近期，上海交通大学口腔医学院/上海交通大学医学院附属第九人民医院徐袁瑾和林开利在科爱创办的期刊Bioactive Materials上联合发表研究型文章：本文开发了一种兼具可注射性、温敏性和粘性的可局部持续缓释槲皮素的复合水凝胶药物缓释系统（SFD/CS/ZIF-8@QCT），同时集抗菌、止血、免疫调节、促骨/血管生成及促招募五重功能于一体，在体内有效促进牙周炎骨缺损修复。
牙周炎是一种由菌斑微生物引起的慢性炎症性疾病，可逐渐破坏牙周支持结构（尤其是牙槽骨），最终导致牙齿脱落。对于口腔医生来说，公认的牙周炎治疗策略包括三个相互关联的步骤：抗菌治疗、炎症控制和牙周再生。遗憾的是，现有的临床治疗方法都无法一次性全面覆盖这些步骤。槲皮作为一种黄酮类的单体小分子化合物，具有出色的抗菌、免疫调节及促进牙槽骨再生的作用，有望成为治疗牙周炎骨缺损的一种新策略。然而其体内稳定性差及水/脂溶性差等性质，大大限制了其临床应用。利用药物载体构建槲皮素药物缓释系统(Drug delivery system，DDS)以增强其溶解度和生物利用度，被认为是解决槲皮素临床应用受限问题的有效方法。
鉴于牙周炎骨缺损部位局部内源性干细胞数量较少、解剖结构不规则、易受口腔内龈沟液持续冲刷及接受生物材料植入时易出血的特点，理想的牙周炎骨缺损修复的DDS应具有如下八点性能：（1）抗菌性能；（2）免疫调节性能；（3）骨诱导性能；（4）招募性能；（5）植入前具有流动性；（6）植入后具有稳定性；（7）组织黏附性；（8）止血性能。由此，我们开发了一种可持续缓释槲皮素并兼具可注射性、温敏性和粘性的SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS以全面满足牙周炎骨缺损的治疗需求，为在疾病部位实现精准的原位治疗提供了可能。(图1)
图1. SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS用于牙周炎缺骨损修复的示意图。
一.
首先，作者采用一锅法成功制备了ZIF-8@QCT纳米颗粒，并证实了槲皮素的成功负载。（图2）之后，我们通过将多巴胺改性的丝素蛋白与经典温敏水凝胶壳聚糖/β甘油磷酸钠进行混合后，包封ZIF-8@QCT制备SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS。管倒置实验、注射器挤出实验、猪牙龈搭接剪切试验分别证明SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS具有良好的温敏性、可注射性和粘性。SEM及溶胀实验结果表明SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS具有疏松多孔的结构和良好的溶胀性能，有利于血液和渗出物的吸收以及营养物质的交换。此外，我们还证实SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS具有良好的生物降解性能并可持续缓释槲皮素。（图3）
图2 ZIF-8@QCT纳米颗粒的制备与表征
图3 SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS的制备与表征
二.
将SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS与牙龈卟啉菌进行共培养，发现存活的细菌数量显著减少，表明SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS对牙龈卟啉单胞菌的生长具有显著的抑制作用。（图4）
将SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS分别与全血、红细胞、血小板/纤维蛋白进行共培养，结果表明SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS不仅具有良好的血液相容性，还能促进红细胞和血小板/纤维蛋白在其表面的沉积。（图4）此外，我们还应用了啮齿类动物尾部出血模型和肝出血模型证实，SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS具有良好的体内止血性能。（图5）
图4. SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS的体外抗菌和止血性能评估。
图5. SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS的体内止血性能评估。
三.
将SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS与小鼠骨髓来源巨噬细胞进行共培养，结果显示SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS能显著抑制牙周炎微环境下的巨噬细胞向M1极化并促进其向M2极化，表明SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS具有良好的巨噬细胞免疫调节性能。（图6）
图6. SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS的体外免疫调节性能评估。
四.
将SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS与牙周膜干细胞、血管内皮细胞进行共培养，结果显示SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS不仅能显著促进牙周炎微环境下的牙周膜干细胞成骨/血管分化，还能显著促进牙周炎微环境下的血管内皮细胞形成血管结构。综上，我们的结果表明SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS在牙周炎微环境下具有良好促骨/血管生成性能。（图7）
图7. SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS的体外促骨/血管生成性能评估。
五.
将SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS与牙周膜干细胞进行共培养，结果显示SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS能显著促进牙周炎微环境下的牙周膜干细胞的细胞迁移，表明SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS在牙周炎微环境下具有良好的促招募性能。（图8)
图8. SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS的体外促招募性能评估。
六.
本研究通过大鼠牙周炎骨缺损模型评估SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS的骨缺损修复效果。影像学和组织学分析发现，术后4周和8周SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS在体内能够迅速提高骨缺损区域的骨体积分数（BV/TV），同时促进其成骨相关蛋白OPN和血管相关蛋白CD31的表达。此外术后1周组织样本组织学分析证实，SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS在早期体内可发挥良好的巨噬细胞免疫调节功能。（图9）
图9. SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS的体内促牙周炎骨缺损修复性能评估。
七.
为探究SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS调节牙周炎微环境下牙周膜干细胞成骨/血管分化的分子学机制，本研究进行了转录组测序。结果表明，牙周炎微环境下可强烈抑制牙周膜干细胞的能量代谢，并强烈激活其氧化应激和自噬生物学过程，而SFD/CS/ZIF-8@QCT复合水凝胶DDS的加入则可有效逆转这些生物学过程。（图10&11）。
图10 SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS调控牙周膜干细胞的机制探究——转录组测序分析
图11 SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS调控牙周膜干细胞的机制探究——转录组测序分析结果验证
综上所述，本研究报道了一种可注射温敏粘性SFD/CS/ZIF8@QCT复合水凝胶DDS，该凝胶展现出良好的抗菌、止血、免疫调节、促骨/血管再生和促招募性能，能够促进牙周炎微环境下的牙槽骨缺损再生，为牙周炎骨缺损修复提供了一种新的治疗策略。
杨世缘（第一作者）
上海交通大学口腔医学院，上海交通大学医学院附属第九人民医院，2019级博士研究生。从事口腔颌面部软硬组织缺损修复的基础与生物材料研究。
朱彦（第一作者）
上海交通大学口腔医学院，上海交通大学医学院附属第九人民医院，2017级八年制（口腔方向）博士研究生。从事口腔颌面部软硬组织缺损修复的生物材料研究。
林开利（通讯作者）
教授，博士生导师。上海交通大学医学院附属第九人民医院研究员、PI。任“上海市口腔医学重点实验室”副主任、“口腔数字化及遗传发育学实验室”主任、“福建省医疗器械和医药技术重点实验室”学术委员会委员、“复旦大学浦东医院数智骨科研究所”副所长、“第九人民医院口腔颅颌面科行政副主任”等职务；获中国科学院卢嘉锡青年人才奖，入选上海市优秀学科带头人、上海市人才发展资金、中科院青年创新促进会会员、上海交通大学医学院双百人等人才培养计划；2022、2023年，连续2年入选全球前2%顶尖科学家“终身科学影响力排行榜（1960-2022）”、全球前2%顶尖科学家“年度科学影响力排行榜”，入选"全国口腔医学相关领域专家国际论文学术影响力百强排名"榜第7位(2021)。
主要从事生物医用材料、组织修复与再生的基础与应用开发研究。负责国家重点研发课题（2项）、国家自然科学基金（6项）、上海市科委项目/课题（9项）、上海市卫健委重点项目等20余项项目; 获授权发明专利16项；起草国家医疗器械行业标准4项、团体标准4项; 发表一作/通讯SCI论文148篇（其中，封面文章14篇，先后共15篇次论文入选ESI热点/高被引、及杂志热点论文；50篇IF>10）。
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徐袁瑾（通讯作者）
主任医师，教授，博士生导师。上海交通大学口腔医学院党委书记，上海交通大学医学院附属第九人民医院第九人民医院副院长。任上海市生物医学工程学会口腔生物医学工程专业委员会主任委员、上海市口腔医学会口腔美学专业委员会副主任委员、上海市口腔医学会口腔医院管理专委会副主任委员、上海市口腔医学会牙及牙槽外科专业委员会常务委员、中国整形美容协会精准与数字医学分会常务理事、中国医药生物技术协会3D打印专委会常务委员、中国医药生物技术协会3D打印技术分会生物材料学组委员、上海市口腔医学会理事、上海市生物医学工程学会理事、中国高等教育学会大学素质教育研究分会理事；获上海市优秀技术带头人、上海市黄浦区领军人才称号。
主要从事颌面部软硬组织缺损修复相关的中药及其相关递送系统的研究。负责国家自然科学基金面上项目（3项）、上海市科委重点项目（1项）、上海市科委面上项目（5项）、局级项目（2项）；发表一作/通讯论文20余篇。
该研究获国家自然科学基金(82370921,82071082)、上海市2023年度“科技创新行动计划”技术带头人 (23XD1430800) 和上海交通大学口腔医学院口腔颌面外科学系研究助力基金(2023-01) 的支持。
Shiyuan Yang1, Yan Zhu1, Chunxiao Ji, Huimin Zhu, An Lao, Ran Zhao, Yue Hu, Yuning Zhou, Jia Zhou, Kaili Lin *, Yuanjin Xu *. A five-in-one novel MOF-modified injectable hydrogel with thermo-sensitive and adhesive properties for promoting alveolar bone repair in periodontitis: Antibacterial, hemostasis, immune reprogramming, pro-osteo-/angiogenesis and recruitment. Bioactive Materials, 41 (2024) 239-256. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2024.07.016.
Bioactive Materials 创建于2016年，自2019年被SCIE检索收录以来影响因子实现跳跃式增长（IF 2019: 8.724；IF 2020: 14.593；IF 2021: 16.874；IF 2022:18.9; IF 2023: 18）；JCR materials science, biomaterials 领域国际排名连续四年第一。此外， 2020年到2023年连续四年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表一区，Top期刊；入选材料科学综合类高质量科技期刊分级目录T1区。
