青島能源所和青島市市立醫院合作開發口腔根管沖洗液抑菌效能評價新技術

文章來源:青島生物能源與過程研究 發布時間:2022/03/21
       牙髓及根尖周組織內的微生物感染可引起牙髓炎、根尖牙周炎甚至持續炎癥反應,因此在口腔根管治療過程中,根管沖洗液種類和濃度的選擇至關重要。近日,青島市市立醫院和青島能源所將重水標記單細胞拉曼技術(D2O-SCRS)首次應用于根管沖洗液抑菌效能的評價中,捕捉到了病原體已經停止生長但仍舊代謝活躍的狀態,從而以“能夠完全抑制代謝”作為新的評價標準來篩選抑菌劑的種類、濃度和組合。這不僅能減少感染的復發和難治性根尖周炎的發生幾率,還能確定根管沖洗液的最優配方或最高效使用方式,以降低藥物副作用,達到口腔精準用藥的目的。該新技術適用于所有消毒與抑菌產品的效能評價。相關成果分別發表于《細胞與感染微生物學前沿》(Frontiers in Cellular and Infection Microbiology)和《拉曼光譜學》(Journal of Raman Spectroscopy)。
基于重水飼喂單細胞拉曼的CAST-R為消毒與抑菌產品的效能評價提供了新方法
  在口腔根管治療中,機械清創不能完全去除根管表面的生物膜,還需輔以根管沖洗抑菌液以確保管間交通支、副根管等器械不易到達部位的徹底清創,是根管治療的一個重要步驟,也是最終根管治療成功的關鍵。理想的根管沖洗液應能有效控制病原體、溶解殘余牙髓組織和玷污層,并且無毒、不致敏,然而這些理想的特征往往是相斥的;且由于缺乏快速準確評估根管沖洗抑菌液對感染微生物影響的方法,臨床根管治療過程中根管沖洗抑菌液的類型、濃度、持續時間或組合的選擇往往是基于經驗。因此,迫切需要開發一種簡便且快速的檢測技術,能夠實時追蹤不同配比沖洗液處理下口腔微生物的代謝抑制狀態,進而指導臨床根管治療。
  針對以上瓶頸問題,青島市市立醫院口腔醫學中心和青島能源所單細胞中心朱鵬飛、任立輝帶領的科研小組,使用后者研制的國內外首臺“臨床單細胞拉曼藥敏快檢儀”(CAST-R),分別以白色念珠菌(真菌)和糞腸球菌(細菌)等常見根管感染微生物為模式菌株,通過單細胞中心發明的重水飼喂單細胞拉曼藥敏快檢技術(Tao Y, et al., Anal Chem, 2017),評估單細胞精度的細菌代謝活性狀態,從而分析和測定三種常用的根管沖洗抑菌液(次氯酸鈉、過氧化氫或葡萄糖酸氯己定)的抑菌程度,進而指導臨床用藥選擇,篩選更有效且副作用小的根管沖洗抑菌液濃度和配比。
  目前評估抗菌劑療效通?;谧钚∫志鷿舛龋∕IC),在MIC劑量下,盡管細胞生長停止,但仍然存在代謝活動,處于這種“非生長但代謝活躍”(NGMA)狀態的病原菌仍可能導致潛在的復發性感染。對此,科研人員使用CAST-R,測量了不同試劑的MIC-MA,即基于代謝活性的最低抑菌濃度,在MIC-MA劑量下,所有微生物細胞的代謝活動完全停止。此外,研究發現,不同根管沖洗液的更低濃度(即未達到MIC-MA濃度)聯合用藥,可達到與單一沖洗液MIC-MA劑量用藥相當的代謝抑制作用。由于每種根管沖洗液濃度越低,副作用就越少,因此聯合應用更有效、更安全。
  綜上所述,CAST-R儀器和MIC-MA指數可為根管沖洗液的定量評價、治療方案的合理篩選和抑菌藥物的準確應用提供普遍適用的解決方案,普遍適用于真菌、細菌等微生物。此外,基于前期單細胞中心開發的表征細胞應激特異性反應的RBCS(細胞應激拉曼條形碼)(Lin T, et al., Sci Rep, 2016),推導出口腔致病微生物-沖洗液的時間特異性反應條形碼。相較于傳統的單細胞應激反應分析方法如形態學分析、熒光生物傳感器或轉錄組分析,RBCS具有單細胞精度快速、無標記、無損評價每種刺激物特異細胞反應等優點,代表著一種患者個性化、低成本的細胞應激反應全景視圖,具有重要的臨床應用前景。
  值得注意的是,感染根管內的微生物處于多菌種生物膜狀態,可能比純培養物微生物有更高的耐藥性。一旦發現生物膜中的耐藥微生物單細胞,可利用單細胞中心研制的單細胞拉曼分選-測序耦合系統(RACS-Seq)或高通量流式拉曼分選儀(FlowRACS),解析其高質量的全基因組(Xu T, et al, Small, 2020),從而解析臨床高耐藥菌的原位功能及其基因組異質性機制。
  該工作由青島市市立醫院口腔醫學中心和青島生物能源所單細胞中心合作完成,得到了國家自然科學基金委、中國科學院等的支持。(文/劉育含 圖/劉育含 于寧芙)
  原文鏈接:
  Yuhan Liu#, Yuying Ma#, Lijuan Zhang#, Xi Sun, Jiazhen Yang, Xiuzhen Li, Fan Li, Rongze Chen, Pengfei Zhu, Jian Xu, Fang Yang*. Single-cell Raman microspectroscopy-based assessment of three intracanal disinfectants’ effect on Enterococcus faecalisJournal of Raman Spectroscopy 2022. https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jrs.6311  
  Fan Li#, Lihui Ren#, Rongze Chen, Xi Sun, Jian Xu, Pengfei Zhu*, Fang Yang*. Assessing efficacy of clinical disinfectants for pathogenic fungi by Single-cell Raman Microspectroscopy. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 2022. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcimb.2022.772378/abstract 
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