牙周炎是一种由牙菌斑引起的慢性炎症性疾病，全球约50%的人口都受到该疾病的影响，其特征是牙周组织遭到破坏，通常引起牙龈炎症、牙槽骨吸收、牙齿松动和移位，是成人牙齿脱落的主要原因。该疾病也与全身性疾病有关，如心血管疾病、糖尿病、类风湿性关节炎等。同时，氧化应激反应也会诱发牙周炎并进一步加剧牙周组织的附着损失，而且炎症发生过程中的免疫失调还会使牙周炎中牙槽骨的自我修复能力遭到严重损害。

在牙周炎的发病机制中，除致病菌外，宿主免疫反应也是牙周损伤的关键介质。因此目前的治疗策略主要通过利用牙周洁治和抗菌药物来减少细菌附着和进行宿主免疫调节从而抑制慢性炎症的进展。然而，牙槽骨吸收是牙周病的突出特征，但在目前的治疗方案中对于预防和治疗骨吸收的成果却寥寥无几。

图1牙周炎的炎症过程（International journal of molecular sciences, 25 (4), 2146）    

目前，细胞疗法已在再生医学和癌症免疫疗法中显示出的巨大前景。然而，这种方法在治疗牙周炎方面尚未得到利用。长期以来，水凝胶一直被用作理想的药物载体，因为它们可以支持局部治疗手段中所需的药物的长期保存与缓释，并具有机械和功能可调性。此外，将刺激敏感基团引入水凝胶网络后还可以使其对缺氧、低pH值、富集活性氧（ROS）等疾病的特异性微环境做出反应，从而在病灶部位实现受控药物释放。

基于此，2024上海医疗设备展Medtec精选了10篇相关水凝胶治疗牙周炎的精彩文献，带领大家了解水凝胶在改善牙周炎免疫失衡和组织再生中的新应用。此外，大多数组织工程疾病大多有着类似的微环境调整，所谓“一法通，万法通”，希望大家也可以从中解锁出适合自己的方法和原理解释！

文献1：Bioactive Materials (IF18.9) 2024—受压电刺激的水凝胶系统通过激活生物能量活化治疗牙周炎

主要内容：牙周炎中驻留细胞分化能力受损和免疫微环境紊乱，对骨再生提出了巨大挑战。研究者们受到电刺激可以促进线粒体产生ATP的启发，开发了一种无线压电刺激系统来激活生物能量学，以再生牙周炎中受伤的组织。在机械活化下，触发的压电电位可以改善炎性牙周韧带干细胞（PDLSCs）的线粒体生物能量功能，挽救其成骨分化。此外，罗非鱼明胶的压电刺激和内在抗炎活性协同将巨噬细胞极性从促炎M1表型转变为抗炎M2表型并促进成骨，最终成功实现了大鼠炎性牙周骨缺损的原位组织再生。这一研究为通过压电刺激调节能量代谢和免疫调节治疗牙周炎和其他免疫相关骨缺损铺平了新的道路。

文章来源：

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.02.011

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文献2：Advanced Healthcare Materials (IF10.0) 2024—壳聚糖-没食子酸接枝共聚物作为牙周敷料水凝胶用于术后牙周治疗

主要内容：术后牙周伤口处于复杂的生理环境中，细菌的积累、唾液的刺激和食物残渣的滞留会加重伤口的恶化。在这项研究中，研究者们受壳聚糖固有的止血和抗菌特性以及贻贝的湿粘附特性的启发，开发了一种类似贻贝的生物粘附水凝胶CS-GA作为牙周敷料水凝胶。壳聚糖-没食子酸接枝共聚物（CS-GA）被合成为潜在的牙周敷料水凝胶，具有高溶胀率、可调降解性、自愈能力、生物相容性、强粘附能力、高机械性能和韧性等特点。CS-GA还可以在短时间内止血，吸附红细胞形成物理血凝块，增强止血性能。此外，CS-GA可以减少炎症因子的表达，增加胶原纤维的沉积和新生血管形成，促进伤口愈合，使其成为术后组织修复的潜在牙周敷料。 

文章来源：

https://doi.org/10.1002/adhm.202302877

文献3：Advanced Science (IF15.1) 2024—通过利用粘弹性生物材料的机械应力促进牙周韧带再生

主要内容：牙周韧带（PDL）等机械敏感组织的粘弹性是维持机械稳态的关键。然而，由于牙周炎或牙齿外伤，PDL的粘弹性很容易丧失，从而损害牙周组织的生物力学功能。在这种情况下，细胞-细胞外基质（ECM）相互作用会发生变化，甚至生理机械负荷也会导致牙周组织损伤。因此，通过恢复PDL的生物力学特性（例如粘弹性）来恢复牙周组织的机械适应性是促进牙周再生的一种新颖且有前途的方法。研究者们发现PluronicF127二丙烯酸酯（F127DA）水凝胶是纳米胶束交联水凝胶，具有优异的粘弹性，可以在结构和生物力学上模拟PDL。此外，F127DA水凝胶已被广泛用于牙周再生的药物递送。因此，在本研究中选择F127DA水凝胶制备粘弹性生物材料。通过控制前驱体浓度，成功合成了具有可调弹性模量和应力松弛的F127DA水凝胶。并通过一系列研究首次阐明了具有应激松弛的水凝胶如何决定细胞机械负荷下的细胞行为，并提出了一种促进PDL再生的新策略。   

文章来源：

https://doi.org/10.1002/adhm.202302877

文献4：Journal of Nanobiotechnology (IF10.2) 2024—GelMA水凝胶通过封装氧化石墨烯的纳米级衍生物来治疗牙周组织缺损

主要内容：口腔颌面部的许多疾病，如牙周病、根尖周病、骨裂、骨开窗、颌骨肿瘤等，都伴有牙周和骨组织的破坏。这种破坏往往超出了身体的愈合和修复能力，严重限制了口腔功能，是目前临床治疗的一个挑战。本研究旨在探讨两种方法（Y-GOQDs和B-GOQDs）制备的GOQDs对人牙周韧带干细胞（hPDLSCs）成骨分化的影响，以及明胶甲基丙烯酰（GelMA）封装的GOQD诱导的hPDLSC片对大鼠下颌牙周缺损修复的影响并探讨了GOQD促进骨分化的分子生物学机制。结果发现Y-GOQDs比B-GOQDs含有更多的氧官能团。明胶甲基丙烯酰（GelMA）包封的Y-GOQD诱导的hPDLSC片有效促进了大鼠下颌牙周缺损的修复。Y-GOQDs通过上调线粒体融合和抑制线粒体裂变来增强hPDLSCs的成骨分化。与Y-GOQDs相比，B-GOQDs对促骨分化和线粒体融合的作用相对较弱。    

文章来源：

https://doi.org/10.1186/s12951-024-02422-7

文献5：ACS Nano (IF17.1) 2023—具有抗菌、ROS清除和成骨作用的水凝胶用于牙周炎的治疗

主要内容：目前，局部机械清创、抗生素给药等治疗方式不仅难以有效解决难治性细菌生物膜，而且很难改善过度的炎症反应，使受损的牙周组织再生。为此，研究者们提出了由铜基自组装形成的TM/BHT/CuTA水凝胶体系纳米酶（铜单宁酸配位纳米片，CuTANS）和甘油单硬脂酸三酯/2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（TM/BHT）水凝胶。带负电荷的TM/BHT/CuTA可以通过静电吸附和水解作用，以正电荷的形式保留在炎症部位，以响应MMP的增加而水解。通过在牙周炎中实现CuTA纳米酶的缓释，使释放的CuTA纳米酶具有更强的抗菌特性。同时，作为金属-酚醛纳米酶，它可以通过模拟超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的级联过程清除更多的活性氧。此外，CuTA纳米酶可通过Nrf2/NF-κB通路调节巨噬细胞从M1表型到M2表型的极化，减少促炎细胞因子，增加抗炎细胞因子，促进成骨基因的表达，从而缓解炎症，加速骨发生基因的再生。 

文章来源：

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c01940

文献6：Advanced Science (IF15.1) 2023—褪黑激素工程M2巨噬细胞衍生的外泌体辅以水凝胶用于牙周炎的治疗

主要内容：牙周炎是一种由细菌刺激引起的慢性炎症性疾病。作为宿主免疫的重要组成部分，巨噬细胞具有高度可塑性，在炎症反应中起着至关重要的作用。尽管褪黑激素具有抗氧化和抗炎作用，但专注于褪黑激素内质网应激调节的研究仍然有限。本研究构建了用于治疗牙周炎的负载褪黑素的工程化M2-exos(Mel@M2-exos)。M2-exos可以适时地驱动巨噬细胞从M1型重编程为M2型，从而解决慢性炎症并加速牙周愈合。而且从Mel@M2-exos释放的褪黑激素可以通过减少过度的ER应激和UPR来调节炎症性人牙周韧带细胞（hPDLC）的成骨和骨质分化能力。此外，具有缓释Mel@M2-exos的可注射明胶甲基丙烯酰（GelMA）水凝胶可加速结扎诱导牙周炎大鼠的牙周骨再生。  

文章来源：

https://doi.org/10.1002/advs.202302029

文献7：Bioactive Materials (IF18.9) 2023—可注射的ROS敏感水凝胶用于牙周炎的治疗

主要内容：牙周炎是一种由微生物驱动的顽固性炎症性疾病，其中牙龈卟啉单胞菌（Pg）起着关键作用。本文开发了一种可注射的ROS敏感水凝胶，用于将活性骨髓来源的巨噬细胞（以下称为非原位巨噬细胞）和补体C5a受体拮抗剂（C5A）释放到牙龈缝隙。通过适当调节水凝胶刚度，这些巨噬细胞的吞噬活性大大增强，在106kPa的弹性模量下达到最佳性能。同时，C5A避免了Pg对C5a受体的不良激活，从而保证了异位和原位巨噬细胞的细菌杀伤活性。此外，对ROS敏感的水凝胶还具有降低牙周组织中ROS水平的特征，这有助于缓解牙周炎症和减少骨质流失。

文章来源：

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.01.011

文献8：Bioactive Materials (IF18.9) 2023—模拟间充质干细胞“募集-成骨”级联的新型水凝胶用于糖尿病牙周骨再生

主要内容：糖尿病（DM）患者的葡萄糖代谢紊乱会导致活性氧（ROS）过量产生，从而导致骨愈合受损，这使得糖尿病牙周骨再生成为一项重大挑战。因此，本研究通过采用PDLLA（D，L-丙交酯）-PEG（乙二醇）-PDLLA（D，L-丙交酯）（PDLLA-PEG-PDLLA）共聚物和介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）制备了一种新型水凝胶，该水凝胶通过依次释放SDF-1和二甲双胍从而适应糖尿病骨再生的天然骨愈合级联反应。这种协同疗法不仅为骨再生提供了足够的rBMSC，而且有效降低了ROS以逆转rBMSCs抑制的成骨分化，从而持续调节糖尿病微环境并促进成骨，从而实现了对MSC“募集-成骨”级联反应的精确操纵，用于糖尿病骨再生。   

文章来源：

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.08.029

文献9：ACS Nano (IF17.1) 2023—基于生物素-亲和素启发的水凝胶递送系统用于牙周组织缺损的治疗

主要内容：间充质干细胞源性外泌体（MSC-EX）是促进伤口愈合和再生的有效治疗剂，但当在体内单独使用时，它们的治疗效力会因快速清除和生物活性丧失而降低。研究者们受生物素-亲和素相互作用的启发，制备了Bio-GelMA@Bio-EX水凝胶，用于将MSC-EX固定到水凝胶中，从而实现了其用于再生目的的可持续释放。当放置在人工牙周多组织缺损中时，功能化水凝胶表现出优越的治疗性能，可再生复杂的牙周组织，包括脱细胞牙骨质、牙周韧带（PDL）和牙槽骨。

文章来源：

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00839

文献10：Journal of Nanobiotechnology (IF10.2) 2023—新型可注射热敏水凝胶用于牙周的治疗

主要内容：牙周炎是全球常见的公共卫生问题，是一种由牙周病原体引起的牙槽骨不规则缺损的炎症性疾病。因此，抗菌治疗和骨再生在牙周炎的治疗中都非常重要。在本文中，研究者们通过使用具有3D网络的可注射和热敏水凝胶作为骨诱导剂（BMP-2）和近红外区II（NIR-II）光疗剂（T8IC纳米颗粒）的控释载体。通过再沉淀制备了T8IC纳米颗粒，并在808nm激光照射下起到了光敏剂的作用。水凝胶+T8IC+激光+BMP-2+H₂O₂结合温和的PTT（45°C）增强了PDT和BMP-2的缓释。而且，其在体外和体内都具有优异的杀菌作用、成骨诱导和生物安全性。免疫组化染色等分析证实，PTT和PDT可以通过缓解炎症状态来促进骨再生可以通过缓解炎症状态来促进骨再生。    

文章来源：

https://doi.org/10.1186/s12951-023-02124-6

Tips:

2024上海医疗设备展Medtec相信随着材料科学和生物技术的飞速发展，功能性水凝胶的设计与应用已成为生物医学工程最受关注的领域之一。功能性水凝胶系统在炎症治疗中的各种应用，包括口服/注射药物载体、伤口敷料、滴眼液、组织工程支架、喷雾剂等。其用于炎症治疗的最大优势在于，它们显著改善了抗炎药的一些常见缺点，如溶解性差、靶向能力差、保留时间短、爆裂释放、体内易分解等。       

然而，尽管大量研究取得了令人满意的结果，但其在炎症治疗中的实际应用仍需要更严格的实验评估，并且需要结合其目的用途的实际情况进行设计。为了实现这些疾病的有效治疗，预计会有更多的研究人员致力于发病机制的研究和探索。随着医学、材料科学、电子学等的发展，智能水凝胶可能成为下一代炎症治疗平台。

文章来源：EngineeringForLife