牙周炎是一种由菌群失调微生物生物膜和局部活性氧（ROS）蓄积引发的慢性炎症性疾病，由于牙周袋内残留病原菌反复感染，使得炎症管理面临挑战。为此，本文通过将盐酸米诺环素（MH）封装的ZIF-8沸石纳米颗粒整合到壳聚糖（CS）与β-甘油磷酸盐（β-GP）交联基质中，成功研制出一种可注射的pH响应性水凝胶（MH@ZIF-8/CS/β-GP）。该水凝胶对牙龈卟啉单胞菌（Pg）和放线菌属牙龈卟啉单胞菌（Aa）等主要牙周病原体展现出广谱抗菌效果，这主要归功于Zn离子与MH的协同抗菌作用。此外，MH@ZIF-8通过抑制NLRP3/Caspase-1/IL-1β信号通路有效清除ROS，在脂多糖（LPS）刺激的RAW264.7细胞中展现出显著的抗炎效果。MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶对人牙龈成纤维细胞（HGFs）表现出优异的生物相容性，在牙周袋酸性环境中能快速完成溶胶-凝胶转变，并实现pH响应型缓释药物递送，有效响应牙周炎微环境。同时，该水凝胶在体内实验中显著缓解了牙槽骨流失。总体而言，这种新型MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶为慢性牙周炎治疗提供了创新策略，展现出广阔的应用前景。

图1.牙周炎治疗响应性水凝胶示意图。(a)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶合成流程示意图。(b)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的生物性能评估。(c)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶治疗牙周组织时抗菌与抗炎双重作用的机制解析

由西西智研制作

牙周炎是一种由菌群失调引发的慢性炎症性疾病，其主要特征是活性氧（ROS）的局部积聚。该疾病会导致牙周袋形成、临床附着丧失、牙槽骨吸收，最终引发牙齿脱落，这些症状共同造成患者生活质量显著下降，并带来巨大的社会经济负担通过协同代谢作用与动态微生物群落变化，生物膜会显著改变牙周袋的微环境，从而破坏宿主与微生物之间的平衡。作为牙周病发病和进展的主要致病因素，牙菌斑生物膜是由高度结构化的微生物群落构成，这些微生物嵌入复杂的细胞外基质中。这种失衡状态最终会引发牙周炎的发病机制。目前临床治疗牙周炎的方法，如洁治术和根面平整术等外科手术，主要依赖机械性清创来清除龈上沉积物。然而，由于牙齿解剖结构复杂，机械清创难以彻底清除龈下的致病菌及其代谢产物，特别是在器械难以触及的区域或严重炎症反应失控的情况下。更重要的是，残留龈下生物膜持续活跃的代谢活动及其对局部微环境的动态调控，会导致慢性难治性感染，给牙周炎的临床控制带来重大挑战。因此，亟需探索针对牙周微环境的创新抗菌和抗炎策略，从而提升牙周炎的治疗效果。

图2.MH@ZIF-8的制备与表征。(a)MH@ZIF-8的示意图。(b)MH-1@ZIF-8的照片。(c)MH-1@ZIF-8的SEM图像。（d-f）MH-1@ZIF-8中Cl、N、Zn的EDS元素分布图。(g)ZIF-8和MH@ZIF-8的FTIR光谱。(h)MH@ZIF-8的XRD图谱。(i)MH-0.25@ZIF-8、MH-0.5@ZIF-8和MH-1@ZIF-8的载药能力。(j)MH-0.25@ZIF-8、MH-0.5@ZIF-8和MH-1@ZIF-8在37°C（pH=7.4）下的释放曲线。

图3.MH@ZIF-8纳米复合材料的生物相容性评估。(a)MH@ZIF-8共培养细胞的活/死染色结果（绿色：活细胞，红色：死细胞）。(b)活/死染色图像的定量分析。(c)MH@ZIF-8共培养后细胞的CCK-8细胞毒性评估

图4.MH@ZIF-8的体外抗菌性能。(a)ZIF-8与MH@ZIF-8共培养对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、幽门螺杆菌和副溶血性弧菌的菌落计数实验。(b)MH@ZIF-8共培养后对上述细菌的活/死染色结果。(c)MH@ZIF-8共培养后细菌膜完整性的扫描电镜图像。(d)ZIF-8与MH@ZIF-8生物膜的形态特征。(e)ZIF-8与MH@ZIF-8共培养后细菌生物膜的OD600值。(f)抗菌率的定量分析

图5.MH@ZIF-8的体外抗炎效果评估。(a)抗氧化活性检测图像。(b)抗氧化活性定量分析。（c-e）RAW264.7巨噬细胞中炎症相关基因表达的RTqPCR分析（IL-1β、Caspase-1、NLRP3）。(f)ZIF-8及MH@ZIF-8处理对TNF-α表达的影响。(g)抗炎作用机制示意图

图6. MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的表征。(a)冻干CS/β-GP水凝胶的SEM图像。(b)冻干MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的SEM图像。(c)37°C下MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶中盐酸米诺环素的pH响应性释放动力学（pH=7.4 vs.pH=6.0）。(d)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的XRD分析。(e)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的FTIR分析。(f)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的体外降解行为（pH=7.4 vs.pH=6.0）。(g)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的逆变测试。(h)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的流变学分析。(i)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的阶跃应变（0.1%和100%应变）测试。(j)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的注射性能评估。(k)CS/β-GP和MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的拉伸和剪切粘结强度。(l)MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶共培养后细胞的CCK-8细胞毒性评估。

图7.MH@ZIF-8/CS/β-GP治疗牙周炎的体内实验评估。(a)大鼠牙周炎模型建立及治疗干预示意图。(b)治疗2周和4周后牙龈沟液生物膜的结晶紫染色结果。(c)对照组、PBS组、CS/β-GP组及MH@ZIF-8/CS/β-GP组SD大鼠上颌骨的对比性微CT三维重建。(d)HE染色上颌骨切片。(e)Masson三色染色上颌骨切片。（f-g）治疗2周和4周后牙龈沟液生物膜的光密度定量分析。（h-i）第二上颌磨牙周围骨密度（BMD）及骨体积BV/TV的定量评估。（j-k）第二上颌磨牙近远中侧CEJ-ABC距离测量

图8.上颌骨切片的免疫组化分析。（a-d）NLRP3、Caspase-1、IL-1β和TNF-α的免疫组化染色结果。（e-h）IHC染色的定量分析

本研究开发了一种新型pH响应型热敏水凝胶（MH@ZIF-8/CS/β-GP），用于治疗慢性牙周炎。该水凝胶通过将MH负载的ZIF-8纳米颗粒与壳聚糖（CS）交联形成。β-GP展现出显著的抗菌和抗炎特性。MH@ZIF-8纳米颗粒在酸性环境下实现了MH和Zn2+的持续释放，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、幽门螺杆菌和Aa均表现出抗菌效果。此外，MH@ZIF-8通过清除活性氧并下调NLRP3、Caspase-1、IL-1β和TNF-α的表达，显著抑制了炎症反应，从而阻断了促炎信号通路。在活体牙周炎模型中进一步证实，MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶能有效抑制牙槽骨吸收，为慢性牙周炎治疗提供了具有重要临床应用前景的新型治疗策略。

本文内容来自期刊Journal of Nanobiotechnology ，以Injectable responsive hydrogel with synergistic antibacterial and antiinflammatory properties for enhanced periodontitis treatment为题的文章。原文链接：

https://doi.org/10.1186/s12951-025-03698-z

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