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新型可注射水凝胶DES-CS/GP的开发及其在牙周炎治疗中的应用研究

作者及发表信息
本研究由Jin Zhang、Lingzhuang Meng、Yinan Jia、Jianshu Li、Xinyuan Xu*和Xin Xu*共同完成，主要研究机构包括四川大学华西口腔医院（State Key Laboratory of Oral Diseases & National Center for Stomatology & National Clinical Research Center for Oral Diseases）以及四川大学高分子科学与工程学院（College of Polymer Science and Engineering）。该研究于2025年发表在期刊*Mater. Horiz.*（*Materials Horizons*）第12卷第3788-3802页。

学术背景
牙周炎（periodontitis）是一种由牙菌斑生物膜（dental plaque biofilm）引发的慢性炎症性疾病，可导致牙周组织破坏和牙齿脱落。目前的治疗手段（如机械清创术）在严重病例中效果有限，因此需要开发兼具抗菌和抗炎特性的辅助治疗方法。水杨酸（salicylic acid）具有抗菌和抗炎作用，但其水溶性差、生物利用度低，限制了其在牙周治疗中的应用。本研究旨在开发一种基于水杨酸-胆碱低共熔溶剂（deep eutectic solvent, DES）的可注射水凝胶（DES-CS/GP），以提高水杨酸的溶解度、渗透性和缓释效果，从而增强牙周炎的治疗效果。

研究方法与流程
1. DES-CS/GP水凝胶的合成与表征
- DES制备：将水杨酸与胆碱碳酸氢盐（choline bicarbonate）按1:1摩尔比混合，通过磁力搅拌和旋转蒸发制备DES。
- 水凝胶制备：将壳聚糖（chitosan, CS）溶于乙酸，与β-甘油磷酸钠（β-glycerophosphate, GP）溶液混合，并加入不同浓度的DES（3%和6%），形成DES-CS/GP水凝胶。
- 理化性质分析：通过扫描电子显微镜（SEM）观察水凝胶的微观结构，流变学测试评估其凝胶化行为和机械性能，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析化学结构，抗氧化实验（ABTS和DPPH法）评估其自由基清除能力。

1. 抗菌性能评估

   • 最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）测定：针对牙周炎关键病原体牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis, P. g）和具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum, F. n），采用肉汤稀释法测定DES-CS/GP的抗菌效果。
     
   • 生物膜抑制实验：通过结晶紫染色和荧光显微镜观察DES-CS/GP对生物膜的破坏作用。
     

2. 细胞相容性与抗炎作用

   • 细胞毒性测试：采用CCK-8法评估DES-CS/GP对人牙龈成纤维细胞（HGF）、牙龈上皮细胞（HGE）和口腔角质形成细胞（HOK）的细胞存活率。
     
   • 抗炎实验：通过qPCR和ELISA检测DES-CS/GP对脂多糖（LPS）诱导的RAW264.7巨噬细胞中促炎细胞因子（TNF-α和IL-1β）表达的抑制作用。
     

3. 渗透性评估

   • 体外渗透实验：使用FITC-葡聚糖（4.4 kDa）评估DES-CS/GP通过牙龈上皮细胞和猪牙龈组织的渗透能力。
     

4. 体内治疗效果验证

   • 大鼠牙周炎模型：通过结扎法（ligation）和牙龈注射P. g诱导牙周炎，随后局部注射DES-CS/GP，评估其对牙槽骨吸收（CEJ-ABC距离）、细菌负荷（qPCR）和炎症因子表达的影响。
     

主要研究结果
1. DES-CS/GP的理化特性
- 水凝胶具有快速凝胶化（1分钟内）和优异的可注射性，SEM显示其多孔结构有利于药物缓释。
- FTIR证实DES成功整合到水凝胶网络中，增强了氢键相互作用。
- 药物释放实验表明，6% DES-CS/GP在7天内释放约79%的水杨酸，具有长效缓释效果。

1. 抗菌与抗炎作用

   • DES-CS/GP对P. g和F. n的MIC为0.75%，MBC为3%，并能显著破坏生物膜结构（p<0.001）。
     
   • 在RAW264.7细胞中，DES-CS/GP使TNF-α和IL-1β的mRNA表达降低50%以上（p<0.01）。
     

2. 体内治疗效果

   • 在大鼠模型中，6% DES-CS/GP组牙槽骨吸收减少40%，细菌负荷降低80%，且无全身毒性。
     

结论与意义
本研究成功开发了一种新型DES-CS/GP水凝胶，兼具抗菌、抗炎、高渗透性和生物相容性，为牙周炎的局部治疗提供了创新策略。其科学价值在于通过DES技术解决了水杨酸溶解度低的问题，并实现了药物的可控释放；应用价值在于其可注射性和长效性，适合临床推广。

研究亮点
1. 创新性方法：首次将水杨酸-胆碱DES应用于牙周治疗，并通过水凝胶载体实现缓释。
2. 多效性功能：DES-CS/GP同时具备抗菌、抗炎和促进药物渗透的能力。
3. 转化潜力：动物实验证实其显著减少牙槽骨吸收，且安全性高。

其他价值
该研究为DES在口腔医学中的应用提供了新思路，未来可拓展至其他难溶性药物的递送系统开发。