据称全球半数以上成人都会经历牙周炎,它始于牙齿与牙龈之间狭窄而深的缝隙(牙周袋)内侧堆积的菌斑(生物膜)。这条缝隙即使用牙刷或洁治器械也难以触及深处。中国研究团队在2026年发表的研究中,制造出一种靠磁场操控、直径10微米的“纳米棘”机器人,将其注入小鼠牙周炎模型的牙周袋后,机械刮除菌斑并就地释放消炎成分,报告了骨丢失也随之减少的结果。目前尚未开展人体试验,仍处于小鼠动物实验阶段。
也有研究持续指出,牙周炎并不止步于口腔,还会波及远处的器官。牙周炎细菌蔓延至心脏并加重心肌梗死的研究就是其中之一,说明了彻底清除牙周袋内菌斑为何重要。
磁控棘突,穿透黏液屏障
牙周袋内侧不断有龈沟液(从牙周袋渗出的黏稠液体)和唾液流动,会把药物冲走。菌斑本身也被细菌分泌的黏稠保护物质包裹,抗生素或消炎药难以渗透到深处。超声洁治器刮除或局部涂药等现有方式,一旦牙周袋弯曲或过深,就会留下器械触及不到的死角。
研究团队用一种封存离子液体的特殊凝胶“离子凝胶”,包裹住消炎成分姜黄素(从姜黄中提取的天然消炎物质),制成直径10微米的颗粒。颗粒表面依次镀上铁、铂、金,使其对磁场产生反应,最后在金表面密集长出尖锐的棘状结构。单根棘突宽约60纳米,使机器人表面粗糙度比无棘时提高了近70倍。
施加旋转磁场后,这些颗粒会滚动或原地旋转移动。有棘机器人的移动速度是无棘机器人的2.6倍,穿透与唾液黏度相近的模拟牙周袋黏液的深度也深1.5倍。它附着在牙龈上皮细胞上的程度同样比无棘机器人高2.3倍,因而不易被唾液冲走,能停留更久。
用棘突刮除,就地释放药物
机器人表面的纳米棘不仅有助于移动,本身也是直接破坏菌斑的工具。对由龋齿菌(变异链球菌)形成的菌斑施加磁场使机器人旋转后,存活细菌数量减少了74%,菌斑厚度减少了88%。其清除效果比无棘机器人高1.6倍,在引起牙周炎的牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌形成的菌斑中也出现了类似效果。
菌斑被清除后,机器人内部的姜黄素随之释放,这种释放被设计为接触乙醇后会加快。释放出的姜黄素将牙龈卟啉单胞菌抑制了约90%,龋齿菌抑制了96%,具核梭杆菌抑制了89%,同时还表现出清除活性氧的效果。此外,它还降低了加剧炎症的M1型巨噬细胞(一种免疫细胞)比例,提高了促进组织修复的M2型比例,在杀菌的同时也缓解了炎症反应本身。
小鼠实验中骨丢失也减少,但仍处于小鼠阶段
研究团队在用丝线结扎小鼠第二磨牙人为制造牙周炎的模型中,每隔两天将这种机器人注入牙周袋,并用外形类似电动牙刷的手持式磁场装置施加30分钟磁场,如此重复了两周。
治疗结束后通过计算机断层扫描(CT)观察颌骨,发现骨体积和骨小梁(排列致密的骨结构)数量增加,骨间距缩小,显示出因牙周炎而不断流失的骨量得到了抑制。对牙龈组织内细菌构成的分析结果也显示,牙周炎状态下通常增多的细菌比例有所下降,整体平衡向恢复方向转变。机器人所用的铁和金成分在治疗后6小时内在牙龈和唾液中短暂升高,24小时内恢复到原来水平,心脏、肝脏、肾脏等主要器官中未发现蓄积痕迹。
不过,这一结果仅来自一项小鼠动物实验,机器人所穿透的黏液屏障也并非真实的牙周袋渗出液,而是黏度调配相近的模拟物质。研究团队也表示,实时确认机器人运动的成像装置以及使用更大型动物的验证仍有待完成。尽管如此,这项研究仍是首次在小鼠体内展示了磁控微型机器人深入牙周袋、直接破坏菌斑并就地释放药物这一全过程的结果。