领域也在朝两个方向开发只针对特定细菌的噬菌体疗法:一种是用活噬菌体瓦解生物膜中的核心菌种,另一种是仅提取噬菌体的酶并用纳米材料运送。两种方式目前都还停留在实验室和动物实验阶段,能否在人类牙龈或根管内产生同样的效果,还有待今后的临床试验来解答。