兰州大学范增杰AFM：双层微针促进糖尿病牙周软硬组织协同再生!

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-01-10 07:39

正文

【引言】

糖尿病患者常伴有慢性牙周炎，会引发局部牙周软组织破坏以及硬组织吸收，情况较为严重。传统在非血糖控制下的牙周治疗方法存在诸多不足，难以同时对受损的软硬牙周组织进行修复，并且存在牙周手术适应症窄等局限性。鉴于此，本研究采用新的思路，将微针（MNs）、水凝胶与金属有机框架（MOF）技术相结合，研制出双层微针（d-MN@MOF）贴片，为糖尿病牙周炎治疗提供了新的可能。

【研究背景】

糖尿病牙周炎不仅导致牙龈炎症、出血，还会造成牙槽骨吸收等硬组织缺损，常规治疗方法难以同时兼顾软、硬组织的修复需求。现有的微针应用虽在局部给药减轻炎症方面初显成效，但多集中于牙龈外侧，仅针对软组织损伤，对牙周硬组织修复的重视不足。此外，一些用于治疗的功能性材料，如 MOF 材料，在引入牙周袋时面临生物膜自固位差、难以深入组织发挥功效等问题。这些现状迫切呼唤一种更全面、高效的治疗方案。

【研究创新点】

兰州大学范增杰课题组设计了一款独具匠心的双层微针贴（d-MN@MOF），用于攻克糖尿病牙周炎治疗难关。一方面，选取镁离子这一内源无毒阳离子与具有氧化还原特性的天然化合物没食子酸（GA）制备镁基金属有机骨（Mg-MOF），并固定葡萄糖氧化酶（GOX），使其具备多重卓越功能：能高效清除 ROS，减少巨噬细胞炎症；释放镁离子促进新血管生成；作为 GOX 输送平台，降低局部血糖水平。并且以具有良好生物相容性的甲基丙烯酰化明胶（GelMA）复合 nHA 作为基底，附着牙槽骨表面，助力硬组织修复；含 GOX/Mg-MOF 的针尖穿透牙龈组织，深入释放有效成分，实现降糖、抗炎、促血管生成，全方位促进牙周软、硬组织再生。该研究以题为“Microenvironment-Regulated Dual-Layer Microneedle Patch for Promoting Periodontal Soft and Hard Tissue Regeneration in Diabetic Periodontitis”的论文发表在最新一期《Advanced Functional Materials》上。

【文章解析】

这篇文章创新性的提出了在牙周炎治疗领域的双层结构微针设计：与通常附着在牙龈表面的微针不同，d-MN@MOF 贴片被放置在牙槽骨与牙龈之间，能够直接作用于牙周组织深部区域。研究团队通过实验筛选出最佳的 nHA/GelMA 组分配比，该配比下微针贴片溶胀性低，能紧密贴合牙周创面；同时，其中适量的 nHA 能够为牙周韧带干细胞生长提供支持，为硬组织再生创造条件。体外细胞试验的 ALP 和 ARS 染色、体内试验牙槽骨组织的 RUNX2 和 COL - Ⅰ 免疫组化染色以及动物实验的 Micro - CT 检测结果，都充分证明了这种设计在硬组织修复方面的有效性。

炎症控制与降糖促血管功能：糖尿病会形成以高血糖和持续炎症为特征的病理微环境，增加治疗难度。d-MN@MOF 贴片中，创新性地把 Mg - MOF 与 GOX 结合，GOX/Mg - MOF 对 GOX 的包封率达到 61.97%，且能保留酶活性。Mg - MOFs 中的没食子酸配体可作为 ROS 清除剂，有效减轻氧化应激。体内实验显示，使用 d-MN@MOF 贴片后，组织炎症细胞浸润减少，TNF - a 和 IL - 6 表达降低，炎症得到有效控制。PAS 染色表明，GOX 催化葡萄糖反应生成葡萄糖酸，使局部高血糖降低，防止了糖尿病微环境下的炎症级联反应。此外，体外血管生成实验以及体内实验中 d-MN@MOF 处理组 VEGF 的表达情况，证实该贴片能够促进血管化，为牙周组织提供必要的营养物质和氧气。

d-MN@MOF 贴片具备多种功能且相互配合。具有骨诱导功能的微针基底，使得负载 nHA 的 GelMA 能够与牙槽骨直接接触，为牙槽骨组织的生成和恢复提供基础。载有 GOX/Mg - MOF 纳米颗粒的可溶性透明质酸针尖可深入牙龈组织，实现降糖、抗炎以及促进血管生成的作用，改善不利于炎症控制和组织修复的牙周环境。这种独特的双层结构与针对性的治疗策略相结合，从分子、细胞层面解决了糖尿病牙周炎缺损组织难以修复的问题。在糖尿病大鼠牙周炎模型中的应用实践表明，该贴片的治疗效果远超传统牙周塞治剂，有望拓宽糖尿病牙周炎手术适应症，为临床治疗开拓新的思路。