更新时间：2026-01-06
点击次数：46
近日，一项发表于《Journal of Nanobiotechnology》的研究“Injectable responsive hydrogel with synergistic antibacterial and anti-inflammatory properties for enhanced periodontitis treatment"带来了新突破 —— 科研团队成功研发出一种可注射的 pH 响应型水凝胶（MH@ZIF-8/CS/β-GP），通过协同抗菌与抗炎作用，为慢性牙周炎治疗提供了全新方案。
01
研究背景
牙周炎作为高发的慢性炎症性疾病，由失衡的微生物生物膜和局部活性氧（ROS）积累引发，不仅会导致牙周袋形成、牙槽骨吸收，最终甚至造成牙齿脱落，还会给患者带来沉重的生活质量下降和社会经济负担。当前临床常用的洁治、刮治等机械清创手段，难以清除牙周袋内残留的致病菌及其代谢产物，而传统药物递送系统又存在生物利用度低、易引发耐药性、无法实现长效释放等问题，因此开发能响应牙周微环境的新型治疗策略迫在眉睫。
02
研究思路
兰州大学研究团队成功构建了一种pH响应型可注射水凝胶（MH@ZIF-8/CS/β-GP），通过将盐酸米诺环素（MH）负载于沸石咪唑酯骨架-8（ZIF-8）纳米颗粒中，并嵌入壳聚糖（CS）和β-甘油磷酸（β-GP）交联基质中。其中MH@ZIF-8纳米颗粒兼具广谱抗菌活性与抗炎作用，既能杀灭多种牙周致病菌，又能通过清除活性氧（ROS）、抑制 NLRP3/Caspase-1/IL-1β 信号通路激活来缓解炎症反应，且体内牙周炎模型证实该可注射水凝胶能显著减轻牙槽骨吸收。水凝胶在牙周袋酸性环境中可实现快速凝胶化和pH响应性药物缓释。
03
读懂核心机制与实验结果
响应性水凝胶治疗牙周炎的作用示意图
图1：MH@ZIF-8 纳米颗粒的制备与表征
图1从材料构建、结构表征到药物性能，呈现了MH@ZIF-8纳米颗粒特性：图a展示了MH@ZIF-8与水凝胶的组装逻辑，图c的SEM图像证实其保留了ZIF-8的十二面体结构，图d-f的EDS元素分布体现Cl、N、Zn分布均匀，图g、h的XRD图谱说明其结晶性良好，而图i的释放曲线和图j的载药效率数据，则直观体现了该纳米颗粒“药物负载效率随MH浓度升高而提升、体外先快速释放后持续稳定释放"的特性，这些结果共同验证了负载MH的ZIF-8纳米颗粒的核心性能，为其后续应用提供了支撑。
图2：MH@ZIF-8 的生物相容性评估
图2通过活/死细胞染色和CCK-8实验直观呈现了MH@ZIF-8纳米颗粒的生物安全性与促增殖效果：图a中不同时间点（第 1、3、5 天）的染色结果显示，各MH@ZIF-8组的活细胞（绿色）占比高、死细胞（红色）极少，死细胞比例始终低于2.5%；图b、c的CCK-8数据则体现，随着培养时间延长，MH@ZIF-8组的细胞活性持续提升，5天时增殖指数高达对照组的1.68倍，这些结果共同证实MH@ZIF-8纳米颗粒不仅生物安全性优异，还能显著促进人牙龈成纤维细胞增殖。
图3：MH@ZIF-8 的体外抗菌活性
图3从多个维度验证了MH@ZIF-8的强效抗菌作用：图a的平板菌落实验显示，MH@ZIF-8组对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、牙龈卟啉单胞菌、伴放线放线杆菌的菌落数量显著少于对照组与ZIF-8组；图c的SEM图像观察到MH@ZIF-8作用后的细菌出现细胞膜皱缩破裂的结构损伤；d的生物膜染色结果体现其对细菌生物膜的抑制效果；而图e、f的定量数据进一步证实MH@ZIF-8对这些致病菌的杀菌率超78%、生物膜抑制率超75%，这些结果共同明确了MH@ZIF-8通过破坏细菌结构、抑制生物膜形成，对关键牙周致病菌发挥强效抗菌作用。
图4：MH@ZIF-8 的体外抗炎机制
图4系统验证了MH@ZIF-8的抗炎作用机制：图a的ROS荧光染色显示，MH@ZIF-8组的荧光信号远弱于LPS组，证明其能有效清除ROS；图b-f的定量数据体现，MH@ZIF-8显著下调了NLRP3、Caspase-1、IL-1β等炎症基因的 mRNA 表达，同时降低了促炎细胞因子TNF-α的分泌水平；图g的机制示意图则直观呈现了MH@ZIF-8通过抑制NLRP3炎症小体活化、阻断NLRP3/Caspase-1/IL-1β信号通路来发挥抗炎作用，这些结果共同证实MH@ZIF-8在LPS诱导的炎症模型中具备明确的抗炎效果及作用通路。
图5：MH@ZIF-8/CS/β-GP 水凝胶的表征
图5全面呈现了MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的理化性能与响应特性：图a、b的SEM图像显示其保留了三维多孔网络结构（孔隙率达82.24%）；图g展示该水凝胶在37℃生理温度下150秒内即可完成溶胶-凝胶转变，结合图j的黏度曲线、图k的黏附强度数据，体现其具备良好的注射性与黏附性；图c、f的曲线则证实，在牙周袋酸性环境（pH=6.0）中，该水凝胶的药物释放量、降解速率均显著高于中性环境（pH=7.4），实现了pH响应性精准释药，这些结果共同验证了该水凝胶适配牙周治疗场景的核心性能。
图6：水凝胶在大鼠牙周炎模型中的体内疗效
图6通过体内实验数据验证了MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶对牙周炎的治疗效果：图c的Micro-CT结果显示，该水凝胶治疗组的牙槽骨矿物质密度（BMD）、骨体积分数（BV/TV）显著提升，已接近正常对照组；图d的HE染色体现其能减少炎症细胞浸润，缓解牙槽骨吸收、恢复牙周附着；图e的Masson三色染色则证实其可修复牙周组织的胶原纤维排列，这些结果共同证实该水凝胶能有效改善牙周炎大鼠的骨组织与软组织损伤，实现良好的体内治疗效果。
图7：体内炎症因子表达的免疫组化分析
图7通过免疫组化实验从分子层面证实了MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的体内抗炎作用：免疫组化结果进一步验证，MH@ZIF-8/CS/β-GP治疗组的NLRP3、Caspase-1、IL-1β及TNF-α表达水平显著低于PBS组和CS/β-GP组，从分子层面证实了水凝胶在体内的抗炎作用。
04
总结
该研究开发了一种智能水凝胶通过将负载MH的ZIF-8纳米颗粒嵌入壳聚糖（CS）和β- 甘油磷酸（β-GP）交联基质中构建而成，兼具多重优势：
精准响应微环境：利用牙周袋酸性条件触发ZIF-8降解，实现MH和Zn²⁺的pH 响应性释放，避免药物浪费和耐药性产生；
协同抗菌作用：Zn²⁺破坏细菌膜稳定性，MH 抑制细菌蛋白质合成，双重机制高效清除致病菌并破坏生物膜；
强效抗炎修复：清除ROS并阻断炎症信号通路，减少促炎因子释放，同时CS/β-GP基质为牙周组织修复提供支撑，促进牙槽骨再生；
优良生物相容性：对牙龈成纤维细胞无毒性，体内降解过程温和，对重要脏器无不良影响。该智能响应型可注射水凝胶系统，为慢性牙周炎的临床治疗提供了新策略。
END
当前位置：
