炎性微环境下抗菌肽β防御素3及其基因修饰的金纳米颗粒修复牙周组织缺损的实验研究

It has been demonstrated that periodontitis caused by the bacteria of the dental plaque is a chronic infective disease affecting the periodontium. In order to achieve the regeneration of damaged periodontal tissue, anti-inflammation, anti-bacteria and tissue regeneration are of equal importance. Human β-defensin-3 (hBD3) has been known for anti-inflammatory, anti-bacterial and regeneration-promoting properties. Therefore, we hypothesize that hBD3 will help to promote periodontal tissue regeneration in the inflammatory microenvironment. In this project, chronic periodontitis will be induced in rats by placing a silk ligature around the upper second molars and inoculating them with Porphyromonas gingivalis. Meanwhile, root furcation tissue of Beagle dogs will be removed through the surgical approach, and combined with chronic stimulation to construct class II furcation involvement model. The functionalized gold nanoparticles by antimicrobial peptide β-defensin-3 and its gene will be transfected into periodontal ligament cells by gene and tissue engineering techniques. Then these cells will be used to treat rats with chronic periodontitis and Beagle dogs with periodontal tissue defect. We will use ICP-MS, SEM, and other techniques will be used to study unique properties of β-defensin-3 and its gene modified gold nanoparticles, including biological safety, anti-inflammation and ability to promote regeneration of periodontal tissue from both morphology and protein level. Overall, this project aims to develop new periodontal treatment in inflammatory microenvironment.

牙周炎是由菌斑微生物等所引起的牙周支持组织的慢性感染性疾病。要使已经破坏的牙周组织实现再生，抗炎、抗菌与组织再生重建同样重要。人β防御素3（hBD3）具有促进组织再生和抗菌、抗炎的特性。因此我们推测：在牙周炎性微环境下hBD3可能具有促进牙周组织再生的潜能。本项目首先通过丝线结扎大鼠双侧上颌第二磨牙，并接种牙龈卟啉单胞菌，构建慢性牙周炎动物模型，同时以手术方法去除Beagle犬根分叉组织，并结合慢性刺激构建Ⅱ°根分叉病变模型。采用基因工程和组织工程技术方法将抗菌肽β防御素3及其基因修饰的金纳米颗粒转染牙周膜细胞，然后将其用于治疗大鼠慢性牙周炎及Beagle犬牙周组织缺损，通过使用等离子质谱仪、扫描电子显微镜等多种手段，从形态学和免疫组化等多个方面分析抗菌肽β防御素3及其基因修饰的金纳米颗粒的生物安全性、抗炎能力及促进牙周组织再生的能力，为炎性微环境下的牙周治疗提供新的方法。

牙周炎是由菌斑微生物及其产物所引起的牙周支持组织的慢性感染性疾病。要使已经破坏的牙周组织实现再生，抗菌、抗炎与组织修复再生同样重要。人β防御素3（hBD3）具有抗菌、抗炎和促进组织再生的特性。金纳米颗粒（gold nanoparticles, GNPs）作为一种性能优良的纳米材料，其抗炎及促成骨效应目前也得到了广泛关注。因此我们推测：在牙周炎性微环境下hBD3和GNPs可能具有促进牙周组织再生的潜能。本课题组首先通过体外实验检测了炎症微环境下GNPs与hBD3及其基因转染对牙周膜细胞（periodontal ligament cells, PDLCs）生物学活性和成骨分化的影响，并探讨了其可能的机制。再通过构建大鼠慢性牙周炎动物模型和Beagle犬慢性牙周组织缺损模型，将hBD3及其基因转染的PDLCs和GNPs用于治疗大鼠实验性牙周炎及Beagle犬牙周组织缺损，评估hBD3及其基因转染的PDLCs与GNPs处理对牙周组织再生和牙周炎发生发展的影响。此外，我们还通过体外共培养实验和大鼠牙周缺损模型从骨免疫学的角度初步探讨了GNPs的骨免疫调节作用对PDLCs成骨和成牙骨质分化的影响，还探索了不同手性氨基酸修饰的GNPs对PDLCs成骨分化的作用差异。研究结果表明，GNPs与hBD3及其基因转染可以促进PDLCs的成骨分化，下调炎症微环境下PDLCs中炎症因子的分泌，并抑制大鼠实验性牙周炎中的炎症反应和牙周组织破坏，促进Beagle犬牙周组织缺损的修复。此外，GNPs可以通过调节巨噬细胞与PDLCs之间的作用促进PDLCs的成骨及成牙骨质分化和大鼠牙周缺损的修复。不同手性氨基酸修饰的GNPs的性能也存在差异，左旋半胱氨酸修饰的GNPs相对于右旋半胱氨酸修饰的GNPs能更有效地促进PDLCs的成骨分化和大鼠牙周组织再生。本研究揭示了GNPs与hBD3在牙周炎治疗和牙周再生中的应用潜能，为后续功能化的GNPs的开发、应用及hBD3的应用提供了依据，为炎性微环境下的牙周炎治疗带来了新的思路和策略。