光動力療法對種植體表面去污作用的研究進展

趙子慕 周健 于艷春 林海燕

種植體周圍炎（Peri-implantitis）是一類種植術后常見的慢性炎癥反應，會引起種植體周圍軟硬組織的炎性損傷和邊緣骨丟失，如未及時治療可導致種植體松動甚至脫落［1］，治療的關鍵在于根除致病細菌和清除種植體表面的污染［2］。種植體表面去污的傳統治療方式主要為機械清創和藥物治療。然而，由于種植體表面特殊的形態特征，僅用上述方法無法徹底去除菌斑生物及致病菌［3］。光動力療法（photodynamictherapy，PDT）是將光源和光敏劑結合起來，通過產生活性氧（reactive oxygen species，ROS）以殺死細菌微生物［4］，因其具有微創、副作用小、耐藥性弱等優勢，近年來作為一項細菌感染的無創手術輔助治療方法受到廣泛關注。本文對PDT的作用機制及其在種植體表面去污中的應用作一綜述。

1 PDT的作用機制

PDT的基本要素包括三個部分：光源、光敏劑和分子氧。通過用低頻激光照射光敏劑，激發單重基態光敏劑分子電子躍遷至高能電子軌道，直至達到三重激發態。激發態的光敏劑非常不穩定，在回到基態的過程中就會發射熒光和釋放熱量，除此之外還會與氧分子碰撞，產生I型和II型光動力反應。其中，主要是II 型光化學反應，碰撞后光敏劑直接將能量轉移給氧，生成以單線態氧為主的ROS，單線態氧是一種高效氧化生物大分子，可引誘細胞自噬、凋亡甚至壞死［5］。而在I型光動力反應中，則通過轉移電子或氫原子，產生自由基后，再與氧作用產生具有細胞毒性生物的羥基自由基等ROS，造成細胞損傷［6］。

1.1 PDT的光源 PDT中光源使用的是低頻激光，常選波長為630～980 nm，光源的選擇（包括波長、輸出功率和照射時間）取決于光敏劑的吸收峰值。常見的激光有Nd：YAG激光（800～1,100 nm）、半導體激光（800～980 nm）、氬激光（488～514 nm）、氦激光（633 nm）、CO2激光（10.6μm）和Er，Cr∶YSGG激光（2,780 nm）等。這些激光具有一定殺菌作用，可以作用于普通器械達不到的部位，如較深的牙周袋甚至種植體表面螺紋的細微結構等［7］。有體外和動物實驗證實，激光可有效去除種植體表面的污染層此［8-10］。由于PDT通過游離氧和羥基自由基來發揮殺菌作用，產生耐藥的可能性很小。其中，半導體激光因其體積小，且帶有可彎曲的光纖，還能重復工作，操作靈活，價格低廉，作為牙科激光器為人們所普遍接受，應用廣泛［11］。

1.2 PDT的光敏劑 （1）血卟啉單甲醚（hematoporphyrinmonomethyl ether，HMME）：血卟啉是第一代也是最早被用于臨床治療的光敏劑，由SCHWARTZ等從粗血卟啉中一步步進行純化而得到，雖然具有較好的光敏效應和靶向性，但存在半衰期長、副作用大、不易穿透深層組織等缺陷［12］。HMME作為第二代光敏劑，在20世紀90年代由許德余等［13］通過對血卟啉的層析分離處理得到，與第一代相比半衰期較短、毒副作用較弱、結構更穩定，常被用來治療葡萄酒色斑（portwine stain，PWS）［14］，在抗菌治療方面的效果也較好［15-17］。有學者觀察HMME介導的低頻低強度超聲對成熟穩定的金黃色葡萄球菌的影響，發現低頻超聲與HMME同時作用是提高生物膜滲透性的最有效途徑。（2）吩噻嗪類光敏劑：是陽離子二代光敏劑，其中廣泛使用的有兩種，即亞甲基藍和甲苯胺藍，兩者的理化性質較為接近，但甲苯胺藍殺滅G+/G-菌的能力比亞甲基藍更強［18］。亞甲基藍是目前已知唯一能抑制活性物質和細胞因子過量產生的藥物，在PDT中具有體外抗病毒活性，在非光動力學實驗中具有抗菌、抗寄生蟲活性，可有效治療瘧疾、尿路感染等［19］，也被認為是一種很有前途的治療新型冠狀病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）的藥物［20］。THESNAAR等［21］研究證實，亞甲基藍對金黃色葡萄球菌、表皮葡萄桿菌、大腸桿菌、肺炎大腸桿菌、腸母菌和白霉菌都具有一定抗菌活性，尤其是金黃色葡萄球菌和肺炎球菌。（3）赤蘚紅：赤蘚紅和綠色LED光源PDT可以有效去除附著在可吸收噴砂介質和噴砂、大顆粒、酸蝕（sand blasting，large particles，acid etching，SLA）鈦表面的聚集放線菌生物膜［22］。赤蘚紅和花青素-3-葡萄糖苷作為光敏劑在PDT中可以有效消除牙齦卟啉單胞菌生物膜［23］。（4）其他：第三代光敏劑在上一代的基礎上進行化學修飾，如用透明質酸修飾富勒烯，增強靶向性的同時還提高了單線性氧的產生率，使光動力作用于更深層的組織［24］。另有一些則與聚合物形成納米粒子，可以提高PTD的效率。石墨烯量子點作為一種特殊類型的納米晶體，在與姜黃素結合后，對種植體周圍游離細菌和菌斑生物膜都表現出高效的抑制作用。此外，也可以通過在生物膜的形成過程中減少基因輸入的表達，從而減少菌斑生物膜的形成［25］。

2 PDT對菌斑生物膜的應用

為有效去除種植體表面菌斑微生物，許多學者進行了一系列的研究，現從體外和體內研究兩方面來介紹。

2.1 體外研究 是通過在鈦片/鈦盤上模擬種植體表面的理化特征，然后培養正常人口腔內混合菌群或在種植體周圍炎時高表達的菌群，以此作為體外研究實驗的模型。然而，種植體在口內與鈦片/鈦盤模擬環境終究是存在一定的差異，故只能作為補充證明。TOSATO等［26］研究發現，亞甲基藍介導的PDT與過氧化氫的聯合作用可以顯著減少糞便桿菌和銅綠磷酸。還有研究發現，與單獨治療相比，氯己定凝膠或過氧化氫與PDT結合在根除SLA鈦盤上的金黃色葡萄球菌方面更有效。由此可見，消毒劑和PDT聯合使用可能是治療種植體周圍炎的有效方法。由于PDT的抗菌機制與ROS的產生有關，因此在過氧化氫存在的微環境中氧濃度升高可以增強抗菌潛力，而氯己定凝膠會引發鈣的增加，Ca2+的流出也會觸發ROS的生產。此外，過氧化氫的氧化發泡作用會破壞細菌的生物膜結構，使微生物進一步吸收光敏劑，而氯己定凝膠與細菌細胞膜結合也可提高光敏劑的滲透性，并提高PDT的效率［27］。ETEMADI等［28］通過評價在SLA鈦盤上聚集放線菌生物膜后PDT的治療效果，發現PDT可明顯去除SLA鈦盤表面形成的放線菌菌斑生物膜。因此，PDT可作為一種安全、無創的種植體表面去污方法。

2.2 體內研究 則是通過臨床實驗或動物實驗得出結論，結論更具有參考性。WANG等［29］隨機選擇受試者1∶1接受PDT或不接受PDT（PDT使用甲苯胺藍和635 nm激光進行），結果顯示PDT聯合機械清創可顯著改善種植周圍炎患者的種植體周圍菌斑指數（periimplant plaque index，PLI）、溝出血指數（sulcus bleeding index，SBI），重要的是PDT比單純機械清創能更好地改善臨床附著喪失（clinical attachment loss，CAL）。RAKASEVIC等［30］將52例種植體周圍炎患者分為兩組，研究組用PDT對種植體表面進行去污處理，對照組用氯己定凝膠加0.9%的氯化鈉溶液沖洗，結果顯示PDT組探診出血較氯己定凝膠組明顯減少，植入物表面的厭氧菌被徹底清除。因此，在種植體周圍炎的治療中，PDT可作為一種外科輔助治療方法，用于清除種植體表面及周圍組織的感染。

3 小結與展望

隨著人民生活水平的提高，種植義齒以其舒適、美觀以及能夠更好恢復咀嚼功能等優勢得到了很多牙齒缺失患者的青睞。研究表明，種植體周圍炎的發生率在1%～47%［31］，其中的差異主要取決于研究設計、風險因素和樣本量的分布，但不可否認種植體周圍炎的治療已成為口腔種植亟須解決的問題。

種植體表面的微生物定植和生物膜形成在種植體周圍炎的發生、進展中起著關鍵作用［32］。因此去除菌斑生物膜（去污）就顯得尤為重要。然而，由于種植體表面的復雜結構形態及特性，進行有效的去污十分困難。比如，機械清創很難徹底清除菌斑且容易破壞種植體表面涂層［33］，而抗菌藥物（氯己定凝膠和過氧化氫）不僅不能破壞細菌生物膜，而且在高濃度或長期暴露時對細胞有毒性，長期使用易造成口腔菌群失調［34］。

PDT作為一種新型的微創療法，通過低頻激光與光敏劑發生的光化學反應，產生的ROS可殺滅細菌、滅活細菌內毒素、改變脂多糖的生物活性等［35］，對口腔細菌性疾病的治療有良好的效果。相較于傳統治療手段，PDT還具有低毒副作用、不引起耐藥菌株、微創、可在同一部位重復操作等特點，能夠最大限度保存功能、保持美觀，逐漸成為口腔傳染病治療的一種很有前途的去污技術。但PDT無法清除大塊的結石，故而不能代替機械清創在種植體周圍炎治療中的作用。研究顯示，機械清創、抗菌藥物沖洗、PDT、手術治療的聯合運用可以起到顯著協同效應［36-37］。

也有學者發現，PDT對種植體周圍炎有一定療效，可以改善PLI、SBI、CAL、松動度等各項臨床指標，但從長期療效來看，PDT聯合機械清創并不能獲得優于單純機械潔治以及藥物治療的效果［38］。也有研究指出，PDT輔助機械清創治療種植體周圍炎與單純機械清創的臨床效果無異［39］。

種植體周圍炎的治療在口腔種植修復中表現出越來越重要的作用，種植體表面去污作為治療中的重要一環，目前臨床常用的治療方法局限于機械清創、局部藥物處理及手術治療，且這些治療方法均存在不足，PDT能為種植體表面去污提供新思路，為臨床治療決策提供新指導。