基于ZIF-8的光动力纳米抗菌材料对变异链球菌及其生物膜的抗菌作用研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:socheapke
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背景及目的:变异链球菌是引起龋病的主要致病菌,通过形成菌斑生物膜导致龋病发生。抗菌光动力疗法(a PDT)具有显著的治疗效果且不易产生耐药性,是预防细菌感染性口腔疾病的有效方法。沸石咪唑骨架-8(ZIF-8)由于具有孔隙率高、酸响应降解及生物相容性好等优点,因此可作为药物输送载体被广泛应用于抗菌领域。本研究利用ZIF-8的优良特性,制备了一种载氧的纳米复合材料O2-Cu/ZIF-8@Ce6/ZIF-8@HA(OCZCH),通过a PDT研究其对变异链球菌及其生物膜的抗菌作用和对变异链球菌致龋毒力的影响,以期为细菌感染性口腔疾病的预防与治疗提供新思路。方法:1.合成掺杂Cu2+的ZIF-8(Cu/ZIF-8),载O2后,在其外表面包覆一层负载小分子光敏剂Ce6的ZIF-8,合成O2-Cu/ZIF-8@Ce6/ZIF-8(OCZC),然后将具有良好生物相容性的透明质酸(HA)组装到其表面,最终合成具有高效抗菌能力的OCZCH纳米复合材料。2.应用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位、紫外-可见分光光度仪(UV-Vis)、X射线光电子能谱(XPS)、全自动比表面积及孔隙度分析仪(BET)以及体外活性氧(ROS)测定等对材料的物化性质进行结构表征。3.CCK-8实验测定OCZCH对L929小鼠成纤维细胞的生物相容性。4.测定OCZCH对变异链球菌的最小抑菌浓度(MIC)。5.结晶紫染色、MTT实验、细菌活/死染色和SEM研究Control组、Ce6组、CZCH组、OCZCH组分别在650 nm激光(5 min、120 m W/cm~2,记为“+”)和暗处理(记为“-”)下对变异链球菌生物膜的抑制作用。6.产酸实验和胞外多糖实验测定Control组、Ce6组、CZCH组、OCZCH组分别在650 nm激光和暗处理下对变异链球菌致龋毒力的影响。结果:1.材料表征实验显示OCZCH成功合成。TEM和SEM图像显示OCZCH纳米粒子大小约170 nm,分散均匀,无团聚现象;HAADF-STE证明C、N、Cu、Zn、O元素均匀分布在OCZCH纳米颗粒中;XRD显示OCZCH具有良好的ZIF-8晶型;Zeta电位证明材料修饰HA后呈明显的负电荷,证明HA成功修饰;XPS测定了掺杂的Zn和Cu电子能谱,932.4e V和952.1e V处的峰值分别属于Cu2+的Cu(2p3/2)和Cu(2p1/2)电子能谱;氧气吸附等温线测定实验显示Cu/ZIF-8的载氧能力是ZIF-8的2倍;UV-Vis吸收光谱图可见在负载了含Ce6的ZIF-8外壳后,在410 nm和640 nm处出现了明显的Ce6的特征性吸收峰;根据Ce6浓度标准曲线可计算出OCZCH中Ce6的负载率为3.2 wt%;BET分析材料孔径显示Cu/ZIF-8@Ce6/ZIF-8(CZC)较ZIF-8的表面积、孔体积和孔径均有所下降,证明Ce6被包覆在ZIF-8中;酸响应药物释放实验表明在微酸环境下,OCZCH骨架崩解坍塌,可快速释放包裹的Ce6,具有良好的酸响应性;ROS生成检测证明OCZCH在650 nm红光照射下产生了单线态氧。2.CCK-8实验显示OCZCH具有良好的生物相容性,无明显细胞毒性。3.OCZCH对变异链球菌的MIC为50μg/m L。4.Control、Ce6、CZCH、OCZCH分别在650 nm激光(5 min,120 m W/cm~2)和暗处理下对变异链球菌生物膜形成的抑制作用:(1)生物膜形成量:暗处理时,各组生物膜形成量无明显差异;光照时,各组对生物膜的抑制效果为:OCZCH+组>CZCH+组>Ce6+组>Control+组。(2)生物膜代谢活性:暗处理时,各组生物膜代谢活性基本无变化;光照时,各组对生物膜代谢活性的抑制效果为:OCZCH+组>CZCH+组>Ce6+组>Control+组。(3)细菌活/死染色:Control+组和暗处理组细菌生物膜致密,呈现大面积绿色荧光(活细菌);CZCH+和Ce6+组有一定的抑菌作用,生物膜稀疏,呈现橙色;OCZCH+组红色荧光(死细菌)占据主导,抗菌作用明显。(4)生物膜形态:SEM下放大相同倍数时,暗处理组和Control+组均显示出较为完整致密的生物膜;Ce6+组显著破坏了生物膜的致密性和完整性,降低了其厚度,生物膜分离成碎片状;CZCH+组显示出较为明显的抑制细菌聚集的现象;OCZCH+组未见生物膜形态,仅见少量分散的细菌。5.Control、Ce6、CZCH、OCZCH分别在650 nm激光和暗处理下对变异链球菌致龋毒力的影响:(1)产酸抑制能力:暗处理时,各组对变异链球菌无产酸抑制能力;光照时,各组对变异链球菌产酸能力的抑制率大小排序为:OCZCH+组>CZCH+组>Ce6+组>Control+组;OCZCH+组的抑制率高达87.4%。(2)胞外多糖实验:暗处理时,各组胞外多糖产生量基本无变化;光照时,CZCH+组和OCZCH+组较Control+组胞外多糖产生量减少。结论:1.成功制备出新型高效光动力纳米抗菌复合材料OCZCH。2.OCZCH具有良好的酸响应性、活性氧产生能力及生物相容性。3.OCZCH可以明显抑制变异链球菌生长及生物膜的形成。4.OCZCH可以明显降低变异链球菌致龋毒力。
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