《Bioact. Mater.》兼具抗菌与成骨活性的温敏载抗生素水凝胶防治植入物感染

种植体周围感染是口腔种植修复的主要并发症，约三分之一患者和五分之一种植体会发生种植体周围炎，且缺乏标准化有效治疗手段。当前临床主要依赖机械清创联合辅助抗菌疗法，但长期效果有限，难以清除复杂致病性生物膜。水凝胶作为新型药物载体，具备可注射、刺激响应、原位交联等特性，可精准递送至难以触及的感染部位。其中，温敏聚合物聚N-乙烯基己内酰胺（PNVCL）可在生理温度下发生溶胶-凝胶转变，且生物相容性良好，有望负载广谱抗生素四环素（TC）实现局部缓释。然而，现有抗生素涂层释药过快、局部给药缺乏持久性，难以满足晚期种植体感染控制与组织修复的双重需求，故急需开发一种兼具持续抗菌活性与成骨促进功能的智能水凝胶递药系统。

本研究设计并构建了一种基于聚N-乙烯基己内酰胺（PNVCL）的温敏水凝胶，并负载四环素，旨在实现温度触发的溶胶-凝胶转变、可控药物释放及成骨支持功能。该水凝胶网络被优化赋予快速生理温度凝胶化、对湿润表面强粘附、可注射至狭窄种植体几何结构、高溶胀能力、缓慢降解及稳定释药行为等综合特性。为全面评估材料性能，研究采用了分层的生物学评价框架，涵盖细胞相容性实验、系统理化性质分析、针对复杂多菌种生物膜的抗菌测试，并辅以人体原位多物种感染模型和体内动物多物种感染模型进行验证。

图1. PNVCL的表征。

通过SEM、FTIR、¹H NMR、流变学及SEC等表征，证实PNVCL水凝胶成功合成、具有三维多孔结构、在约34℃发生溶胶-凝胶转变，且TC负载增强了其力学强度（图1）。

图2. 水凝胶的表征。

PNVCL水凝胶在不同pH和酶环境中具有稳定的溶胀率、缓慢降解、持续14天的浓度依赖性药物释放，同时具备良好的可注射性和对钛表面的粘附性，综合性能优于对照（图2）。

图3. 体外生物学分析。

PNVCL-TC水凝胶无细胞毒性且能促进人牙龈成纤维细胞增殖，同时通过直接接触和长达14天的洗脱液均能显著减少需氧及厌氧多菌种生物膜的活菌数，抗菌效果呈浓度依赖性（图3）。

图4. 原位微生物分析与在HAnano Unite圆盘表面形成的生物膜，以测试水凝胶的抗菌效果。

PNVCL-TC水凝胶在原位人牙菌斑生物膜模型中不仅能浓度依赖性杀灭活菌（最高浓度减少>3 log），还能调节微生物群落组成，显著减少Fusobacterium、Prevotella、Staphylococcus及Tannerella等种植体周炎相关致病菌属（图4）。

图5. 体内微生物分析。

在体内大鼠胫骨模型中，PNVCL-TC水凝胶显著降低细菌负荷并减少Staphylococcus等特定致病菌，但对局部炎症因子（IL-1β、IL-6等）的表达未产生统计学显著性差异（图5）。

图6. 体内骨形成分析。

PNVCL-TC水凝胶在大鼠胫骨骨缺损模型中显著促进新骨形成，增加骨体积、骨小梁厚度、骨-种植体接触率及缺损区新骨面积，且新生骨成熟度更高（图6）。

图7. 体内免疫组织化学分析。

免疫组化显示，PNVCL-TC水凝胶组中骨桥蛋白（OPN）表达最低而骨钙素（OCN）表达最高，证实该水凝胶促进的新生骨具有更高的成熟度（图7）。

本研究成功合成了负载四环素的PNVCL温敏水凝胶，其具有多孔结构、约34℃的溶胶-凝胶转变温度、快速凝胶化（<30 s）、缓慢降解、良好粘附性（约20 kPa）及可注射性，且药物释放可持续14天，在炎症性酶环境下释放增加。体外实验显示该水凝胶无细胞毒性，并能促进人牙龈成纤维细胞增殖；体外抗菌测试表明，TC负载水凝胶显著减少需氧与厌氧多菌种生物膜的活菌数（最高浓度可达完全杀菌），且其7天和14天洗脱液仍保持明显抑菌效果。原位人体模型证实，该水凝胶不仅降低活菌计数，还调节微生物群落，减少Fusobacterium、Prevotella、Staphylococcus、Tannerella等与种植体周围感染相关的致病菌属。在体内大鼠胫骨模型中，TC负载水凝胶显著减少细菌负荷，并促进骨缺损区新骨形成，提高骨体积、骨小梁厚度及骨-种植体接触率，同时免疫组化显示成骨标志物骨钙素表达升高、骨桥蛋白表达降低，提示新生骨成熟度更高。综上所述，该PNVCL-TC水凝胶兼具持续抗菌活性和骨再生促进作用，为种植体周围感染的控制与治疗提供了一种具有转化潜力的材料策略。

近期，该研究成果以“Dual-function thermoresponsive antibiotic-loaded hydrogel with antimicrobial and osteogenic properties for implant-related infection control”为题发表于学术期刊《Bioactive Materials》，论文第一作者为Caroline Dini，通讯作者为巴西坎皮纳斯州立大学Valentim A.R. Barão。

来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X26001052?via%3Dihub