羧化纳米金刚石对口腔致病菌变异链球菌的抑制作用

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目的纳米金刚石具有良好的生物相容性,同时又能抑制细菌的活力或生长,是潜在的抗菌材料,并可用于各种牙科材料。纳米金刚石的抗菌性研究目前仍然很少,其对口腔致病菌的可能抑制作用尚不清楚。本研究旨在检测羧化纳米金刚石(carboxylated nanodiamond,cND)对变异链球菌的抑制作用,并对其抗菌机制做初步探讨。方法(1)主要材料:cND样品从商业公司购买。实验口腔致病菌为变异链球菌。(2)cND表面理化性能:利用傅里叶变换红外光谱法(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)检测cND的表面特征,并验证羧基基团的存在。(3)最小抑菌浓度(minimal inhibitory concentration,MIC)的测定:96 孔板细菌+cND悬浮液在Anaero Pack System中孵育16 h,使用全自动定量绘图酶标仪Microplate Reader在600 nm波长下测定培养前后的光密度(optical density,OD)值。(4)最小杀菌浓度(minimal bactericidal concentration,MBC)的测定:100μl各种浓度cND的细菌培养溶液连续稀释10倍,在BHI琼脂培养基上培养并在37℃下孵育48 h,随后进行菌落计数,以确定每组浓度中的细菌杀灭作用。(5)时间杀伤曲线分析:配制16×MIC组、8×MIC组、4×MIC组cND悬浮液,加入细菌悬浮液,分别测量培养2 min、5 min、15 min、30 min、1h、2 h、4 h时的细菌存活量。(6)LIVE/DEAD染色检测cND对生物膜抗菌能力:取12孔板,在每个孔中置入盖玻片,培养变异链球菌生物膜,选择培养较好的4个孔,并在生物膜上分别加入50μl 16 μg/ml的cND,按照LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit进行实验,激光共聚焦显微镜拍照。(7)扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察 cND 对细菌细胞膜表面的影响:用浓度为4×MIC的cND处理变异链球菌,37℃厌氧箱培养4 h;常温条件下1800 g离心2 min,去除上清液;用磷酸盐缓冲溶液冲洗2次,再离心,去除多余上清后重悬菌液,SEM拍照。(8)透射电镜(transmission electron microscope,TEM)观察 cND 对细菌内部结构的影响:按照与SEM相同的程序制备细菌样品。细菌培养的OD600值约为0.8时,样品以1800 g离心10 min,以11000 g再次离心,添加固定溶液,TEM拍照。结果FTIR测定结果表明,cND样品具有均匀功能化羧基基团。cND对变异链球菌具有明显的抑制和杀灭作用,其MIC是4 μg/ml,MBC是16 μg/ml。时间杀伤曲线表明其杀菌效果在一定浓度范围内(16-64 μg/ml)具有时间-剂量依赖性。cND对静态下模拟变异链球菌生物膜具有一定抑制作用。SEM观察结果表明cND通过破坏变异链球菌的细胞膜发挥抗菌作用。TEM观察结果表明cND可能穿透变异链球菌细胞壁,导致细胞膜破裂,细菌表面跨膜孔形成,最终导致细菌死亡。结论cND对变异链球菌有抑制作用,在一定浓度范围内,杀菌作用具有时间、浓度依赖性,对变异链球菌生物膜也有一定抑制作用,其抗菌机制可能为破坏细菌的细胞壁及细胞膜。cND是一种潜在的抗菌牙科材料,其临床转化应用有待进一步研究。
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