集抗菌、抗氧化和促成骨功能于一体的纳米材料 | 北大口腔刘云松教授团队发表最新研究成果

集抗菌、抗氧化和促成骨功能于一体的纳米材料 | 北大口腔刘云松教授团队发表最新研究成果

近日，北京大学口腔医学院刘云松教授团队在 《生物材料》（Biomaterials）杂志上发表了题为“Core-shell structured CeO₂@ZIF-8 nanohybrids regulating the Ce(III)/Ce(IV) valence conversion to enhance ROS-scavenging capacity for periodontitis treatment”的研究。该研究针对牙周炎中病原菌感染引发的氧化还原稳态失衡是导致牙槽骨缺损的关键因素这一挑战，设计并构建了一种集抗菌、抗氧化和促成骨功能于一体的核壳结构纳米杂化材料（CeO₂@ZIF-8）。这项工作成功开发了一种能够同时实现抗菌、清除活性氧和促进成骨的多功能纳米材料，为牙周炎的综合治疗提供了新的有效策略。



牙周炎是一种影响全球高达90%人口的慢性炎症性疾病，不仅导致牙周组织（包括牙槽骨）的不可逆损伤和牙齿丧失，还与心血管疾病、糖尿病等多种全身系统性疾病密切相关。牙周炎的始动因素是牙菌斑微生物的定植，然而，传统的机械清创和抗生素治疗往往只关注抗菌，却忽略了炎症微环境中持续存在的氧化应激损伤。在慢性炎症状态下，免疫细胞会产生大量的活性氧（ROS），其产生速度远超机体的清除能力，导致氧化还原（REDOX）稳态失衡。这种氧化应激会激活破骨细胞、抑制成骨细胞功能，是造成牙槽骨吸收和愈合不良的主要原因。因此，开发一种兼具抗菌、抗氧化和促成骨三种功能的新型治疗材料，是满足牙周炎临床治疗需求的迫切方向。
氧化铈纳米颗粒（CeO₂ NPs）因其在Ce³⁺和Ce⁴⁺价态间的可逆转换，表现出类似超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，能够循环清除ROS，在牙周炎治疗中展现出巨大潜力。然而，在牙周炎的高氧化性微环境中，过量的ROS会将具有催化活性的Ce³⁺氧化为Ce⁴⁺，从而降低Ce³⁺/Ce⁴⁺比率，削弱其整体的ROS清除效率和促成骨能力。
为解决这一问题，本研究引入了金属有机框架材料（MOFs）中的沸石咪唑酯骨架-8（ZIF-8）。ZIF-8不仅是理想的纳米酶封装平台，其自身释放的锌离子还具有抗菌作用。研究团队假设，通过在CeO₂表面原位生长一层ZIF-8，构建核壳结构的CeO₂@ZIF-8纳米杂化材料，可以利用ZIF-8壳层来保护并优化CeO₂核心的Ce³⁺/Ce⁴⁺比率，从而在提供抗菌功能的同时，增强其在复杂炎症环境中的抗氧化和促骨再生能力。