针对上述问题，四川大学华西口腔医院张凌琳、陆君卓团队受牙齿发育生物矿化微环境启发，构建了“一体式”MQA纳米单元（QP5/ACP@MSN），将调控肽QP5、矿化前体ACP和介孔硅载体整合为单一纳米复合物，实现功能与结构双重角色：功能上，在龋坏酸性环境中先释放Ca/P再释放QP5，同步完成釉质/牙本质仿生再矿化并激活牙髓细胞成牙本质向分化；结构上，可自组装成膜、凝胶等形态，灵活适配不同龋损界面。体外与3合1大鼠龋模型证实，MQA对初期釉质脱矿、中期牙本质破坏及深龋近髓损伤均具预防-修复-再生一体化疗效，为复杂多层次龋损提供了统一而可转化的治疗策略。该文章于2025年11月25日以《All-in-One Nanounit Embedded with Biomimetic Peptide for Comprehensive Caries Repair》为题发表于《ACS Nano》（DOI: 10.1021/acsnano.5c13970）。

MQA纳米单元示意图：一种用于多类型、多组织龋齿修复的一体化复合材料

（1）纳米单元合成与自组装表征

 PAH-稳定非晶磷酸钙前驱液与QP5肽室温混合后加入MSN，搅拌24 h，离心、洗涤、冻干得白色MQA纳米单元。电镜呈150 nm规整球形，表面介孔清晰；EDS检出Ca、P、N、S，XPS与FTIR分别出现Ca-P键和酰胺I带，证实QP5与ACP共载。XRD仅见宽泛弥散峰，ACP保持非晶态（图1B-E）。MQA经壳聚糖静电吸附自组装于静电纺胶原纤维，得MQA-Col复合膜（MQA-C）。SEM显示纳米球密集锚定，纤维网孔完整；红外同时出现Si-O-Si与胶原酰胺I、II带；水接触角由78°降至42°，拉伸弹性模量无差异（图1G-K）。37 °C、100 rpm下，pH 5.5缓冲液中Ca/P突释显著高于pH 7.4，QP5于中性环境加速释放，呈“酸-先矿化、中性-肽协同”级联（图1L）。

图1.MQA纳米单元及其自组装MQA复合物的制备与表征。(A）MQA纳米单元制备示意图。(B）MQA纳米单元的SEM图像。(C）MQA纳米单元的TEM图像及元素分布图，标示元素包括硅(Si)、氮(N)、钙(Ca)、磷(P)和硫(S)。(D）载药前后纳米单元的XPS谱图。(E）载药前后纳米单元的FTIR谱图。(F）MQA-C（MQA-胶原复合物）制备示意图。(G）MQA纳米单元组装前后电纺胶原纤维的SEM图像。(H）MQA-C的立体显微镜图像，MQA-C膜可任意裁剪。(I）MQA、Col及组装后MQA-C的FTIR谱图。(J）Col与MQA-C的弹性模量。(K）Col与MQA-C的接触角。(L）MQA纳米单元中QP5、Ca²⁺和PO₄³⁻离子的释放曲线。

（2）早期釉质龋体外再矿化

牛上颌切牙5×5 mm釉质窗经pH 4.5凝胶-缓冲液脱矿72 h，表面显微硬度降至80–180 VHN；样品按标准14 d pH循环每日4次5 min浸泡处理。SEM示脱矿后典型鱼鳞纹在MQA组消失，新生晶体同时覆盖釉柱内-柱间，柱间隙被致密封闭（图2A红箭）；NaF组柱间仍留未闭合缝隙（白箭）。MQA表面显微硬度恢复率46.95%，与NaF（50.70%）无差异，均高于MSN空白（5.48%）（图2B）。XRD中MQA组(211)、(112)峰强度最接近健康釉；TMR定量示其病变深度减少ΔLD与矿物增量ΔML均优于MSN，与NaF相当（图2C-E）。结果提示MQA借QP5模板定向及ACP持续供钙，同步重建釉柱-柱间晶体，再矿化水平与氟化物金标准一致。

图2.MQA对早期釉质龋损的体外再矿化研究。(A）完整釉质(In)、脱矿釉质(De)及不同处理釉质块的表面和截面SEM图像。(B）釉质块表面显微硬度恢复率(SMHR%)。(C）釉质表面的典型XRD图谱。(D）釉质样本的代表性TMR显微放射图像。白色箭头指示表层下方脱矿病损的宽度，MQA和NaF组病损更窄。(E）釉质样本的平均矿物含量、矿物增量(ΔML)及病损深度减少量(ΔLD)。

（3）牙本质胶原仿生矿化

重组Ⅰ型胶原漂浮网格模型中，MQA组1 d即出现(002)、(211)晶格衍射环；3 d纤维内外连续生成HAP晶体，衍射弧沿纤维长轴排列，能谱线扫Ca/P信号与纤维共定位，排除残留颗粒（图3A、B）。37%磷酸蚀2 min的人牙本质块经5 mg mL⁻¹ MQA处理30 min后转入SBF 21 d，SEM示小管及管间胶原均被晶体覆盖，管口封闭；XRD(002)、(211)峰强度恢复至健康水平，FTIR中PO₄³⁻分裂峰显著高于MSN对照（图3C-E）。PAH-ACP液态前驱体在QP5模板与MSN胶原亲和作用下同步完成纤维内-纤维外矿化，为“胶原框架保存+无机回填”提供形态学与晶体学证据。

图3.MQA在体外脱矿牙本质上的再矿化。(A）处理后的重建胶原纤维的TEM图像及相应SAED衍射图。白色星号标记选区，红色箭头指示胶原外矿物颗粒。MQA组呈现与HAP晶体相符的衍射环，晶体沿纤维方向排列，胶原纤维内外均可见明显矿化。(B）对应胶原纤维的EDS元素分布图，显示Ca和P元素。(C）完整(In)、脱矿(De)及不同处理牙本质样本咬合面及横截面的SEM图像。白色箭头指示未矿化的暴露胶原，绿色箭头指示被矿物包裹增粗的胶原纤维，红色箭头指示沉积良好的矿物颗粒及团块。(D）牙本质咬合面的典型XRD图谱。(E）牙本质咬合面的典型FTIR图谱。

（4）人牙髓细胞迁移与成牙分化

人原代牙髓细胞（hDPC）CCK-8与划痕实验显示，0–100 µg mL⁻¹ MQA无细胞毒性，24 h迁移率>80%。成骨诱导7 d，ALP染色随浓度加深，活性峰值提高2.3倍；14 d茜素红示结节状钙沉积，矿化面积38.6%，显著高于空白（图4D-F）。qPCR示Alp、Runx2、Col1、DSPP、OPN、OCN在7 d与14 d均上调，OCN峰值达空白4.8倍（图4G-I, K-M）。Western blot与染色一致，提示Ca²⁺与QP5持续释放激活hDPC迁移-分化-矿化级联。

图4.MQA对人牙髓细胞迁移和成牙分化的增强作用。(A）划痕实验在12小时和24小时的光镜图像，细胞分别与不同浓度MQA纳米单元共培养。(B）伤口闭合率的定量分析。(C）不同浓度MQA纳米单元的细胞毒性测试。(D）短期（1天和3天）及长期（14天）处理后，人牙髓细胞的碱性磷酸酶（ALP）染色和茜素红染色（ARS）。MQA组显示出显著更高的ALP活性和生物矿化产物。(E）处理7天和14天后成牙相关基因的表达。

（5）分子动力学揭示界面协同

Gromacs 2019.6构建300 ns体系：① QP5-only ② QP5-PAH-ACP，溶剂盒16 373 TIP3P水、100 Ca²⁺、60 H₂PO₄⁻，底部固定HAP(001)面（图5A）。轨迹快照示PAH-ACP存在时QP5于50 ns内由“头-对”转为“平铺”，N端Gln1、Gln4与HAP表面氧形成5–7条氢键，单独体系仅2–3条（图5C）。MM-PBSA计算结合自由能：QP5-PAH-ACP −797 ± 127 kJ mol⁻¹，单独体系−205 ± 24 kJ mol⁻¹（p < 0.0001）（图5D）。界面0.4 nm离子密度计数示PAH-ACP体系Ca²⁺密度高42%，H₂PO₄⁻高35%，波动更低（图5E）。DFT反应路径显示SOD速率控制步能垒由0.99 eV降至0.65 eV，CAT由2.49 eV降至1.25 eV，加速·O₂⁻→H₂O₂→H₂O+O₂级联（图5F）。结果提出“电荷重分布-离子浓集-肽构象锁定”三元协同模型，为MQA高效矿化提供原子级解释。

图5.分子动力学模拟。溶液中的Ca、P和O原子分别以黄色、深金色和红色表示。(A）QP5与QP5-PAH-ACP模拟体系在0、100、200、300 ns不同时间点的快照。(B）QP5与QP5-PAH-ACP模拟体系最终状态的快照。在QP5-PAH-ACP体系中，QP5以“平躺”而非“头朝”构象吸附HAP表面，并多吸附了两个氨基酸。(C）QP5-PAH-ACP体系中QP5二级结构的DSSP图谱。(D）QP5与HAP之间的氢键数量。(E）(a) QP5与(b) QP5-PAH-ACP体系中QP5与HAP的结合能。(F）距HAP界面0.4 nm范围内的(a) H₂PO₄⁻和(b) Ca²⁺离子数量，散点图显示最后100 ns离子数量的统计结果。(G）H₂PO₄⁻与HAP之间的氢键数量。(H）溶液中(a) HAP与H₂PO₄⁻及(b) HAP与Ca²⁺的相互作用能。(I） (a) H₂PO₄⁻和(b) Ca²⁺离子在HAP表面附近的径向分布。

（6）体内验证

“自然龋+丝线结扎脱矿+直接盖髓”三合一模型在同一鼠口内并行初始、中度与深龋环境：抗生素饮水→S. mutans接种→高蔗糖饲料2周→左侧上颌第一磨牙近髓洞形并暴露牙髓，右侧第一磨牙标准洞形后磷酸凝胶2 min脱矿→每日4次口腔涂抹干预4周。Micro-CT三维重建示MQA两组釉质-牙本质复合硬组织剩余体积较NaF组再提高18%（图6B）；Keyes评分中度龋（Dm）MQA-C组1.2 ± 0.4，低于NaF 2.3 ± 0.7（p < 0.01）（图6C-D）。盖髓流程：MQA-C膜覆盖穿孔→光固化树脂封闭（图7A）。冠状面Micro-CT示MQA-C膜精准封闭穿孔，新生修复性牙本质BV/TV 0.70 ± 0.05，与MTA（0.73 ± 0.06）无差异，异位钙化面积减少60%（图7B-D）。HE染色见完整成牙本质细胞层，甲苯胺蓝深染带120 μm；免疫组化OCN阳性信号局限于穿孔下方，无MTA组弥漫性钙化（图7E）。血液生化与主要脏器HE切片无异常。结果提示MQA纳米单元可在同一口腔内同步完成釉质再矿化、牙本质胶原仿生矿化及修复性牙本质再生，实现“防-修-再生”闭环。

图6.MQA在三合一龋齿大鼠模型中的体内牙釉质-牙本质保护作用。(A）三合一龋齿大鼠模型建立及后续实验设计的示意图。(B）通过micro-CT获得的大鼠下颌牙齿三维重建咬合面图像及二维矢状面图像，并应用基于密度的伪彩色。MQA组和MQA-C组显示出显著更高的硬组织密度，且因龋坏导致的牙本质暴露更少。(C）下颌磨牙釉质及釉质-牙本质区域的平均矿化密度与残余体积。这两个区域通过micro-CT分析软件的密度分区功能划分。MQA组和MQA-C组的剩余釉质-牙本质体积显著高于阳性对照（NaF）组，表明其牙本质保护效果更佳。(D）下颌磨牙的Keyes染色光镜图像及龋坏评分结果。白色虚线标示染色龋坏区域。E=釉质龋，Ds=轻度牙本质龋，Dm=中度牙本质龋，Dx=重度牙本质龋。MQA组和MQA-C组的Dm评分低于阳性对照（NaF）组，表明其在抑制中度龋进展方面具有更优效果。

图7.MQA在3合1大鼠模型中的体内牙本质再矿化与修复性牙本质形成。(A）牙本质脱矿模型与直接盖髓实验设计的示意图。(B）通过micro-CT获取的右上第一磨牙咬合面图像，并应用基于密度的伪彩色。NC和Col组的脱矿区域向牙本质深层扩展，而MQA处理组的牙本质壁密度显著更高。(C）右上第一磨牙钻洞内壁下方100 μm范围内的平均矿化密度。(D）直接盖髓操作步骤。(E）通过micro-CT获取的左上第一磨牙矢状面图像，并应用基于密度的伪彩色。MQA、MQA-C及阳性对照（MTA）组在牙髓穿孔处可见新生修复性牙本质，且髓腔变窄。(F）左上第一磨牙三级牙本质体积（骨体积，BV）与总髓腔体积（总体积，TV）的比值。(G）左上第一磨牙HE染色。白色虚线标示修复性牙本质。标尺分别为400 μm和100 μm。RD=修复性牙本质。MQA和MQA-C组中，新生修复性牙本质封闭了穿孔区域；阳性对照（MTA）组除修复性牙本质外，髓腔内还出现更多钙化。数据以均值及最小–最大值表示。