飞秒激光在牙本质生物膜抗菌中的突破：根管治疗新希望

研究人员为解决根管感染问题，研究飞秒激光（fs-laser）对牙本质生物膜抗菌效果，发现其能有效清除，有临床应用潜力。

　　

飞秒激光在口腔医学领域的抗菌新探索

在口腔健康的世界里，根尖周炎（Apical periodontitis，AP）如同一个隐藏的 “口腔杀手”，悄无声息地影响着人们的生活。据统计，它在成年人群中的患病率高达 52%，超过半数的患者会遭受疼痛的折磨，牙槽骨被破坏，甚至面临牙齿被拔除的困境，严重降低了生活质量。而根管内的微生物定植，就是引发根尖周组织炎症和破坏的 “罪魁祸首”，因此，寻找有效的抗菌方法来控制根管内感染，成为了口腔医学领域亟待解决的重要问题。

粪肠球菌（Enterococcus faecalis，E. faecalis）作为一种革兰氏阳性兼性厌氧菌和条件致病菌，频繁出现在持续感染的根管中。相关研究通过培养和 PCR 检测发现，在根管治疗失败的病例中，它的定植率在 24% - 77% 之间。具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum，F. nucleatum），这种革兰氏阴性厌氧菌，在根管中也常常高频率出现，尤其是在原发性根管感染中。它不仅能促进细菌的表面粘附和聚集，还会激活炎症反应，加剧病情的发展。

传统的根管消毒面临着重重挑战。细菌形成的生物膜就像一层坚固的 “保护膜”，由多糖、蛋白质和核酸组成的细胞外聚合物基质（Extracellular polymeric substance，EPS），赋予了细菌对抗免疫系统和抗菌药物的强大能力，让常规消毒方法难以奏效。根管系统复杂的解剖结构，如峡部、侧支根管和牙本质小管，更是为细菌提供了 “避风港”，使得消毒过程困难重重。

为了攻克这些难题，武汉大学口腔医学院的研究人员开展了一项关于飞秒激光（Femtosecond laser，fs-laser）对牙本质上粪肠球菌和具核梭杆菌生物膜抗菌效果的研究。该研究成果发表在《BMC Oral Health》杂志上，为根管消毒带来了新的希望。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱（Raman）探针分析牙本质切片的化学成分；利用光学轮廓仪评估飞秒激光消融牙本质凹槽的形态，并通过数学模型确定飞秒激光消融 fluence 阈值；运用生长曲线法、共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和扫描电子显微镜（SEM）分析等技术，评估不同飞秒激光照射剂量对生物膜的抗菌效果；还使用光谱仪观察飞秒激光照射过程，全面深入地探究飞秒激光在根管消毒中的作用。

在研究结果方面，研究人员首先对牙本质消融 fluence 阈值进行了测定。通过 FTIR 和 Raman 光谱分析发现，磷酸根（PO43??）的峰强度与飞秒激光牙本质消融 fluence 阈值呈正相关。经过一系列实验和分析，确定了安全的 fluence 阈值为1.8J/cm2。

接着，研究人员探究了飞秒激光剂量对生物膜的影响。实验结果显示，飞秒激光的抗菌效果随着照射 fluence 或时间的增加而增强。对于粪肠球菌生物膜，0.5J/cm2的飞秒激光无法有效清除，而1.5J/cm2持续 15 秒的照射，其抗菌效果与 2.5% 次氯酸钠（NaOCl）相当，当 fluence 提升至1.8J/cm2，仅需 10 秒照射，抗菌效果就超越了 2.5% NaOCl。对于具核梭杆菌生物膜，1J/cm2照射 10 秒的效果优于 2.5% NaOCl，1.8J/cm2照射 5 秒几乎能完全清除生物膜。

在对牙本质上生物膜的抗菌效果研究中，1.5J/cm2持续 20 秒的飞秒激光处理后，CLSM 和 SEM 图像显示，它能有效消除牙本质表面的粪肠球菌和 EPS，处理后的牙本质表面无生物膜结构，而 2.5% NaOCl 处理后仍有残留细菌。对于具核梭杆菌生物膜，飞秒激光和 NaOCl 的生物膜清除效果相似。

在牙本质小管的抗菌效果研究中，飞秒激光展现出了强大的实力。它能有效消除牙本质小管内的活细菌和死细菌，仅留下牙本质的背景荧光。相比之下，2.5% NaOCl 虽然能杀死大部分细菌，但在小管深处仍有细菌残留。CLSM 定量分析表明，飞秒激光照射后活细菌的绿色荧光显著降低，且杀菌深度是 2.5% NaOCl 的两倍。

此外，研究人员还对飞秒激光照射对牙本质表面微硬度的影响进行了测试。结果发现，飞秒激光处理不会改变牙本质表面微硬度，而 2.5% NaOCl 溶液会显著降低其微硬度。

在对飞秒激光诱导的等离子体和元素光谱的观察中，发现飞秒激光在生物膜中诱导产生的等离子体在中心区域密度较高。通过光谱分析，确定了等离子体中包含金属元素（Na、K、Ca、Mg）、非金属元素（C、O、N、P）和分子带（C - N），且粪肠球菌和具核梭杆菌生物膜产生的等离子体元素组成相似，但某些元素强度存在差异。

研究结论和讨论部分指出，飞秒激光能够有效去除牙本质上的粪肠球菌和具核梭杆菌生物膜，并根除牙本质小管内的细菌，同时不会损害牙本质的微硬度或结构完整性。这一研究结果为飞秒激光作为一种新型的根管消毒策略提供了理论依据，尽管目前还存在一些局限性，如仅测试了单物种生物膜、激光参数有待优化以及需要进一步的体内研究验证等，但它依然为未来根管治疗的发展指明了新的方向，有望在临床应用中发挥重要作用，为广大患者带来更好的治疗体验。