主要观点总结
本文介绍了由中山大学口腔医院夏娟教授、程斌教授和李卫昌教授团队开发的一种名为Emb@CMCS-OD的微环境动态响应性水凝胶，该水凝胶用于治疗牙周炎。通过包裹生物活性药物Embelin，该水凝胶具有抵抗感染和炎症的能力，并有效促进牙槽骨再生。研究结果表明，该水凝胶具有良好的抗菌性能、生物相容性和生物可降解性，且能在牙周炎的酸性微环境中释放药物。通过调节巨噬细胞表型和降低炎性细胞因子表达，Emb@CMCS-OD最终促进牙槽骨再生。该研究成果于2024年7月8日在线发表于Adv Sci。
关键观点总结
关键观点1: 水凝胶递送系统用于牙周炎治疗。
中山大学团队设计了一种可注射的羧甲基壳聚糖(CMCS-OD)水凝胶，用于递送Embelin药物，以治疗牙周炎。
关键观点2: 水凝胶具有抗菌、生物相容性和生物可降解性。
该水凝胶表现出优异的抗菌性能、生物相容性和生物可降解性，且能在牙周炎的酸性微环境中释放药物。
关键观点3: 水凝胶通过调节免疫平衡促进牙槽骨再生。
通过调节巨噬细胞表型，降低炎性细胞因子的表达，Emb@CMCS-OD水凝胶能够促进牙槽骨再生。
关键观点4: 研究成果已发表并获得验证。
该研究由中山大学口腔医院团队完成，于2024年7月8日在线发表于Adv Sci，并通过体内外实验验证了其有效性和安全性。
正文
牙周炎是最常见的口腔疾病之一，每年给患者和社会造成巨大的经济负担。牙周炎是牙周组织的进行性破坏，最终导致牙齿脱落和咀嚼功能障碍。目前临床上常用抗生素以控制感染，但这会导致耐药性和潜在的全身毒性风险。由于水凝胶优良的的生物相容性、可降解性和生物活性因子递送的可行性，近年来其在牙周炎领域的研究引起了人们的广泛关注。为了确保水凝胶递送系统有足够的生物活性，关键在于包封合适的生物活性药物，有效地抵抗感染和炎症。Embelin (Emb)是一种从植物中提取的小分子生物活性因子，具有多种生物活性，包括免疫调节、代谢调节和抗氧化能力。此外，Emb在体外对多重耐药细菌表现出显著的抗菌能力。为了最大限度地提高Emb治疗牙周炎的效果，中山大学夏娟教授、李卫昌教授和程斌教授在现有羧甲基壳聚糖(CMCS)和氧化葡聚糖(ODex)的基础上设计了一种可注射的羧甲基壳聚糖(CMCS-OD)水凝胶。该水凝胶具有优异的抗菌性能、生物相容性和生物可降解性。此外，该水凝胶的pH响应性使Emb能够在牙周炎的酸性微环境中释放出来。该水凝胶体系有效解决了微生物感染和纠正免疫失衡，特别是解决了牙龈假单胞菌的感染，刺激巨噬细胞从促炎表型向抗炎表型转变，从而促进牙周骨的再生。
研究人员采用动态化学交联法制备了CMCS与ODex的多功能水凝胶。扫描电子显微镜(SEM)图像显示，所有水凝胶都表现出典型的多孔结构。研究人员发现当CMCS (40 mg mL
−1
)和ODex (20 mg mL
−1
)以10:1的比例混合时，水凝胶缓释效果较好，凝胶化时间最短。此外，10:1比例的水凝胶表现出更好的热稳定性。随后，研究人员将Emb负载到CMCD-OD中。SEM图像显示Emb在三维水凝胶网络中分散良好。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)证实水凝胶中席夫碱键的形成。释放实验表明，Emb呈爆发式释放，在第15天，累积释放率达到90%。CMCS-OD和Emb@CMCS-OD的可注射性实验结果表明，两种水凝胶注射后均可立即形成水凝胶。以上结果显示了水凝胶良好的注射性和填充不规则牙周缺损的可变性（图1-2）。
牙龈假单胞菌是引起牙周炎骨质流失的主要病原菌。研究人员通过药敏试验和活/死染色确定Emb对牙龈假单胞菌的最佳抑菌浓度为250 μM。涂板实验和细菌活死染色实验均表明Emb@CMCS-OD具有出色的抗菌性能。SEM结果表明Emb@CMCS-OD对牙龈卟啉菌的杀伤最为明显，细菌表现出明显的脱水和皱缩（图3）。
研究人员用LPS处理RAW264.7细胞模拟炎症环境，以研究Emb@CMCS-OD的免疫调节作用。与其他组相比，Emb@CMCS-OD显著上调M2巨噬细胞表型标志物(CD206)的mRNA表达。免疫荧光显示，Emb@CMCS-OD处理巨噬细胞后，CD206水平显著升高，CD86水平降低。此外，研究人员还发现Emb@CMCS-OD极大地抑制了促炎细胞因子TNF-α和IL-1β的mRNA表达。ELISA也证实该水凝胶具有较好的抗炎性能（图4）。
接着研究人员建立小鼠牙周炎模型，以研究Emb@CMCS-OD的体内修复效果。Micro-CT分析显示，Emb@CMCS-OD对牙槽骨的恢复更为显著，恢复水平几乎与健康牙槽骨相同。BV/TV等定量指标也表明Emb@CMCS-OD的修复效果与健康组最接近。H&E染色显示，Emb@CMCS-OD组的牙周组织表现出上皮组织的恢复，炎症细胞浸润减少。牙周韧带(PDL)排列趋于正常，CEJ-AB距离与健康大鼠基本相同。此外，免疫荧光染色和定量分析显示Emb@CMCS-OD组M1型巨噬细胞减少，M2型巨噬细胞增加，与体外实验结果一致。免疫组化和ELISA结果显示，Emb@CMCS-OD组牙周组织中TNF-α和IL-1β的表达显著降低（图5-6）。
总的来说，Emb@CMCS-OD是一种微环境动态响应性水凝胶，通过调节巨噬细胞表型，降低炎性细胞因子的表达，最终促进牙槽骨再生。兼具抗菌和免疫协调功能的Emb@CMCS-OD为牙周炎的临床治疗提供了一种简便高效的新策略。
本研究由中山大学口腔医院夏娟教授、程斌教授和李卫昌教授团队完成。于2024年7月8号在线发表于Adv Sci。
文献信息：Guanming Cai, Lin Ren,
Jiali Yu, Siqi Jiang, Gen Liu, Shujie Wu, Bin Cheng
*
, Weichang Li
*
,
and Juan Xia
*
, A Microenvironment-Responsive, Controlled Release
Hydrogel Delivering Embelin to Promote Bone Repair of Periodontitis via
Anti-Infection and Osteo-Immune Modulation. Adv Sci 2024, 8: e2403786.
