综述：从生物膜控制到仿生再矿化：水凝胶在龋病预防和治疗中的应用

本综述系统探讨了水凝胶在龋病防治中的前沿应用，重点介绍了其基于天然/半合成聚合物的三维网络结构如何通过负载益生菌、抗菌剂（如活性氧ROS）、再矿化诱导因子（如氟化物F-、釉基质衍生物EMD）以及唾液调节成分，实现生物膜调控、仿生再矿化和微生态平衡恢复，为精准口腔疾病管理提供了创新策略。

　　

1 引言

龋病是一种影响牙齿硬组织的慢性细菌性疾病，被世界卫生组织（WHO）列为全球最普遍的非传染性慢性疾病。其发病机制涉及细菌生物膜形成、牙齿脱矿与再矿化平衡破坏以及唾液微环境改变等多重因素。传统防治材料在复杂口腔环境中面临滞留时间短、稳定性差等挑战，而水凝胶凭借其三维网络结构、环境响应性和优异的载药能力，正成为龋病管理的革命性材料。

2 抗龋水凝胶的基质基础

水凝胶的基质材料可分为天然聚合物和半合成聚合物两大类。天然聚合物如壳聚糖（chitosan）、藻酸盐（alginate）和琼脂糖（agarose）具有良好的生物相容性和可降解性，但常需通过改性或交叉链接以增强机械性能和抗菌能力。壳聚糖凭借其阳离子特性可有效抑制变形链球菌（Streptococcus mutans）和牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）；藻酸盐通过多价金属离子交联形成水凝胶，适用于再矿化治疗；琼脂糖则能模拟有机基质环境调控羟基磷灰石（HAP）晶体生长。

半合成聚合物通过化学修饰天然聚合物获得 enhanced 性能。重组壳聚糖衍生物通过醚化、酯化等改性提升黏膜粘附性和抗菌性；重组丝素蛋白（recombinant silk fibroin）和类弹性蛋白重组体（elastin-like recombinamers, ELRs）展现出优异的生物矿化引导能力和力学强度；重组肽类水凝胶则具备pH响应性和自组装特性，为智能药物递送提供可能。

3 龋病防治水凝胶的分类与应用

3.1 益生菌制剂水凝胶

通过口服微生物移植（OMT）策略，负载乳酸杆菌（Lactobacillus sp.）的结冷胶（gellan gum）水凝胶可有效抑制白色念珠菌（Candida albicans）生物膜形成，恢复口腔微生态平衡。

3.2 抗菌水凝胶

金属离子（如锌、银、铜）掺杂的水凝胶通过氧化应激机制杀灭致龋菌。智能光响应水凝胶（如Bi₁₂O₁₇Cl₂/Cu₂O体系）在绿光照射下释放活性氧（ROS），实现精准杀菌。针对葡萄糖基转移酶（Gtfs）的pH响应水凝胶（如羟基橙酮HA5）可抑制生物膜基质合成。

3.3 再矿化诱导水凝胶

氟化物水凝胶（如NaF/壳聚糖体系）促进氟磷灰石形成，增强牙釉质抗酸能力。生物活性因子负载水凝胶（如釉基质衍生物EMD、成釉蛋白相关蛋白ODAM、釉膜蛋白AMTN）通过胶原基质引导羟基磷灰石定向沉积，实现仿生矿化。

3.4 抗菌与再矿化双功能水凝胶

釉原蛋白衍生肽（QP5、rP172、P26、P32）与壳聚糖或生物玻璃（bioactive glass, BG）复合的水凝胶同时抑制变形链球菌代谢并促进钙磷离子释放。氟化物与亚硝基谷胱甘肽（S-nitrosoglutathione）复合的Pluronic F127-藻酸盐水凝胶实现98%杀菌率与脱矿抑制双效协同。

3.5 唾液相关防龋水凝胶

基于透明质酸（hyaluronic acid, HA）的3D培养系统支持唾液功能单元再生；脱细胞基质水凝胶（pDSG-gel）通过促进唾液腺再生恢复唾液分泌功能，间接降低龋病风险。

4 结论

抗龋水凝胶已从单一功能向智能响应、多效协同方向发展。当前挑战在于复杂口腔环境中的稳定性维持和生物安全性验证。未来需聚焦pH/温度响应型智能水凝胶、微生物-宿主互作调控机制及临床转化研究，以推动精准口腔医学发展。