龋齿（蛀牙）是最常见和代价最高的慢性疾病之一，给全世界23亿人带来难以忍受的痛苦。龋齿的发展是一个漫长而复杂的过程，这取决于牙齿表面微生物生物膜（牙菌斑）的形成。为了抑制生物膜的形成，大多数市售口腔护理产品都含有预防龋齿的成分，例如洗必泰 (CHX) 和氟化物。然而，它们都不能调节生物膜组成或其毒力，并可能导致牙齿变色。除了根除生物膜外，人们对良好牙齿外观的需求也在增加。各种来源的污渍会显著改变牙齿的颜色，例如吸烟、饮用富含单宁的饮料（例如茶）和滥用抗菌剂（如CHX）。因此，牙齿美白已成为公众最需要的牙科治疗之一。

鉴于此，武汉大学陈实教授、辜美佳博士/哈尔滨工业大学（深圳）赵恩贵助理教授/瑞典卡罗林斯卡医学院（香港）Sijie Chen课题组通过使用具有聚集诱导发光特性的光敏剂 (DTTPB)，开发了可以同时抑制牙齿生物膜和促进牙齿美白的高效光动力治疗策略。DTTPB可以有效灭活变形链球菌，并通过抑制与细胞外聚合物合成、细菌粘附和超氧化物还原相关的基因的表达来抑制生物膜的形成。与CHX联合处理可进一步增强其抑制性能。此外，DTTPB对有色唾液涂层羟基磷灰石和临床牙齿均表现出优异的牙齿美白效果，优于30%双氧水美白效果的同时对牙齿几乎无损伤。DTTPB还表现出优异的生物相容性，对小鼠红细胞的溶血作用可忽略不计，对哺乳动物细胞几乎没有杀伤作用。相关实验结果发表于《Advanced Science》。

DTTPB对浮游变形链球菌的光动力杀菌效果

DTTPB具有D-π-A结构，三苯胺基团和二噻吩作为电子供体，碳-碳双键作为π-桥，吡啶鎓基团作为电子受体。DTTPB带有一个带正电荷的头部和两个疏水性尾部，它模仿生物膜上磷脂的结构，并可以通过静电相互作用和疏水相互作用与细菌细胞包膜相互作用。实验结果表明，DTTPB介导的PDT导致细菌膜破坏，并诱导细胞内内容物的挤出，具有令人满意的杀菌性能。

图1 | DTTPB的光动力抗菌作用。

DTTPB介导的PDT抑制生物膜形成

由于变形链球菌是牙齿上生物膜形成的主要病原体，因此对变形链球菌具有良好杀灭作用的DTTPB有望抑制生物膜的形成过程。当变形链球菌用DTTPB介导的PDT预处理时，其生物膜形成受到抑制，而单独用DTTPB或单独光照射处理的变形链球菌在相同的实验条件下仍能形成生物膜。为了更深入地了解DTTPB介导的PDT抑制生物膜形成的潜在机制，作者确定了变形链球菌中生物膜相关基因的表达水平。gtfB、gtfC和gtfD基因与EPS合成有关。结果表明，除了通过PDT直接破坏变形链球菌的生物分子外，DTTPB及其致敏的ROS还可以下调与EPS合成、细菌粘附和超氧化物还原相关的基因，这些基因可以共同作用并抑制变形链球菌形成生物膜。

图2 | DTTPB对生物膜形成的光动力抑制。

PDT与氯己定联合治疗的体外口服模型

DTTPB介导的PDT和CHX的联合治疗不仅可以杀死变形链球菌，但也会降低胞外聚合物（EPS）。在这个过程中，DTTPB敏化了ROS的产生，ROS可以氧化细胞成分和EPS，分别诱导抗菌作用和生物膜降解作用。此外，DTTPB的两亲性使其能够作为去污剂渗透到EPS的疏水区域，有利于生物膜的降解。作者还在体外口腔模型上进行了SEM表征，其中唾液涂层的羟基磷灰石（薄膜涂层的牙齿模拟物）sHA圆盘用作模拟牙齿的基底。观察到类似的形态趋势。

图3 |在玻璃上用DTTPB和CHX联合处理后确定变形链球菌生物膜形态变化的实验过程示意图及SEM实验图像。

DTTPB具有高效无损牙齿美白功能

在临床牙齿美白中，双氧水用于氧化色斑。由于双氧水是PDT中的活性氧之一，可以假设具有高光敏能力的DTTPB可能适用于牙齿美白。因此，研究人员探索了DTTPB在牙齿美白方面的潜力。结果显示，单独用DTTPB处理的sHA明显变白，这表明DTTPB可以促进牙齿美白。

图4 | DTTPB的美白效果。

DTTPB的生物相容性

作者通过CCK 8实验证明，DTTPB对细胞不产生影响。在这项工作中，作者通过溶血实验和荧光染色进一步评估了其生物相容性。在DTTPB浓度为40 µm时，其PBS溶液保持无色，这表明溶血率较低。通过测量这些溶液在540 nm 处的吸光度，可以计算溶血率。以去离子水溶血率为100%，5% 双氧水导致溶血率高达120% 以上，而40 µm的DTTPB溶血率可忽略不计，说明DTTPB的溶血率很高。作者还通过使用Calcein AM和碘化丙啶 (PI) 作为指示剂进行荧光染色，以直观地了解其细胞相容性。使用高达20 µm的MRC-5细胞孵育DTTPB ，不会干扰所有MRC-5细胞发出绿色荧光的细胞活力。然而，5%的双氧水几乎杀死了所有被PI染色并呈现红色荧光的细胞。这些结果清楚地证明了DTTPB良好的生物相容性。

图5 | 测定DTTPB生物相容性实验。

结论：在这项工作中，作者报告了DTTPB介导的PDT同时消除生物膜和美白牙齿。DTTPB具有聚合诱导发光活性，具有高ROS敏化效率。它可以通过静电和疏水相互作用与细菌结合。在光照射下，它产生的ROS有效地消除浮游细菌。此外，DTTPB介导的PDT还可以通过下调与EPS合成（gtfB、gtfC和gtfD）、细菌粘附（srtA）和超氧化物产生（nox和sodA ）相关的基因来抑制生物膜的形成。由于DTTPB的ROS敏化能力和两亲性，它也可以根除生物膜，导致生物膜生物量和生物膜平均厚度显着降低。另外，DTTPB在低浓度（20 µm）和短时间内（60 分钟）表现出优异的美白牙齿性能，对牙齿无损伤，对血细胞和人类成纤维细胞具有出色的生物相容性。DTTPB有望在临床上得以推广，以实现同时抑制生物膜形成和牙齿美白的实际应用。