光敏性小肠黏膜下层水凝胶搭载KR-12-a5肽：促进牙周骨再生与抗菌活性的创新策略

本研究针对牙周炎治疗中抗菌与成骨难以协同的临床难题，开发了一种基于猪小肠黏膜下层(SIS)经衣康酸酐(IA)交联的光敏水凝胶，并负载抗菌肽KR-12-a5。该材料通过紫外光引发快速凝胶化，显著提升机械性能，并展现出对金黄色葡萄球菌、具核梭杆菌等牙周致病菌的强效抗菌活性。体外实验证实其可促进骨髓基质细胞(BMSCs)增殖、迁移及成骨分化标志物(ALP、BMP-2、OPN、RUNX-2)表达；体内实验表明其能促进牙周骨缺损边缘自体骨形成并减少炎症细胞浸润。该研究为感染性骨缺损修复提供了兼具形态适配性、抗菌功能和成骨活性的新型可注射生物材料。

　　

牙周炎作为一种慢性感染性疾病，不仅导致牙龈软组织炎症，更会引起牙槽骨进行性吸收，最终造成牙齿松动甚至脱落。传统治疗如牙周刮治和局部用药虽能控制感染，却难以实现有效的牙槽骨再生。这背后隐藏着两大难题：一是牙周袋形态复杂，常规材料难以充分填充；二是局部微环境中细菌生物膜与炎症反应相互交织，既阻碍成骨过程又易引发复发感染。更棘手的是，当前临床常用的膜-骨移植组合材料缺乏抗菌功能，在感染环境下应用风险极高。面对这一挑战，理想的组织再生材料需同时具备三大特性：卓越的生物相容性、对不规则缺损形态的完美适配能力，以及协同抗菌与成骨的双重功能。

在这一背景下，天津医科大学研究团队在《Journal of Nanobiotechnology》上发表了一项创新性研究。他们巧妙利用天然细胞外基质材料——猪小肠黏膜下层(SIS)，通过光敏改性技术构建了一种多功能水凝胶系统。SIS本身富含胶原蛋白（I型胶原28.09±0.67%，III型胶原59.5±1.42%）和多种生物活性因子，具有良好的细胞相容性和成骨诱导能力。然而，单纯SIS水凝胶存在力学性能差、凝胶速度慢的缺陷，在口腔这种动态力学环境中容易发生塌陷。研究团队采用生物基材料衣康酸酐(IA)对SIS进行化学修饰，引入了可光聚合的碳-碳双键，使材料在紫外光(365 nm)照射下能够快速固化（140秒内完成凝胶化），显著提升了材料的机械稳定性和操作性能。

研究的关键创新点在于将抗菌肽KR-12-a5负载到光敏水凝胶中。KR-12-a5是人体天然抗菌肽LL-37的截短衍生物，不仅具有广谱抗菌活性（对金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌均有显著抑制作用），还能通过调节BMP/Smad和p38 MAPK信号通路促进成骨分化。这种双功能特性使其完美契合牙周炎治疗的需求。

研究团队采用了一系列关键技术方法：通过酶消化-透析法制备SIS胶原海绵；使用不同比例IA(1:1至1:5)进行化学交联制备光敏性胶原；通过紫外光引发凝胶化构建三维网络结构；采用真空浸渍法负载KR-12-a5肽（500-2000μg/mL浓度梯度）；使用大鼠牙周炎模型（结扎法诱导）进行体内评价。实验样本包括SD大鼠骨髓基质细胞和8周龄SD大鼠。

材料结构与性能表征

研究显示IA交联显著改善了SIS水凝胶的力学性能和微观结构。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析证实IA成功接枝到SIS胶原上，表现为3432 cm^-1处吸收峰红移和加宽，以及1541 cm^-1处C-H弯曲振动峰强度增加。扫描电镜(SEM)显示交联后水凝胶孔径更加规整致密，孔隙率随交联度增加而降低（SIS/3IA组为105.25μm）。流变学测试表明SIS/3IA组的储能模量(G')和损耗模量(G")分别提高了6.74倍和9.06倍，显示出最优的机械性能。溶胀实验显示所有交联凝胶在4小时内达到溶胀平衡，降解实验表明纯SIS组4周降解率达94.6%，而交联组降解速率显著减缓。

肽释放与生物矿化特性

肽释放研究表明，KR-12-a5在24小时内突释达到27.4-33.2%，7天累计释放48.2-76.5%，14天达53.7-82.1%。这种快速初期释放有利于早期细菌清除，而持续释放则提供长期保护。在模拟体液中降解7天后，水凝胶表面出现钙磷矿物沉积，能谱分析(EDS)证实含有Ca、P元素，表明材料具有生物矿化能力。

抗菌性能评价

抗菌实验显示，KR-12-a5负载水凝胶对多种牙周致病菌表现出浓度依赖性抑菌效果。活/死染色显示，随着肽浓度增加，死菌（红色荧光）比例显著上升，总菌量明显减少。SEM观察发现肽修饰组细菌数量稀少且出现膜破裂、细胞扁平化等形态损伤，表明KR-12-a5通过破坏膜完整性和抑制群体感应发挥抗菌作用。值得注意的是，肽对革兰阳性菌的抑制效果优于革兰阴性菌，这可能与革兰阴性菌外膜屏障和RND家族外排泵（如MexAB-OprM）主动外排疏水性抗菌肽有关。

生物相容性与成骨分化

细胞实验证实材料具有良好的生物相容性。CCK-8检测显示培养7天后，SIS/IA/1000μg/mL KR-12-a5组细胞活力达到对照组的132.9%。细胞骨架染色显示实验组肌丝分布更显著，Transwell实验表明所有实验组均增强成骨细胞趋化性。溶血率测试显示所有组均低于2%，远低于5%的安全阈值。

成骨诱导实验显示，KR-12-a5显著促进骨髓基质细胞的成骨分化。碱性磷酸酶(ALP)染色显示实验组ALP阳性区域显著大于对照组；茜素红染色表明肽修饰组矿化结节数量和面积明显增加。实时定量PCR显示成骨相关基因（Alp、Opn、Bmp-2、Runx-2）表达上调；免疫荧光和Western blot进一步证实成骨蛋白（ALP、OPN、BMP-2、RUNX-2）表达增强。值得注意的是，KR-12-a5表现出明显的浓度依赖性激素效应：在1000μg/mL时通过TLR2/4-MAPK通路激活和BMP/Smad信号通路协同促进成骨；但过高浓度(2000μg/mL)反而因过度膜去极化干扰钙依赖性信号转导而抑制成骨。

体内骨再生效果

在大鼠牙周炎模型中，Micro-CT显示SIS/IA/KR-12-a5组在临界尺寸缺损边缘形成连续的新生骨，骨再生体积显著大于对照组。组织学分析（H&E和Masson染色）证实实验组形成良好的骨-胶原复合结构，炎症细胞浸润显著减少。免疫组化显示BMP-2和RUNX-2阳性表达区域增加，表明成骨活性增强。

该研究成功开发了一种光敏性SIS/IA/KR-12-a5复合水凝胶，解决了牙周炎治疗中抗菌与成骨难以协同的关键问题。材料通过IA交联获得快速光固化能力（140秒内凝胶化）和增强的机械性能；KR-12-a5肽提供广谱抗菌活性和成骨促进作用；三维多孔结构适配复杂牙周袋形态并支持细胞长入。研究证实该材料能显著促进BMSCs成骨分化（通过BMP/Smad和p38 MAPK信号通路），在体内有效促进牙周骨再生并减轻炎症反应。这种可注射光敏水凝胶为感染性骨缺损修复提供了新的解决方案，兼具形态适应性、抗菌功能和成骨活性，具有重要的临床转化前景。