第一作者：Xiang Yu, Huiling Liu

通訊作者：孫挺，周苗，郭瑞

通訊單位：佛山大學(xué)，南方醫(yī)科大學(xué)，暨南大學(xué)

研究速覽

牙周炎是一種由細(xì)菌感染引起的慢性炎癥性疾病，會(huì)導(dǎo)致牙周組織破壞。傳統(tǒng)治療方法包括潔治、根面平整聯(lián)合抗生素治療，但全身抗生素治療往往會(huì)導(dǎo)致治療部位藥物濃度不足，并產(chǎn)生不良副作用。該研究中，作者研發(fā)了一種用于局部藥物遞送的納米復(fù)合溫敏水凝膠（CFMD）。殼聚糖接枝 Pluronic? F127 水凝膠（CP）具有天然抗菌活性。該溫敏材料流入牙周袋后，在體溫下會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z相，填充牙周袋并固定納米藥物。隨著滯留在牙周袋內(nèi)的水凝膠發(fā)生降解，負(fù)載多西環(huán)素的葉酸修飾介孔生物活性玻璃納米顆粒（FA-MBG@Dox）會(huì)將鹽酸多西環(huán)素（Dox）遞送至器械及水凝膠藥物載體無(wú)法觸及的牙齦線下方，從而實(shí)現(xiàn)更深層次的抗菌、抗炎及促成骨效果。體外實(shí)驗(yàn)表明，CFMD 水凝膠具有強(qiáng)效抗菌活性，可促進(jìn)人牙周膜干細(xì)胞（hPDLSCs）分化，并誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向抗炎表型（M2 型）極化。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示，該水凝膠能有效抑制牙槽骨流失、促進(jìn)骨再生，并重塑炎癥微環(huán)境。該研究表明，具有靶向極化調(diào)控、氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)及成骨再生能力的 CFMD 水凝膠，或許能為牙周炎治療提供一種更簡(jiǎn)便、更有效的方法。

要點(diǎn)分析

要點(diǎn)一：材料設(shè)計(jì)與功能：研發(fā)了一種溫敏性抗菌納米復(fù)合水凝膠（CFMD），以殼聚糖接枝 Pluronic? F127 水凝膠（CP）為載體，負(fù)載葉酸修飾的載多西環(huán)素介孔生物活性玻璃納米顆粒（FA-MBG@Dox）。該水凝膠具有三大核心功能：一是溫敏性，注入牙周袋后在體溫下轉(zhuǎn)為凝膠態(tài)，填充并固定，實(shí)現(xiàn)藥物局部緩釋；二是抗菌性，CP 水凝膠本身有天然抗菌活性，F(xiàn)A-MBG@Dox 能將多西環(huán)素遞送至器械和普通載體無(wú)法觸及的牙齦線以下，抑制致病菌（如牙齦卟啉單胞菌、變形鏈球菌）及生物膜；三是免疫調(diào)節(jié)與成骨促進(jìn)，可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向抗炎 M2 表型極化，減輕氧化應(yīng)激，促進(jìn)人牙周膜干細(xì)胞（hPDLSCs）分化及牙槽骨再生。

要點(diǎn)二：作用機(jī)制：CFMD 水凝膠通過(guò)調(diào)控 FoxO、TNF、mTOR 等信號(hào)通路，一方面借助 FA-MBG 釋放的硅、鈣離子重塑線粒體代謝、增強(qiáng)抗氧化能力（如上調(diào) GPX1、SESN2 等抗氧化基因），引導(dǎo)巨噬細(xì)胞 M2 極化；另一方面激活成骨相關(guān)通路，協(xié)同多西環(huán)素的抗菌與抗炎作用，構(gòu)建利于牙周再生的微環(huán)境。

圖文導(dǎo)讀

圖1. CFMD 納米復(fù)合水凝膠的表征。（A）MBG、MBG-NH?和 FA-MBG 的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）；（B）MBG、MBG-NH?和 FA-MBG 的 Zeta 電位值；（C、D）MBG 和 FA-MBG 的水動(dòng)力學(xué)粒徑分布；（E）MBG 和 FA-MBG 的透射電子顯微鏡（TEM）圖像；（F）FA-MBG 的元素 mapping 圖像；（G）FA-MBG 的 X 射線能譜（EDS）圖；（H）FA-MBG 的氮?dú)馕?- 脫附等溫線；（I）FA-MBG 的孔徑分布；（J）MBG 和 FA-MBG 的熱重分析（TGA）曲線；（K）CP、MP 和 PF127 的傅里葉變換紅外光譜，顯示 MP 在 1733 cm?1 處出現(xiàn)新的吸收峰（C=O 伸縮振動(dòng)），CP 在 3471 cm?1（N-H 伸縮振動(dòng)）和 1614 cm?1（C=O 伸縮振動(dòng)）處出現(xiàn)特征峰；（L）CP 的 1H 核磁共振（1H NMR）譜圖，顯示 PF127 在 1.09 ppm（PPO 的 - CH?）和 3.48 ppm（PEO 的 - CH?CH?O-）處的特征峰，以及 2.58 ppm 處歸屬于殼聚糖氨基相鄰糖環(huán)碳上質(zhì)子的新峰；（M）20% CP 水凝膠的溫敏流變特性，顯示儲(chǔ)能模量（G'）、損耗模量（G''）和復(fù)數(shù)黏度，左 Y 軸對(duì)應(yīng) G' 和 G''，右 Y 軸對(duì)應(yīng)黏度（藍(lán)色虛線）；（N）水凝膠通過(guò)注射器擠出的圖像；（O）PF127、CP 和 CFM 水凝膠的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；（P、Q）CFMD 納米復(fù)合水凝膠中硅（Si）和鈣（Ca）離子的釋放曲線；（R）CFMD 納米復(fù)合水凝膠中多西環(huán)素的累積釋放曲線（平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差，n=3）。

圖2. CFM 納米復(fù)合水凝膠的體外細(xì)胞相容性和抗氧化作用。（A）hPDLSCs 在濃度為 100、200、300 μg/mL 的 MBG 或 FA-MBG 納米顆粒提取物中培養(yǎng) 24 小時(shí)后的細(xì)胞活力；（B）通過(guò) CCK-8 法檢測(cè) hPDLSCs 在 CP、CP/MBG 或 CFM 水凝膠提取物中培養(yǎng) 1、3、5 天的增殖情況；（C）hPDLSCs 在水凝膠提取物中培養(yǎng) 1、3、5 天后的活 / 死染色結(jié)果；（D）五組 hPDLSCs（未處理對(duì)照組、H?O?處理后分別與 CP、CP/MBG、CFM 水凝膠提取物共孵育組）的細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）DCFH-DA 染色結(jié)果；（E）ROS 熒光面積的定量分析；（F）JC-1 熒光強(qiáng)度定量分析（代表線粒體膜電位，以紅色聚集態(tài)與綠色單體態(tài)的比值表示）；（G）五組處理下 hPDLSCs 線粒體極化的 JC-1 染色結(jié)果（n=5；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

圖3. CFM 納米復(fù)合水凝膠的細(xì)胞攝取和免疫調(diào)節(jié)功能。（A）RAW264.7 細(xì)胞與 MBG@Dox 和 FA-MBG@Dox 納米顆粒孵育 6 小時(shí)后的共聚焦熒光圖像，紅色為多西環(huán)素，藍(lán)色為 DAPI 標(biāo)記的細(xì)胞核；（B）細(xì)胞內(nèi)多西環(huán)素?zé)晒鈴?qiáng)度的定量分析（n=5；**p<0.01）；（C）RAW264.7 細(xì)胞及脂多糖（LPS）激活的 RAW264.7 細(xì)胞經(jīng) CP、CP/MBG 或 CFM 提取物處理后的誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS，綠色，M1 標(biāo)志物）和 CD206（紅色，M2 標(biāo)志物）免疫熒光染色；（D）CD206/iNOS 熒光強(qiáng)度比值的定量分析；（E）不同處理組 RAW264.7 細(xì)胞中 CD86（M1）和 CD206（M2）表達(dá)的流式細(xì)胞術(shù)分析；（F）CD86?、CD206?細(xì)胞百分比及 M2/M1（CD206?/CD86?）比值的統(tǒng)計(jì)比較（n=5；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

圖4. CFM 納米復(fù)合水凝膠對(duì) hPDLSCs 成骨分化的促進(jìn)作用。（A）對(duì)照組、CP 組、CP/MBG 組和 CFM 組成骨誘導(dǎo)后 hPDLSCs 的堿性磷酸酶（ALP）染色；（B）上述四組細(xì)胞的茜素紅 S 染色（用于檢測(cè)鈣沉積）；（C）ALP 酶活性的定量分析；（D）茜素紅 S 在 490 nm 處的吸光度測(cè)量；（E-H）通過(guò)實(shí)時(shí)熒光定量 PCR（RT-qPCR）檢測(cè)四組 hPDLSCs 中成骨標(biāo)志物的相對(duì) mRNA 表達(dá)水平，包括 RUNX2（Runt 相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子 2）（E）、OCN（骨鈣素）（F）、OPN（骨橋蛋白）（G）和 COL I（I 型膠原）（H）；（I）對(duì)照組、CP 組、CP/MBG 組和 CFM 組水凝膠提取物培養(yǎng)的 hPDLSCs 中 OCN、OPN 和 RUNX2 的免疫熒光染色；（J-L）OCN（J）、OPN（K）和 RUNX2（L）的整合熒光強(qiáng)度定量分析（n=5；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

圖5. CFMD 納米復(fù)合水凝膠對(duì)牙齦卟啉單胞菌（P.g）和變形鏈球菌（S.mutans）的抗菌評(píng)價(jià)。（A）對(duì)照組、CP 組、CFM 組和 CFMD 組處理后 P.g 和 S.mutans 的代表性菌落形成圖像；（B）基于菌落計(jì)數(shù)的 P.g 和 S.mutans 定量抗菌率（%）；（C）處理后兩種細(xì)菌的活 / 死熒光染色，活細(xì)菌呈綠色，死細(xì)菌呈紅色；（D）不同水凝膠表面細(xì)菌生物膜的三維共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）圖像，顯示生物膜結(jié)構(gòu)和活性；（E）各水凝膠表面形成的 P.g 生物膜平均厚度；（F）各水凝膠表面形成的 S.mutans 生物膜平均厚度；（G）根據(jù) CLSM 圖像熒光強(qiáng)度比值確定的生物膜總體積中活細(xì)菌與死細(xì)菌的比例（n=3；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

結(jié)論

該研究成功開發(fā)了一種多功能可注射納米復(fù)合水凝膠（CFMD），該水凝膠將殼聚糖基支架與負(fù)載多西環(huán)素的葉酸修飾介孔生物活性玻璃（FA-MBG@Dox）結(jié)合，用于牙周炎局部治療。CFMD 水凝膠具有良好的生物相容性和生物降解性（4 周降解率 76.1%），注入牙周袋后能在體溫下形成凝膠，實(shí)現(xiàn)多西環(huán)素的深層持續(xù)釋放，對(duì)關(guān)鍵口腔致病菌的抑制率超 94%，并能破壞成熟生物膜；同時(shí)，它可通過(guò)葉酸介導(dǎo)的靶向作用誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向 M2 抗炎表型極化，減輕氧化應(yīng)激與局部炎癥，促進(jìn) hPDLSCs 增殖及成骨分化。在大鼠牙周炎模型中，CFMD 能顯著恢復(fù)牙槽骨體積與結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄組分析證實(shí)其通過(guò)調(diào)控 mTOR、氧化磷酸化等關(guān)鍵通路，協(xié)同實(shí)現(xiàn)抗菌、免疫調(diào)節(jié)與成骨功能。該研究為牙周炎治療提供了一種更簡(jiǎn)便有效的局部給藥策略，也為口腔及顱頜面疾病的精準(zhǔn)免疫再生治療開辟了新方向。

全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2025.09.030

參考文獻(xiàn)：Thermosensitive antibacterial nanocomposite hydrogel guiding macrophage polarization and bone regeneration for periodontitis treatment. Xiang Yu, Huiling Liu, Lingdi Chen, Xiaohui Cheng, Gang Wu, Tim Forouzanfar, Longbao Feng, Rui Guo, Miao Zhou, Ting Sun. Bioactive Materials. 2025, DOI: 10.1016/j.bioactmat.2025.09.030.