引言
牙周炎是一种由宿主免疫系统和菌斑微生物失衡导致的慢性炎症性疾病,是成人牙齿丢失的主要原因。现有的临床治疗方法,如牙周刮治和局部抗菌药物治疗,虽然能有效清除菌斑和控制感染,但由于牙周组织的复杂结构,很难将治疗工具或药物有效送达到深层部位,且缺乏有效促进牙周组织再生的能力。为了成功治疗牙周炎,恢复牙周功能,关键在于同时具备抗炎、抗菌以及促进骨再生的特性。透明质酸水凝胶作为一种天然高分子材料,具有良好的生物相容性和生物降解性,并显示出优良的抗炎和创伤修复特性,被认为是一种很有前景的新型牙周治疗手段。
在治疗牙周炎的过程中,细菌感染是主要诱发因素,因此清除细菌是基本前提。然而,常规抗生素治疗容易导致细菌耐药性。相比之下,金属离子如铜离子(Cu2+)具有广谱抗菌作用且不易产生耐药性,并且还表现出良好的生物相容性和促骨形成活性。与此同时,干细胞衍生的外泌体(如来自脱落乳牙干细胞的外泌体Shed-exo)也显示出促进骨再生的潜力。为了充分利用这些优势,研究人员开发了一种融合Cu2+和Shed-exo的透明质酸水凝胶,旨在通过协同的抗菌、抗炎和骨再生作用,为治疗牙周炎提供一种新的多功能疗法。这种创新的水凝胶材料有望成为一种高效、安全的牙周炎治疗方法。
图1. Shed-Cu-HA水凝胶的合成示意图及其在牙周骨再生中的抗菌、抗炎和成骨活性的Shed-exo、Cu2+和可注射HA水凝胶的协同作用。
过程
图2. 多功能透明质酸水凝胶的表征
这项研究旨在优化透明质酸(HA)水凝胶作为治疗牙周炎的药物载体材料的流变性质、机械强度和抗降解性。结果显示,6 g/L 浓度的 HA 水凝胶在这些性能指标上表现最佳,有利于其注射性和稳定性。该水凝胶可以将来自脱落乳牙的间充质干细胞衍生的外泌体(Shed-exo)有效地包埋其中,Shed-exo 具有促骨形成的生物活性。此外,该研究还优化了水凝胶中二价铜离子(Cu2+)的负载浓度,发现 5 μg/mL 的 Cu2+既具有良好的细胞相容性,又能促进牙周干细胞的骨分化。SEM 和 EDS 分析表明,Cu2+可以均匀分散在 Shed-Cu-HA 水凝胶中,并呈现出可控的释放动力学。综上所述,这种 Shed-Cu-HA复合水凝胶具有优良的机械性能、生物相容性和可控的生物活性物质释放特性,为牙周炎的局部治疗提供了一种新的潜在药物载体材料。（图2）
图3. 不同水凝胶的生物相容性评价及抗菌活性
随着透明质酸水凝胶的降解，释放出适当浓度的Cu2+，从而有助于牙周炎微环境中细菌感染的管理。（图3）
图5.多功能水凝胶影响炎症的潜在机制
图6.不同水凝胶的成骨活性
图7.水凝胶对牙周骨原位再生影响的显微CT分析
Shed-Cu-HA在三种水凝胶中表现出最高的成骨分化诱导作用，Shed-exo和Cu2+在Shed-Cu-HA水凝胶中表现出协同效应，导致hPDLSCs的骨诱导能力增强，有效促进牙周骨组织再生。（图6、7）
总结
该水凝胶能够促进人牙周韧带干细胞(hPDLSCs)的增殖和活力,并激活巨噬细胞清除细菌,发挥抗菌作用。此外,它还能通过抑制IL-6/JAK2/STAT3通路,在早期和晚期炎症阶段减轻巨噬细胞的炎症反应。Shed-exo和Cu2+在水凝胶中产生协同作用,显著增强了对hPDLSCs的骨诱导活性。
体内试验结果表明,该水凝胶能够有效抑制牙周病原菌感染和炎症反应,并促进牙周骨组织的再生。这种集抗菌、抗炎和骨再生于一体的水凝胶材料,为牙周炎的治疗提供了新的解决方案。
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