《BM》佛大孙挺/南方医周苗/暨大郭瑞：热敏抗菌纳米复合水凝胶引导巨噬细胞极化和骨再生治疗牙周炎

第一作者：Xiang Yu, Huiling Liu

通讯作者：孙挺，周苗，郭瑞

通讯单位：佛山大学，南方医科大学，暨南大学

研究速览

牙周炎是一种由细菌感染引起的慢性炎症性疾病，会导致牙周组织破坏。传统治疗方法包括洁治、根面平整联合抗生素治疗，但全身抗生素治疗往往会导致治疗部位药物浓度不足，并产生不良副作用。该研究中，作者研发了一种用于局部药物递送的纳米复合温敏水凝胶（CFMD）。壳聚糖接枝 Pluronic® F127 水凝胶（CP）具有天然抗菌活性。该温敏材料流入牙周袋后，在体温下会转变为凝胶相，填充牙周袋并固定纳米药物。随着滞留在牙周袋内的水凝胶发生降解，负载多西环素的叶酸修饰介孔生物活性玻璃纳米颗粒（FA-MBG@Dox）会将盐酸多西环素（Dox）递送至器械及水凝胶药物载体无法触及的牙龈线下方，从而实现更深层次的抗菌、抗炎及促成骨效果。体外实验表明，CFMD 水凝胶具有强效抗菌活性，可促进人牙周膜干细胞（hPDLSCs）分化，并诱导巨噬细胞向抗炎表型（M2 型）极化。体内实验显示，该水凝胶能有效抑制牙槽骨流失、促进骨再生，并重塑炎症微环境。该研究表明，具有靶向极化调控、氧化应激调节及成骨再生能力的 CFMD 水凝胶，或许能为牙周炎治疗提供一种更简便、更有效的方法。

要点分析

要点一：材料设计与功能：研发了一种温敏性抗菌纳米复合水凝胶（CFMD），以壳聚糖接枝 Pluronic® F127 水凝胶（CP）为载体，负载叶酸修饰的载多西环素介孔生物活性玻璃纳米颗粒（FA-MBG@Dox）。该水凝胶具有三大核心功能：一是温敏性，注入牙周袋后在体温下转为凝胶态，填充并固定，实现药物局部缓释；二是抗菌性，CP 水凝胶本身有天然抗菌活性，FA-MBG@Dox 能将多西环素递送至器械和普通载体无法触及的牙龈线以下，抑制致病菌（如牙龈卟啉单胞菌、变形链球菌）及生物膜；三是免疫调节与成骨促进，可诱导巨噬细胞向抗炎 M2 表型极化，减轻氧化应激，促进人牙周膜干细胞（hPDLSCs）分化及牙槽骨再生。

要点二：作用机制：CFMD 水凝胶通过调控 FoxO、TNF、mTOR 等信号通路，一方面借助 FA-MBG 释放的硅、钙离子重塑线粒体代谢、增强抗氧化能力（如上调 GPX1、SESN2 等抗氧化基因），引导巨噬细胞 M2 极化；另一方面激活成骨相关通路，协同多西环素的抗菌与抗炎作用，构建利于牙周再生的微环境。

图文导读

图1. CFMD 纳米复合水凝胶的表征。（A）MBG、MBG-NH₂和 FA-MBG 的傅里叶变换红外光谱（FTIR）；（B）MBG、MBG-NH₂和 FA-MBG 的 Zeta 电位值；（C、D）MBG 和 FA-MBG 的水动力学粒径分布；（E）MBG 和 FA-MBG 的透射电子显微镜（TEM）图像；（F）FA-MBG 的元素 mapping 图像；（G）FA-MBG 的 X 射线能谱（EDS）图；（H）FA-MBG 的氮气吸附 - 脱附等温线；（I）FA-MBG 的孔径分布；（J）MBG 和 FA-MBG 的热重分析（TGA）曲线；（K）CP、MP 和 PF127 的傅里叶变换红外光谱，显示 MP 在 1733 cm⁻¹ 处出现新的吸收峰（C=O 伸缩振动），CP 在 3471 cm⁻¹（N-H 伸缩振动）和 1614 cm⁻¹（C=O 伸缩振动）处出现特征峰；（L）CP 的 ¹H 核磁共振（¹H NMR）谱图，显示 PF127 在 1.09 ppm（PPO 的 - CH₃）和 3.48 ppm（PEO 的 - CH₂CH₂O-）处的特征峰，以及 2.58 ppm 处归属于壳聚糖氨基相邻糖环碳上质子的新峰；（M）20% CP 水凝胶的温敏流变特性，显示储能模量（G'）、损耗模量（G''）和复数黏度，左 Y 轴对应 G' 和 G''，右 Y 轴对应黏度（蓝色虚线）；（N）水凝胶通过注射器挤出的图像；（O）PF127、CP 和 CFM 水凝胶的扫描电子显微镜（SEM）图像；（P、Q）CFMD 纳米复合水凝胶中硅（Si）和钙（Ca）离子的释放曲线；（R）CFMD 纳米复合水凝胶中多西环素的累积释放曲线（平均值 ± 标准差，n=3）。

图2. CFM 纳米复合水凝胶的体外细胞相容性和抗氧化作用。（A）hPDLSCs 在浓度为 100、200、300 μg/mL 的 MBG 或 FA-MBG 纳米颗粒提取物中培养 24 小时后的细胞活力；（B）通过 CCK-8 法检测 hPDLSCs 在 CP、CP/MBG 或 CFM 水凝胶提取物中培养 1、3、5 天的增殖情况；（C）hPDLSCs 在水凝胶提取物中培养 1、3、5 天后的活 / 死染色结果；（D）五组 hPDLSCs（未处理对照组、H₂O₂处理后分别与 CP、CP/MBG、CFM 水凝胶提取物共孵育组）的细胞内活性氧（ROS）DCFH-DA 染色结果；（E）ROS 荧光面积的定量分析；（F）JC-1 荧光强度定量分析（代表线粒体膜电位，以红色聚集态与绿色单体态的比值表示）；（G）五组处理下 hPDLSCs 线粒体极化的 JC-1 染色结果（n=5；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

图3. CFM 纳米复合水凝胶的细胞摄取和免疫调节功能。（A）RAW264.7 细胞与 MBG@Dox 和 FA-MBG@Dox 纳米颗粒孵育 6 小时后的共聚焦荧光图像，红色为多西环素，蓝色为 DAPI 标记的细胞核；（B）细胞内多西环素荧光强度的定量分析（n=5；**p<0.01）；（C）RAW264.7 细胞及脂多糖（LPS）激活的 RAW264.7 细胞经 CP、CP/MBG 或 CFM 提取物处理后的诱导型一氧化氮合酶（iNOS，绿色，M1 标志物）和 CD206（红色，M2 标志物）免疫荧光染色；（D）CD206/iNOS 荧光强度比值的定量分析；（E）不同处理组 RAW264.7 细胞中 CD86（M1）和 CD206（M2）表达的流式细胞术分析；（F）CD86⁺、CD206⁺细胞百分比及 M2/M1（CD206⁺/CD86⁺）比值的统计比较（n=5；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

图4. CFM 纳米复合水凝胶对 hPDLSCs 成骨分化的促进作用。（A）对照组、CP 组、CP/MBG 组和 CFM 组成骨诱导后 hPDLSCs 的碱性磷酸酶（ALP）染色；（B）上述四组细胞的茜素红 S 染色（用于检测钙沉积）；（C）ALP 酶活性的定量分析；（D）茜素红 S 在 490 nm 处的吸光度测量；（E-H）通过实时荧光定量 PCR（RT-qPCR）检测四组 hPDLSCs 中成骨标志物的相对 mRNA 表达水平，包括 RUNX2（Runt 相关转录因子 2）（E）、OCN（骨钙素）（F）、OPN（骨桥蛋白）（G）和 COL I（I 型胶原）（H）；（I）对照组、CP 组、CP/MBG 组和 CFM 组水凝胶提取物培养的 hPDLSCs 中 OCN、OPN 和 RUNX2 的免疫荧光染色；（J-L）OCN（J）、OPN（K）和 RUNX2（L）的整合荧光强度定量分析（n=5；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

图5. CFMD 纳米复合水凝胶对牙龈卟啉单胞菌（P.g）和变形链球菌（S.mutans）的抗菌评价。（A）对照组、CP 组、CFM 组和 CFMD 组处理后 P.g 和 S.mutans 的代表性菌落形成图像；（B）基于菌落计数的 P.g 和 S.mutans 定量抗菌率（%）；（C）处理后两种细菌的活 / 死荧光染色，活细菌呈绿色，死细菌呈红色；（D）不同水凝胶表面细菌生物膜的三维共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像，显示生物膜结构和活性；（E）各水凝胶表面形成的 P.g 生物膜平均厚度；（F）各水凝胶表面形成的 S.mutans 生物膜平均厚度；（G）根据 CLSM 图像荧光强度比值确定的生物膜总体积中活细菌与死细菌的比例（n=3；*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

结论

该研究成功开发了一种多功能可注射纳米复合水凝胶（CFMD），该水凝胶将壳聚糖基支架与负载多西环素的叶酸修饰介孔生物活性玻璃（FA-MBG@Dox）结合，用于牙周炎局部治疗。CFMD 水凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性（4 周降解率 76.1%），注入牙周袋后能在体温下形成凝胶，实现多西环素的深层持续释放，对关键口腔致病菌的抑制率超 94%，并能破坏成熟生物膜；同时，它可通过叶酸介导的靶向作用诱导巨噬细胞向 M2 抗炎表型极化，减轻氧化应激与局部炎症，促进 hPDLSCs 增殖及成骨分化。在大鼠牙周炎模型中，CFMD 能显著恢复牙槽骨体积与结构，转录组分析证实其通过调控 mTOR、氧化磷酸化等关键通路，协同实现抗菌、免疫调节与成骨功能。该研究为牙周炎治疗提供了一种更简便有效的局部给药策略，也为口腔及颅颌面疾病的精准免疫再生治疗开辟了新方向。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2025.09.030

参考文献：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.