内容提要
本研究使用了聚集诱导发射探针MeOTpy，用于龋齿的即时分子检测和光动力治疗。MeOTpy与致龋细菌特异性相互作用，在与细菌结合时显示明亮的荧光，并在白色光照射下产生活性氧。这种聚集诱导的光敏性使得能够通过牙菌斑样品中的荧光检测来快速评估龋齿疾病，从而便于识别用MeOTpy治疗的龋齿中的病变部位。此外，通过离体培养从患有严重早期儿童龋齿的儿童中分离的生物膜，实现了致龋生物膜的光动力学抑制。MeOTpy还有效地预防龋齿，同时在大鼠幼仔的致龋感染模型中保持口腔微生物多样性。
MeOTpy通过经典的缩合反应合成。在模拟生理条件（PBS缓冲液，0.01 M，pH 7.4）下测试了MeOTpy的光物理性质。MeOTpy在400〜600 nm范围内有明显的吸收，表明其具有较强的可见光吸收能力。其次，根据MeOTpy在各种极性溶剂中的溶解度不同，探讨了MeOTpy在DMSO/甲苯混合溶剂中的AIE特性。MeOTpy的发射光谱，在聚集状态下荧光增强约17倍（99.8%甲苯）比溶解状态（纯DMSO），表明MeOTpy具有AIE性质。同时，在488nm的激发下，聚集态的最大荧光发射位于650nm，具有162nm的大斯托克斯位移。此外，与在DMSO中相比，MeOTpy在固体中具有更高的量子产率（7%动态光散射分析进一步证实了MeOTpy的聚集态和扫描电子显微镜（SEM）实验。在DMSO/H2O混合物中也获得了类似的结果此外，在长时间白光照射下，MeOTpy显示出良好的光稳定性。然后评估了MeOTpy的选择性G+细菌靶向，当G+细菌（包括龋齿相关变异链球菌和乳酸杆菌）加入到MeOTpy中时，在620 nm处观察到最大荧光发射峰，这主要是由于MeOTpy的阳离子电荷和疏水性限制了MeOTpy的分子内旋转。随着G+菌浓度的增加，荧光强度逐渐增强，与109CFU mL-1的变异链球菌和乳酸杆菌共孵育后，MeOTpy在620nm处的荧光发射分别增强了18.2倍和14.2倍，与MeOTpy孵育的G-阴性共生细菌大肠杆菌和口腔机会性G-病原体牙龈卟啉单胞菌的荧光增强较低G+细菌发射。反应动力学曲线显示，在加入MeOTpy探针后，G+细菌的荧光强度在约60秒内迅速达到平台，提示MeOTpy对G+细菌具有快速、有效的反应，其对G+细菌的选择性成像然后通过探测包括变异链球菌和大肠杆菌在内的活跃生长的细菌细胞的混合悬浮液来研究G-细菌。获得的共聚焦图像清楚地显示，球形变异链球菌选择性地诱导了不同的荧光，而不是杆状大肠杆菌，甚至可以用肉眼观察到。时间依赖性荧光成像进一步证明，G+细菌可在30 s内被MeOTpy快速点燃，G +/G-的不同信号可持续20 min以上。综合起来，上述结果表明MeOTpy可以快速、选择性和稳定地对G+致龋细菌成像。
为了实现更好的临床实践和口服应用，使用商业LED白色光作为光源。MeOTpy在白色光照射下表现出上级的时间依赖性ROS产生能力（10 mW cm−2）。此外，使用荧光探针SOSG、H2O2探针、CGG CA 和苯甲酸来鉴定氧化物种，结果表明MeOTpy在白色光照射下主要产生1O2-、1 O2和H2O2）。并且通过电子顺磁共振（EPR）实验也证实了相同的结果接下来，基于其高效的ROS产生效率和靶向性能，通过平板计数法研究MeOTpy对G+细菌的靶向杀伤作用。MeOTpy（0-7 μM）在黑暗条件下处理15 min后，变形链球菌和大肠杆菌在琼脂平板上增殖良好，表明MeOTpy对G+菌和G-菌均无明显的黑暗毒性。在白色光照射下，MeOTpy对G+菌的杀灭效果上级，当MeOTpy浓度增加到7 μM时，根除率接近100（10 mW cm-2）15 min，MeOTpy对G−菌的杀灭作用很小，琼脂平板照片证实MeOTpy能选择性杀灭G+菌细菌通过PDT。随后，扫描电子显微镜图像显示，在白色光照射下，MeOTpy处理后，变形链球菌的形状明显受损。此外，大肠杆菌的形态在所有条件下都保持完整。这些结果提供了直接证据，证明MeOTpy光动力学产生活性氧来杀死G+细菌。基于4-甲基吡啶部分的AIE探针可以通过静电吸引和疏水相互作用结合/插入细菌细胞膜。为了揭示MeOTpy介导的PDT用于选择性杀伤的机制，测试了用MeOTpy处理之前和之后的变形链球菌和大肠杆菌的ζ（ζ）电位。在用MeOTpy处理之后，G+细菌的等电点电位达到更正值，而G-E. coli的等电点电位几乎没有变化，表明MeOTpy可以更好地与G+细菌相互作用，G+细菌的细胞膜极化增强，结果表明，MeOTpy通过上级膜结合、膜去极化和ROS介导的局部细胞破坏作用，对G+菌产生选择性杀伤作用。
在离体口腔龋细菌生物膜模型上研究MeOTpy的PDT性能，该模型通过将从SECC儿童收集的牙菌斑覆盖在从健康志愿者分离的牙釉质基质上而建立在此，在PDT处理后，可以在生物膜内观察到SYTOX染色的死细菌，其与MeOTpy信号重叠值得一提的是，在生物膜形成过程中，每天重复PDT处理后，生物膜的结构呈现稀疏的丝状状态另外，在用MeOTpy进行PDT处理后，生物膜的重量减少了18。此外，通过光学轮廓仪获得的视觉成像表明，与其它组相比，用白色光照射的MeOTpy处理的牙釉质没有明显的釉质表面损伤并且表面粗糙度值显著更低。综上所述，这些结果证明MeOTpy介导的PDT可以有效地抑制变形链球菌的产酸，并进一步抑制致龋生物膜的形成。
采用标准CCK-8法和活-死染色法，用HGF-1细胞检测了MeOTpy的生物毒性，10 µM MeOTpy处理20 min+黑暗培养24 h后，细胞存活率仍在95%以上。与活-死染色试验的结果一致，这些数据说明MeOTpy在杀菌浓度下对活细胞无光毒性和暗毒性。在大鼠幼鼠的啮齿动物模型上进行了MeOTpy介导的龋齿PDT的治疗效果。感染的大鼠分别用PBS（对照）、MeOTpy加黑暗（MeOTpy+黑暗）和MeOTpy加光照（MeOTpy+光照）局部处理21天。来自MeOTpy+Light组小鼠的代表性照片显示，与其他组相比，损伤严重程度显著降低。龋齿发展的抑制进一步通过微计算机断层扫描证实（Micro-CT）观察受损釉质结构。Keyds龋齿评分揭示MeOTpy+光处理显著降低了龋齿的发生率，并抑制了牙沟表面和光滑表面的广泛的釉质损伤。提示MeOTpy可有效抑制早期龋齿的发生。
总结
本研究强调了AIE探针MeOTpy作为快速检测和光动力学治疗龋齿的新工具的潜力。MeOTpy不仅可以通过其明亮的荧光有效地可视化致龋病变，还可以促进活性氧的产生以对抗病原菌。我们的研究结果表明，MeOTpy通过荧光检测增强了龋齿疾病的评估，在大鼠模型中成功的光动力学抑制致龋生物膜和预防龋齿强调了这种方法的治疗功效。
参考文献
Molecular Diagnosis and Therapy of Dental Caries by Oral Microbiome-Selective Aggregation-Induced Photosensitivity,Yandi Zhang,Wenjun Wang,Xiaoru Yang,Xuanmeng An ,Xiaoyi Liu ,Weiwei Zha1, Lina Zhu ,Ting Wang,Ying Wang, Yi Chen,Junkun Feng,Jinlong Shao, Xuedong Zhou,Ben Zhong Tang ,Shaohua Ge ,Jianhua Li,Aggregate, 2025; 0:e733,https://doi.org/10.1002/agt2.733
