超声介导等离子体活化微泡对粪肠球菌生物膜感染控制及通信系统调控的研究

More than 80% clinical infection diseases are related with bacteria biofilm. Chronic periapical periodontitis and periodontitis are representative diseases caused by biofilms. Although antibiotics play an important role in the treatment of biofilm infections at last decades, the inevitable “screening effects” could lead to antimicrobial resistance. The communication system has been proved to be play an important role in regulating various behaviors and physiological functions of bacteria, which has been a cutting-edge technology in treating biofilm infection. The previous study has proved that the plasma activated microbubbles (PAM) has huge potential in treating biofilm. Thus, the present study takes the quantitative control of free radical release, and the preparation method of stable and highly efficient PAM. Then, the enterococcus faecalis biofilm infection model will be built to verify the bactericidal effects. At last, the internal mechanisms of PAM to CyR1/CylR2 at mono-species biofilm and AI-2 in polymicrobial biofilm communication systems will be invested.

细菌生物膜是导致超过80%感染性疾病的主要原因，口腔临床中常见的慢性根尖周炎以及牙周炎等感染性疾病均是生物膜引起。尽管抗生素在治疗生物膜感染时具有重要作用，但易引起耐药，产生“超级细菌”。细菌之间存在着通信系统，调控着细菌的多种行为和生理功能，调控通信系统已成为替代/补强生物膜感染的前沿策略。前期研究表明ROS在生物膜调控方面潜力巨大。故而，本项目以等离子体中ROS的定量控制释放作为着眼点，进一步探索稳定高效离子体活化微泡的制备方法和工艺，为等离子体中ROS的定量控制释放提供新思路；其次，通过在牙齿根管内建立粪肠球菌感染模型，在超声介导下，通过等离子体微泡将ROS输送到组织深层，破坏生物膜的胞外多聚物，进而实现生物膜的彻底杀灭作用；最后，我们尝试探究等离子体活化微泡对粪肠球菌生物膜中CyR1/CylR2以及混合生物膜通信系统中AI-2的干预机制，为临床治疗提供实验和理论支持。

本项目完成了低温等离子体活化微泡的制备以及生物膜杀菌以及清除结果的评价，与低温等离子体，等离子体活化水相比较，通过改良二次乳化法制备的等离子体活化微泡，理化性质较为稳定，通过对等离子体活化微泡中的关键活性成分进行分析，其同样可以携带气态等离子体以及等离子体活化水中的关键活性成分，特别是与等离子体活化水中相比较，长效自由基的含量为主，并且在超声介导下可以实现活性成分的控释，其释放量与等离子体活化微泡的浓度呈现正相关。进一步，为了模拟临床真实感染水平，本项目以离体牙作为实验对象，建立细菌生物膜感染模型，扫描电镜以及激光共聚焦显微镜结果表明，已成功建立生物膜感染模型；杀菌结果表明，单纯等离子体活化水组具有较好的生物膜杀菌作用，但是对于生物膜的清除作用较为有限，单纯的等离子体活化微泡杀菌作用非常有限，只有在超声介导后才能发挥优异的杀菌作用以及生物膜清除作用。与此同时，等离子体活化微泡能够对粪肠球菌单一生物膜以及混合生物膜群体感应系统的关键因子进行调控，从而干扰生物膜的形成以及降低毒性。本项目的实施，为口腔临床中常见的生物膜感染性疾病，如慢性根尖周炎、牙周炎等生物膜感染性疾病，提供更为精准治疗的新策略。