グルコース駆動型変形性複合体がバイオフィルムを除去し、炎症老化を緩和する糖尿病性歯周炎治療を実現

Glucose-driven transformable complex eliminates biofilm and alleviates inflamm-aging for diabetic periodontitis therapy.

抄録

糖尿病性歯周炎は、歯の喪失や、アルツハイマー病、動脈硬化、がんなどのより深刻な全身疾患に深く関与する糖尿病の主要な合併症である。糖尿病性歯周炎は、再起不能な感染症と高血糖による組織機能不全のため、治療が困難です。現在の治療法では、バイオフィルムの拡散反応阻害のために感染を完全に除去できず、組織機能障害を無視している。我々は、アルギン酸カルシウム（CaAlg）ハイドロゲルのシェルと、グルコースオキシダーゼ（GOx）/カタラーゼ（CAT）およびミノサイクリン（MINO）を内包するZeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) コアからなるグルコース駆動型変換複合体を設計し、CaAlg@MINO/GOx/CAT/ZIF-8 (CMGCZ) として名付けることにした。グルコース消去の反応生成物であるグルコン酸は、ZIF-8のコアを溶解し、CMGCZを柔軟性のない状態から柔軟な状態に変化させ、バイオフィルムの拡散・反応阻害を克服する複合体を容易にする。また、グルコース濃度を下げることで、マクロファージのパイロプトーシスを改善し、炎症性因子の分泌を減少させ、炎症老化を抑制し、歯周機能障害を緩和させることができる。

Diabetic periodontitis is a major complication of diabetes, which has a deep involvement in teeth loss and more serious systematic diseases, including Alzheimer's disease, atherosclerosis and cancers. Diabetic periodontitis is difficult to treat because of recalcitrant infection and hyperglycemia-induced tissue dysfunction. Current treatments fail to completely eliminate infection due to the diffusion-reaction inhibition of biofilm, and ignore the tissue dysfunction. Here, we design a glucose-driven transformable complex, composed of calcium alginate (CaAlg) hydrogel shell and Zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) core encapsulating Glucose oxidase (GOx)/Catalase (CAT) and Minocycline (MINO), named as CaAlg@MINO/GOx/CAT/ZIF-8 (CMGCZ). The reaction product of glucose-scavenging, gluconic acid, could dissolve ZIF-8 core and transform CMGCZ from inflexible to flexible, facilitating the complex to overcome the diffusion-reaction inhibition of biofilm. Meanwhile, reduced glucose concentration could ameliorate the pyroptosis of macrophages to decrease the secretion of pro-inflammatory factors, thereby reducing inflamm-aging to alleviate periodontal dysfunction.