《BM》佛大孫挺/南方醫周苗/暨大郭瑞：熱敏抗菌納米復合水凝膠引導巨噬細胞極化和骨再生治療牙周炎

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，南方醫科大學，暨南大學

研究速覽

牙周炎是一種由細菌感染引起的慢性炎癥性疾病，會導致牙周組織破壞。傳統治療方法包括潔治、根面平整聯合抗生素治療，但全身抗生素治療往往會導致治療部位藥物濃度不足，并產生不良副作用。該研究中，作者研發了一種用于局部藥物遞送的納米復合溫敏水凝膠（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，在體溫下會轉變為凝膠相，填充牙周袋并固定納米藥物。隨著滯留在牙周袋內的水凝膠發生降解，負載多西環素的葉酸修飾介孔生物活性玻璃納米顆粒（FA-MBG@Dox）會將鹽酸多西環素（Dox）遞送至器械及水凝膠藥物載體無法觸及的牙齦線下方，從而實現更深層次的抗菌、抗炎及促成骨效果。體外實驗表明，CFMD 水凝膠具有強效抗菌活性，可促進人牙周膜干細胞（hPDLSCs）分化，并誘導巨噬細胞向抗炎表型（M2 型）極化。體內實驗顯示，該水凝膠能有效抑制牙槽骨流失、促進骨再生，并重塑炎癥微環境。該研究表明，具有靶向極化調控、氧化應激調節及成骨再生能力的 CFMD 水凝膠，或許能為牙周炎治療提供一種更簡便、更有效的方法。

要點分析

要點一：材料設計與功能：研發了一種溫敏性抗菌納米復合水凝膠（CFMD），以殼聚糖接枝 Pluronic? F127 水凝膠（CP）為載體，負載葉酸修飾的載多西環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為凝膠態，填充并固定，實現藥物局部緩釋；二是抗菌性，CP 水凝膠本身有天然抗菌活性，FA-MBG@Dox 能將多西環素遞送至器械和普通載體無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；三是免疫調節與成骨促進，可誘導巨噬細胞向抗炎 M2 表型極化，減輕氧化應激，促進人牙周膜干細胞（hPDLSCs）分化及牙槽骨再生。

要點二：作用機制：CFMD 水凝膠通過調控 FoxO、TNF、mTOR 等信號通路，一方面借助 FA-MBG 釋放的硅、鈣離子重塑線粒體代謝、增強抗氧化能力（如上調 GPX1、SESN2 等抗氧化基因），引導巨噬細胞 M2 極化；另一方面激活成骨相關通路，協同多西環素的抗菌與抗炎作用，構建利于牙周再生的微環境。

圖文導讀

圖1. CFMD 納米復合水凝膠的表征。（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 的水動力學粒徑分布；（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 的氮氣吸附 - 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 處出現新的吸收峰（C=O 伸縮振動），CP 在 3471 cm?1（N-H 伸縮振動）和 1614 cm?1（C=O 伸縮振動）處出現特征峰；（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碳上質子的新峰；（M）20% CP 水凝膠的溫敏流變特性，顯示儲能模量（G'）、損耗模量（G''）和復數黏度，左 Y 軸對應 G' 和 G''，右 Y 軸對應黏度（藍色虛線）；（N）水凝膠通過注射器擠出的圖像；（O）PF127、CP 和 CFM 水凝膠的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；（P、Q）CFMD 納米復合水凝膠中硅（Si）和鈣（Ca）離子的釋放曲線；（R）CFMD 納米復合水凝膠中多西環素的累積釋放曲線（平均值 ± 標準差，n=3）。

圖2. CFM 納米復合水凝膠的體外細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 24 小時后的細胞活力；（B）通過 CCK-8 法檢測 hPDLSCs 在 CP、CP/MBG 或 CFM 水凝膠提取物中培養 1、3、5 天的增殖情況；（C）hPDLSCs 在水凝膠提取物中培養 1、3、5 天后的活 / 死染色結果；（D）五組 hPDLSCs（未處理對照組、H?O?處理后分別與 CP、CP/MBG、CFM 水凝膠提取物共孵育組）的細胞內活性氧（ROS）DCFH-DA 染色結果；（E）ROS 熒光面積的定量分析；（F）JC-1 熒光強度定量分析（代表線粒體膜電位，以紅色聚集態與綠色單體態的比值表示）；（G）五組處理下 hPDLSCs 線粒體極化的 JC-1 染色結果（n=5；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

圖3. CFM 納米復合水凝膠的細胞攝取和免疫調節功能。（A）RAW264.7 細胞與 MBG@Dox 和 FA-MBG@Dox 納米顆粒孵育 6 小時后的共聚焦熒光圖像，紅色為多西環素，藍色為 DAPI 標記的細胞核；（B）細胞內多西環素熒光強度的定量分析（n=5；**p<0.01）；（C）RAW264.7 細胞及脂多糖（LPS）激活的 RAW264.7 細胞經 CP、CP/MBG 或 CFM 提取物處理后的誘導型一氧化氮合酶（iNOS，綠色，M1 標志物）和 CD206（紅色，M2 標志物）免疫熒光染色；（D）CD206/iNOS 熒光強度比值的定量分析；（E）不同處理組 RAW264.7 細胞中 CD86（M1）和 CD206（M2）表達的流式細胞術分析；（F）CD86?、CD206?細胞百分比及 M2/M1（CD206?/CD86?）比值的統計比較（n=5；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

圖4. CFM 納米復合水凝膠對 hPDLSCs 成骨分化的促進作用。（A）對照組、CP 組、CP/MBG 組和 CFM 組成骨誘導后 hPDLSCs 的堿性磷酸酶（ALP）染色；（B）上述四組細胞的茜素紅 S 染色（用于檢測鈣沉積）；（C）ALP 酶活性的定量分析；（D）茜素紅 S 在 490 nm 處的吸光度測量；（E-H）通過實時熒光定量 PCR（RT-qPCR）檢測四組 hPDLSCs 中成骨標志物的相對 mRNA 表達水平，包括 RUNX2（Runt 相關轉錄因子 2）（E）、OCN（骨鈣素）（F）、OPN（骨橋蛋白）（G）和 COL I（I 型膠原）（H）；（I）對照組、CP 組、CP/MBG 組和 CFM 組水凝膠提取物培養的 hPDLSCs 中 OCN、OPN 和 RUNX2 的免疫熒光染色；（J-L）OCN（J）、OPN（K）和 RUNX2（L）的整合熒光強度定量分析（n=5；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

圖5. CFMD 納米復合水凝膠對牙齦卟啉單胞菌（P.g）和變形鏈球菌（S.mutans）的抗菌評價。（A）對照組、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）基于菌落計數的 P.g 和 S.mutans 定量抗菌率（%）；（C）處理后兩種細菌的活 / 死熒光染色，活細菌呈綠色，死細菌呈紅色；（D）不同水凝膠表面細菌生物膜的三維共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）圖像，顯示生物膜結構和活性；（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 CLSM 圖像熒光強度比值確定的生物膜總體積中活細菌與死細菌的比例（n=3；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

結論

該研究成功開發了一種多功能可注射納米復合水凝膠（CFMD），該水凝膠將殼聚糖基支架與負載多西環素的葉酸修飾介孔生物活性玻璃（FA-MBG@Dox）結合，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，實現多西環素的深層持續釋放，對關鍵口腔致病菌的抑制率超 94%，并能破壞成熟生物膜；同時，它可通過葉酸介導的靶向作用誘導巨噬細胞向 M2 抗炎表型極化，減輕氧化應激與局部炎癥，促進 hPDLSCs 增殖及成骨分化。在大鼠牙周炎模型中，CFMD 能顯著恢復牙槽骨體積與結構，轉錄組分析證實其通過調控 mTOR、氧化磷酸化等關鍵通路，協同實現抗菌、免疫調節與成骨功能。該研究為牙周炎治療提供了一種更簡便有效的局部給藥策略，也為口腔及顱頜面疾病的精準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：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.