近日，北京化工大学材料学院的徐福建教授/李杨副教授团队在《Advanced Materials》上发表了题为“Adaptable Hydrogel with Strong Adhesion of Wet Tissue for Long Term Protection of Periodontitis Wound”的研究论文。
牙周炎是全球发病率第六高的慢性疾病，表现为牙菌斑附着、牙周袋形成、牙槽骨吸收和牙齿松动等。口腔动态环境，进食，呼吸，以及变异链球菌、牙龈卟啉单胞菌和金黄色葡萄球菌等病原微生物的存在都会加重牙周炎的病情，并使牙周炎伤口极易受到微生物的侵袭。传统的治疗方法，包括机械清创和药物治疗，只能暂时缓解病情，无法提供长期保护，使伤口暴露在外部环境中。水凝胶作为一种高含水量的交联三维支架材料，除了作为给药载体外，还能起到保护伤口的屏障作用。然而，口腔潮湿动态的环境对水凝胶的长期有效性提出了挑战。商用水凝胶通常存在机械强度低，与组织粘附性差的问题，很容易被唾液冲走。尽管做了很多在功能化的研究，但现有的水凝胶仍在向强粘附和低溶胀方向努力。有限的稳定性使它们只能在目标组织上保持几小时。因此，在临床实践中通常需要反复换药，导致保护不足和容易感染。为了实现水凝胶在牙周组织上的长期附着，必须满足两个关键的先决条件：与组织的强附着力和水凝胶的低溶胀性。强附着力对于抵御外力破坏至关重要，而低溶胀性则有助于最大限度地减少水分子扩散和膨胀应力对粘附的削弱作用。由于牙周组织表面光滑且不规则，因此将水凝胶有效附着在牙周组织上尤其具有挑战性，这使得预先制备的水凝胶贴片的附着和覆盖变得复杂。对于原位固化的水凝胶，固化前的前体溶液粘度较低，这使得与组织表面附着和保持接触的过程更加复杂。解决这一难题的潜在办法是设计一种能留在牙周组织中的凝胶状前体，确保固化后具有强粘附性和低溶胀性。在此，课题组开发了一种含有海藻酸钠、Ca2+、NAGA和AANHS的原位光固化水凝胶，以形成一种水凝胶前体，随后对其进行光聚合，从而为牙周伤口提供长期保护。水凝胶前体可以很容易地注入伤口，并因其相对较高的粘度而保持完好。在光照射下，NAGA和AANHS形成双层网络，固化后的水凝胶具有较高的机械强度和较低的溶胀性，这归功于PNAGA固化后强大的氢键作用。AANHS中的琥珀酰亚胺基团促进了与牙周组织的牢固结合，提供了出色的粘附性能。最终，该水凝胶可为伤口提供长期保护，减少频繁更换敷料的需要，防止细菌感染，缓解炎症，促进伤口愈合。
图 1.用于治疗牙周炎的市售牙周炎水凝胶和原位光固化水凝胶示意图。
图4.HSC水凝胶的生物相容性和对牙周伤口的长期保护。
在这项工作中，研究者设计了一种原位光固化水凝胶，它具有优异的伤口顺应性，且能与牙周伤口牢固粘合。前驱体预凝胶PSC通过简单共混制备，海藻酸钠和Ca2+的离子交联增加了体系的粘度，可以短暂停留。PSC可以注射并适应伤口形状。在光照下，NAGA和AANHS快速聚合，形成坚固强韧的水凝胶。PNAGA的双氢键和预交联离子键之间确保了水凝胶的高机械强度和低溶胀率。水凝胶与组织之间表现出多种相互作用，包括填充和固化产生的机械互锁、PNAGA与组织之间的氢键以及AANHS与组织之间的酰胺键。这些物理和化学作用使水凝胶与组织之间产生了很强的界面粘附力。高效的光聚合过程也为水凝胶提供了强度，同时水凝胶还具有极佳的生物相容性。这种水凝胶具有出色的湿组织粘附性，可在牙周停留5天，优于临床上使用的膏状水凝胶和其他已报道的口腔生物粘合剂。它的高交联密度和强大的组织粘附力能有效防止细菌渗透，为伤口提供持久保护。在牙周炎伤口模型中，水凝胶在保护伤口、减少炎症和促进牙槽骨修复方面表现出了治疗效果。这项研究为设计新型、持久的口腔医疗敷料提供了有意义的启发。北京化工大学博士生陈鸿圭为论文第一作者，北京化工大学徐福建教授、李杨副教授和新南威尔士大学的Cyrille Boyer教授为本文共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。该研究工作得到了国家自然科学基金和北京高校卓越青年科学家计划的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202413373
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