Near-Infrared-Enhanced Dual Enzyme-Mimicking Ag–TiO2–x@Alginate Microspheres with Antibactericidal and Oxygeneration Abilities to Treat Periodontitis

牙周炎 生物膜 牙龈卟啉单胞菌 活性氧 微生物学 材料科学 过氧化氢酶 体内 细菌 化学 生物 医学 牙科 生物化学 生物技术 遗传学
作者
Xinzhi Tan,Suru Liu,Xingyu Hu,Ruitao Zhang,Xiaofan Su,Ruojing Qian,Yao Mai,Zhaoyu Xu,Jing Wei,Weidong Tian,Xie Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (1): 391-406 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acsami.2c17065
摘要

The effective treatment for periodontitis is to completely and sustainedly eradicate the bacterial pathogens from the complex periodontal pockets. Local sustained-release antibiotics as a complementary treatment after scaling and root planning can sustainedly combat bacterial pathogens in the periodontal pockets to help treat the disease, but the increasing concern of bacterial resistance limits its future use. Here, we reported a local antibacterial system based on microsized multifunctional Ag-TiO2-x encapsulated in alginate (ATA) microspheres. We confirmed that ATA displayed strong photothermally enhanced dual enzyme-mimicking (peroxidase-like and catalase-like) activities and weak photocatalytic activity under 808 nm near-infrared (NIR) irradiation, which could boost the generation of reactive oxygen species (ROS) and O2 in the presence of low-level H2O2. As a result, the ATA/H2O2/NIR system exhibited efficient antibacterial activity against Porphyromonas gingivalis and Streptococcus gordonii in both planktonic and biofilm forms. With the help of ROS, ATA could release Ag+ in concentrations sufficient to inhibit periodontal pathogens as well. Moreover, the in situ-generated oxygen was supposed to alleviate the local hypoxic environment and would help downregulate the lipopolysaccharide-mediated inflammatory response of periodontal stem cells. The in vivo rat periodontitis treatment results demonstrated that the ATA/H2O2/NIR system reduced the bacterial load, relieved inflammation, and improved tissue healing. Our work developed a new local prolonged bactericidal and oxygenation system for enhanced periodontitis. Avoiding the usage of antibiotics and nanomaterials, this strategy showed great promise in adjunctive periodontitis treatment and also in other biomedical applications.
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