光动力疗法对种植体表面去污作用的研究进展

赵子慕 周健 于艳春 林海燕

种植体周围炎（Peri-implantitis）是一类种植术后常见的慢性炎症反应，会引起种植体周围软硬组织的炎性损伤和边缘骨丢失，如未及时治疗可导致种植体松动甚至脱落［1］，治疗的关键在于根除致病细菌和清除种植体表面的污染［2］。种植体表面去污的传统治疗方式主要为机械清创和药物治疗。然而，由于种植体表面特殊的形态特征，仅用上述方法无法彻底去除菌斑生物及致病菌［3］。光动力疗法（photodynamictherapy，PDT）是将光源和光敏剂结合起来，通过产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）以杀死细菌微生物［4］，因其具有微创、副作用小、耐药性弱等优势，近年来作为一项细菌感染的无创手术辅助治疗方法受到广泛关注。本文对PDT的作用机制及其在种植体表面去污中的应用作一综述。

1 PDT的作用机制

PDT的基本要素包括三个部分：光源、光敏剂和分子氧。通过用低频激光照射光敏剂，激发单重基态光敏剂分子电子跃迁至高能电子轨道，直至达到三重激发态。激发态的光敏剂非常不稳定，在回到基态的过程中就会发射荧光和释放热量，除此之外还会与氧分子碰撞，产生I型和II型光动力反应。其中，主要是II 型光化学反应，碰撞后光敏剂直接将能量转移给氧，生成以单线态氧为主的ROS，单线态氧是一种高效氧化生物大分子，可引诱细胞自噬、凋亡甚至坏死［5］。而在I型光动力反应中，则通过转移电子或氢原子，产生自由基后，再与氧作用产生具有细胞毒性生物的羟基自由基等ROS，造成细胞损伤［6］。

1.1 PDT的光源 PDT中光源使用的是低频激光，常选波长为630～980 nm，光源的选择（包括波长、输出功率和照射时间）取决于光敏剂的吸收峰值。常见的激光有Nd：YAG激光（800～1,100 nm）、半导体激光（800～980 nm）、氩激光（488～514 nm）、氦激光（633 nm）、CO2激光（10.6μm）和Er，Cr∶YSGG激光（2,780 nm）等。这些激光具有一定杀菌作用，可以作用于普通器械达不到的部位，如较深的牙周袋甚至种植体表面螺纹的细微结构等［7］。有体外和动物实验证实，激光可有效去除种植体表面的污染层此［8-10］。由于PDT通过游离氧和羟基自由基来发挥杀菌作用，产生耐药的可能性很小。其中，半导体激光因其体积小，且带有可弯曲的光纤，还能重复工作，操作灵活，价格低廉，作为牙科激光器为人们所普遍接受，应用广泛［11］。

1.2 PDT的光敏剂 （1）血卟啉单甲醚（hematoporphyrinmonomethyl ether，HMME）：血卟啉是第一代也是最早被用于临床治疗的光敏剂，由SCHWARTZ等从粗血卟啉中一步步进行纯化而得到，虽然具有较好的光敏效应和靶向性，但存在半衰期长、副作用大、不易穿透深层组织等缺陷［12］。HMME作为第二代光敏剂，在20世纪90年代由许德余等［13］通过对血卟啉的层析分离处理得到，与第一代相比半衰期较短、毒副作用较弱、结构更稳定，常被用来治疗葡萄酒色斑（portwine stain，PWS）［14］，在抗菌治疗方面的效果也较好［15-17］。有学者观察HMME介导的低频低强度超声对成熟稳定的金黄色葡萄球菌的影响，发现低频超声与HMME同时作用是提高生物膜渗透性的最有效途径。（2）吩噻嗪类光敏剂：是阳离子二代光敏剂，其中广泛使用的有两种，即亚甲基蓝和甲苯胺蓝，两者的理化性质较为接近，但甲苯胺蓝杀灭G+/G-菌的能力比亚甲基蓝更强［18］。亚甲基蓝是目前已知唯一能抑制活性物质和细胞因子过量产生的药物，在PDT中具有体外抗病毒活性，在非光动力学实验中具有抗菌、抗寄生虫活性，可有效治疗疟疾、尿路感染等［19］，也被认为是一种很有前途的治疗新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）的药物［20］。THESNAAR等［21］研究证实，亚甲基蓝对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄杆菌、大肠杆菌、肺炎大肠杆菌、肠母菌和白霉菌都具有一定抗菌活性，尤其是金黄色葡萄球菌和肺炎球菌。（3）赤藓红：赤藓红和绿色LED光源PDT可以有效去除附着在可吸收喷砂介质和喷砂、大颗粒、酸蚀（sand blasting，large particles，acid etching，SLA）钛表面的聚集放线菌生物膜［22］。赤藓红和花青素-3-葡萄糖苷作为光敏剂在PDT中可以有效消除牙龈卟啉单胞菌生物膜［23］。（4）其他：第三代光敏剂在上一代的基础上进行化学修饰，如用透明质酸修饰富勒烯，增强靶向性的同时还提高了单线性氧的产生率，使光动力作用于更深层的组织［24］。另有一些则与聚合物形成纳米粒子，可以提高PTD的效率。石墨烯量子点作为一种特殊类型的纳米晶体，在与姜黄素结合后，对种植体周围游离细菌和菌斑生物膜都表现出高效的抑制作用。此外，也可以通过在生物膜的形成过程中减少基因输入的表达，从而减少菌斑生物膜的形成［25］。

2 PDT对菌斑生物膜的应用

为有效去除种植体表面菌斑微生物，许多学者进行了一系列的研究，现从体外和体内研究两方面来介绍。

2.1 体外研究 是通过在钛片/钛盘上模拟种植体表面的理化特征，然后培养正常人口腔内混合菌群或在种植体周围炎时高表达的菌群，以此作为体外研究实验的模型。然而，种植体在口内与钛片/钛盘模拟环境终究是存在一定的差异，故只能作为补充证明。TOSATO等［26］研究发现，亚甲基蓝介导的PDT与过氧化氢的联合作用可以显著减少粪便杆菌和铜绿磷酸。还有研究发现，与单独治疗相比，氯己定凝胶或过氧化氢与PDT结合在根除SLA钛盘上的金黄色葡萄球菌方面更有效。由此可见，消毒剂和PDT联合使用可能是治疗种植体周围炎的有效方法。由于PDT的抗菌机制与ROS的产生有关，因此在过氧化氢存在的微环境中氧浓度升高可以增强抗菌潜力，而氯己定凝胶会引发钙的增加，Ca2+的流出也会触发ROS的生产。此外，过氧化氢的氧化发泡作用会破坏细菌的生物膜结构，使微生物进一步吸收光敏剂，而氯己定凝胶与细菌细胞膜结合也可提高光敏剂的渗透性，并提高PDT的效率［27］。ETEMADI等［28］通过评价在SLA钛盘上聚集放线菌生物膜后PDT的治疗效果，发现PDT可明显去除SLA钛盘表面形成的放线菌菌斑生物膜。因此，PDT可作为一种安全、无创的种植体表面去污方法。

2.2 体内研究 则是通过临床实验或动物实验得出结论，结论更具有参考性。WANG等［29］随机选择受试者1∶1接受PDT或不接受PDT（PDT使用甲苯胺蓝和635 nm激光进行），结果显示PDT联合机械清创可显著改善种植周围炎患者的种植体周围菌斑指数（periimplant plaque index，PLI）、沟出血指数（sulcus bleeding index，SBI），重要的是PDT比单纯机械清创能更好地改善临床附着丧失（clinical attachment loss，CAL）。RAKASEVIC等［30］将52例种植体周围炎患者分为两组，研究组用PDT对种植体表面进行去污处理，对照组用氯己定凝胶加0.9%的氯化钠溶液冲洗，结果显示PDT组探诊出血较氯己定凝胶组明显减少，植入物表面的厌氧菌被彻底清除。因此，在种植体周围炎的治疗中，PDT可作为一种外科辅助治疗方法，用于清除种植体表面及周围组织的感染。

3 小结与展望

随着人民生活水平的提高，种植义齿以其舒适、美观以及能够更好恢复咀嚼功能等优势得到了很多牙齿缺失患者的青睐。研究表明，种植体周围炎的发生率在1%～47%［31］，其中的差异主要取决于研究设计、风险因素和样本量的分布，但不可否认种植体周围炎的治疗已成为口腔种植亟须解决的问题。

种植体表面的微生物定植和生物膜形成在种植体周围炎的发生、进展中起着关键作用［32］。因此去除菌斑生物膜（去污）就显得尤为重要。然而，由于种植体表面的复杂结构形态及特性，进行有效的去污十分困难。比如，机械清创很难彻底清除菌斑且容易破坏种植体表面涂层［33］，而抗菌药物（氯己定凝胶和过氧化氢）不仅不能破坏细菌生物膜，而且在高浓度或长期暴露时对细胞有毒性，长期使用易造成口腔菌群失调［34］。

PDT作为一种新型的微创疗法，通过低频激光与光敏剂发生的光化学反应，产生的ROS可杀灭细菌、灭活细菌内毒素、改变脂多糖的生物活性等［35］，对口腔细菌性疾病的治疗有良好的效果。相较于传统治疗手段，PDT还具有低毒副作用、不引起耐药菌株、微创、可在同一部位重复操作等特点，能够最大限度保存功能、保持美观，逐渐成为口腔传染病治疗的一种很有前途的去污技术。但PDT无法清除大块的结石，故而不能代替机械清创在种植体周围炎治疗中的作用。研究显示，机械清创、抗菌药物冲洗、PDT、手术治疗的联合运用可以起到显著协同效应［36-37］。

也有学者发现，PDT对种植体周围炎有一定疗效，可以改善PLI、SBI、CAL、松动度等各项临床指标，但从长期疗效来看，PDT联合机械清创并不能获得优于单纯机械洁治以及药物治疗的效果［38］。也有研究指出，PDT辅助机械清创治疗种植体周围炎与单纯机械清创的临床效果无异［39］。

种植体周围炎的治疗在口腔种植修复中表现出越来越重要的作用，种植体表面去污作为治疗中的重要一环，目前临床常用的治疗方法局限于机械清创、局部药物处理及手术治疗，且这些治疗方法均存在不足，PDT能为种植体表面去污提供新思路，为临床治疗决策提供新指导。