牙周组织中的致病菌和活化免疫细胞持续产生活性氧（ROS）及炎症介质，形成氧化应激微环境，对细胞和组织造成损伤。抗菌策略与活性氧清除对于治疗牙周炎至关重要。
近期，西南医科大学附属口腔医院陶刚副研究员、蔡蕊副教授、黎春晖副教授等人开发了一种基于铁-姜黄素纳米颗粒与光热响应材料的可注射复合微球。该微球通过协同抗菌、清除活性氧及调节巨噬细胞极化等多重机制，在动物实验中显著抑制牙周炎症进展并减少牙槽骨吸收。相关研究以“A multifunctional injectable microsphere with enhanced near-infrared photo-antibacterial, ROS scavenging, and anti-inflammatory properties for periodontitis treatment”为题目，发表于期刊《Theranostics》。
本文要点：
1、本研究采用微流控技术，将铁-姜黄素纳米颗粒（Fe-Cur NPs）包封于甲基丙烯酰化明胶（GelMA）微球中，随后在微球表面修饰聚多巴胺（PDA）层，并结合盐酸米诺环素（MH），构建出多功能复合微球（GM@Fe-Cur/PDA/MH）。
2、GM@Fe-Cur/PDA/MH微球具有优异的黏附性，能够在牙周袋内长期留存以维持其功能。
3、借助PDA的光热特性与MH的协同作用，该微球可有效杀灭细菌并减轻过度免疫反应。
4、此外，在体外氧化应激条件下，其能调控巨噬细胞的M1/M2极化、抑制炎症因子表达并促进成骨蛋白表达。
5、在大鼠牙周炎模型中，GM@Fe-Cur/PDA/MH可有效控制炎症进展并减少牙槽骨流失。其机制可能与调控Nrf2通路清除ROS及抑制NLRP3炎症小体有关。
6、综上所述，GM@Fe-Cur/PDA/MH是一种整合了抗菌、抗氧化、抗炎及减轻骨丢失功能的有效治疗手段，在牙周炎治疗中展现出显著的应用潜力。
该复合微球的多功能协同机制如何突破传统牙周炎治疗的局限性？
传统治疗（如机械清创+局部抗生素）面临三大瓶颈：
1、药物滞留时间短：龈沟液冲刷导致药物快速流失；
2、单一疗效局限：抗生素仅抑菌，无法调控氧化应激与免疫失衡；
3、生物膜屏障：抗生素难以渗透深层菌斑生物膜。
本研究的突破性协同机制：
PDA粘附层→ 解决滞留问题（微球在9 mL/min流速下10分钟保留率>50%）；
Fe-Cur NPs → 激活Nrf2通路清除ROS（体外清除率>80%），逆转H2O2对干细胞成骨分化的抑制；
PDA光热+MH抗生素→ 协同破膜杀菌（NIR照射后对 gingivalis杀灭率近100%）；
Fe-Cur NPs、PDA层及MH协同调控巨噬细胞极化→ 下调M1型促炎因子（TNF-α/IL-1β降低50%），上调M2型修复因子（IL-10/Arg-1）。
总之，未来牙周炎疗法需从"单一抗菌"转向"微环境多靶点重塑"，通过材料设计实现药物递送-免疫调控-组织再生的一体化协同。
Scheme 1: GM@Fe-Cur/PDA/MH微球的制备过程及牙周炎治疗示意图。（A）铁-姜黄素纳米颗粒（Fe-Cur NPs）的合成示意图。（B）明胶的化学修饰示意图。（C）GM@Fe-Cur/PDA/MH的合成过程及注入牙周袋治疗牙周炎的示意图。
图1：铁-姜黄素纳米颗粒（Fe-Cur NPs）的制备与表征。（A）Fe-Cur NPs的合成示意图。（B）Cur、FeCl3及Fe-Cur NPs溶于甲醇溶液的照片。（C）Cur与Fe-Cur NPs的傅里叶变换红外光谱。（D）Cur、FeC3及Fe-Cur NPs在甲醇中的紫外-可见光谱。（E）Fe-Cur NPs的透射电镜图像及粒径统计图表。（F）Fe-Cur NPs中所有元素的X射线光电子能谱。（G）Fe-Cur NPs中铁元素的X射线光电子能谱。
图2：GM@Fe-Cur/PDA/MH的制备与表征。（A）GM@Fe-Cur/PDA/MH的合成过程示意图。（B）四种微球的白光图像。（C）四种微球的粒径分布图表。（D）四种冻干微球样品的扫描电镜图像。（E）GM@Fe-Cur/PDA/MH的元素组成分析。
图3：微球的体外血液相容性和细胞相容性。（A）微球与血液孵育后的照片及相应红细胞形态。（B）微球的溶血率。（C）人牙周膜干细胞（hPDLSCs）和（D）RAW264.7细胞在1、3、5天的细胞计数试剂盒（CCK-8）检测结果。（E）hPDLSCs和（F）RAW264.7细胞在1、3、5天的活/死细胞染色荧光图像。
图4：微球的体外自由基清除能力。（A）三种自由基（DPPH・、ABTS+・、PTIO・）清除过程的示意图。（B）DPPH・自由基与微球孵育后的紫外-可见光谱。（C）DPPH・自由基清除率的定量分析。（D）ABTS+・自由基与微球孵育后的紫外-可见光谱。（E）ABTS+・自由基清除率的定量分析。（F）PTIO・自由基与微球孵育后的紫外-可见光谱。（G）PTIO・自由基清除率的定量分析。
图5：微球在H2O2诱导的氧化应激下对细胞内活性氧（ROS）的清除作用。（A）经不同微球处理后RAW264.7细胞的DCFH-DA染色荧光图像。（B）DCFH-DA荧光强度的定量分析。（C）氧化应激条件下RAW264.7细胞的活/死细胞染色及（D）CCK-8检测结果。（E）氧化应激条件下hPDLSCs的活/死细胞染色及（F）CCK-8检测结果。
图6：GM@Fe-Cur/PDA/MH的近红外（NIR）光热性能。（A）光热治疗示意图。（B）不同功率下GM@Fe-Cur/PDA/MH的温度变化曲线。（C）磷酸盐缓冲液（PBS）、甲基丙烯酰化明胶微球（GM）、GM@Fe-Cur、GM@Fe-Cur/PDA和GM@Fe-Cur/PDA/MH在1W/cm²近红外激光照射下的温度变化曲线。（D）GM@Fe-Cur/PDA/MH在1W/cm²近红外激光照射四次循环后的光热稳定性。（E）1W/cm²近红外激光照射期间不同微球的红外热成像图。
图7：微球的体外抗菌性能。（A）金黄色葡萄球菌（S. aureus）、（C）大肠杆菌（E. coli）和（E）牙龈卟啉单胞菌（P. gingivalis）经不同微球处理后的菌落形成单位照片。对（B）金黄色葡萄球菌、（D）大肠杆菌和（F）牙龈卟啉单胞菌的抗菌活性分析。（G）金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和牙龈卟啉单胞菌经不同微球处理后的活/死染色图像。（H）金黄色葡萄球菌、（I）大肠杆菌和（J）牙龈卟啉单胞菌荧光图像的定量分析。
图8：GM@Fe-Cur/PDA/MH对巨噬细胞极化的调控作用。（A）GM@Fe-Cur/PDA/MH抑制M1型巨噬细胞极化同时促进M2型极化的示意图。（B）不同极化条件下RAW264.7细胞的形态变化。（C）M1型（诱导型一氧化氮合酶，iNOS）和（E）M2型（CD206）巨噬细胞标志物的免疫荧光图像。巨噬细胞极化标志物的流式细胞术分析：（D）M1型巨噬细胞的CD86和（F）M2型巨噬细胞的CD206。（G）体外炎症相关细胞因子的mRNA表达水平。
图9：GM@Fe-Cur/PDA/MH在氧化应激条件下对hPDLSCs成骨分化潜能的影响。（A）GM@Fe-Cur/PDA/MH在氧化应激条件下保护hPDLSCs的示意图。（B）hPDLSCs在第7天的碱性磷酸酶（ALP）染色图像。（C）hPDLSCs在第14天的茜素红S（ARS）染色图像。（D）第7天Runx2和（E）第14天骨钙素（OCN）的免疫荧光图像。（F）通过鬼笔环肽染色F-肌动蛋白观察hPDLSCs的细胞形态。
图10：GM@Fe-Cur/PDA/MH在大鼠牙周炎模型中的ROS清除性能。（A）大鼠牙周炎模型构建过程的示意图。（B）微球在大鼠体内ROS清除效果的荧光图像及（C）相应的荧光强度定量分析。（D）微球在脂多糖（LPS）刺激的巨噬细胞中ROS清除效果的荧光图像及（E）相应的荧光强度定量分析。
图11：GM@Fe-Cur/PDA/MH减轻结扎诱导的大鼠牙周炎模型中的牙槽骨丢失。（A）微球处理2周后牙周状况的三维重建图、矢状面和冠状面视图。（B）2周后颊侧骨丢失高度的定量分析。（C）2周后釉牙骨质界-牙槽嵴顶（CEJ-ABC）距离分析。（D）处理4周后的三维重建图、矢状面和冠状面视图。（E）4周后颊侧骨丢失高度的定量分析。（F）4周后CEJ-ABC距离分析。
图12：不同微球处理2周后牙周软组织和骨再生的评估。（A）苏木精-伊红（H&E）染色图像。（B）马松三色染色图像。（C）Runx2的免疫荧光染色。（PDL：牙周膜，AB：牙槽骨，R：牙根）。
图13：不同微球处理4周后牙周软组织和骨再生的评估。（A）H&E染色图像。（B）马松三色染色图像。（C）OCN的免疫荧光染色。（PDL：牙周膜，AB：牙槽骨，R：牙根）。
图14：GM@Fe-Cur/PDA/MH改善牙周炎大鼠牙周组织的炎症状态。（A）iNOS的免疫荧光染色。（B）CD206的免疫荧光染色。（C）肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6）的免疫组织化学染色。（D）TNF-α、（E）IL-1β和（F）IL-6阳性细胞在免疫组织化学染色中的面积百分比。（PDL：牙周膜，AB：牙槽骨，R：牙根）。
图15：GM@Fe-Cur/PDA/MH的抗炎和抗氧化机制研究。（A）GM@Fe-Cur/PDA/MH的抗氧化和抗炎机制示意图。（B）NLRP3、Nrf2和HO-1的蛋白质印迹分析，以β-肌动蛋白作为内参。（C）体外NQO-1的mRNA表达。（D）体外半胱天冬酶-1（Caspase-1）的mRNA表达。（E）体外IL-18的mRNA表达。（F）体内Nrf2和（G）NLRP3的免疫荧光染色。（PDL：牙周膜，AB：牙槽骨，R：牙根）。
文献：doi: 10.7150/thno.107793
