通过免疫调节和促进重塑的耦合作用来促进软组织整合的序贯氢释放植入物

《Bioactive Materials》：Sequential hydrogen-release implant for promoting the soft tissue integration through immunomodulatory and pro-remodeling coupling

氢气释放钛种植体通过调控炎症期和重塑期微环境促进胶原沉积与血管生成，显著增强软组织整合（STI），为临床应用提供新策略。

　　在现代医学领域，口腔种植体的应用正日益广泛，其市场需求预计将在2032年达到81.7亿美元。这种增长主要得益于种植体在替代缺失牙齿方面的显著效果。然而，种植体周围的软组织整合能力较天然牙齿弱，容易受到细菌感染和外部刺激的影响，从而导致炎症的发生，进而影响种植体的长期稳定性和成功率。因此，如何有效提升种植体周围的软组织整合成为当前研究的重要方向。

软组织整合（STI）是一个复杂的生物过程，通常分为两个主要阶段：炎症阶段和重塑阶段。在炎症阶段，免疫细胞迅速迁移到种植体周围，引发急性炎症反应，以清除细胞碎片和病原体。这一过程伴随着代谢向无氧糖酵解的转变，导致大量活性氧物种（ROS）和乳酸的产生，从而形成一个酸性的局部微环境。随后，免疫微环境逐渐从促炎状态过渡到促重塑状态。由于其高度的可塑性，巨噬细胞在这一过程中发挥着关键作用，其表型和功能会根据不同的阶段发生变化。在重塑阶段，主要涉及软组织细胞的增殖和迁移、胶原蛋白沉积以及血管生成，这一过程主要由牙龈成纤维细胞和脐静脉内皮细胞介导。

为了增强软组织整合，研究者们尝试了多种方法，包括免疫调节和促进重塑的联合策略。然而，目前的研究多集中于单一阶段的调控，缺乏对两个阶段之间协调调节的深入探索。因此，开发一种能够精准调控软组织整合过程的种植体表面修饰技术显得尤为重要。

本研究提出了一种新型的氢气（H?）释放系统，该系统能够在种植体表面实现按需和持续的H?释放，从而精准调控软组织整合的两个阶段。在炎症阶段，该系统能够响应局部的轻微酸性微环境，按需释放H?，有效清除ROS，诱导巨噬细胞向M2表型极化，从而建立一个促重塑的微环境。在重塑阶段，该系统的分层纳米结构能够限制氨硼烷（AB）的水解，确保H?的持续和稳定释放，进而促进胶原纤维的形成和血管生成。这种动态的H?释放速率变化与软组织整合的时间进程相匹配，显示出显著的潜力。

在实验研究中，通过构建大鼠种植体模型，研究者们对软组织整合的生理结构和形成过程进行了详细分析。结果显示，种植体周围的胶原纤维密度显著低于天然牙周组织，且血管化程度较低。这表明，种植体周围的软组织整合存在结构性的不足，容易受到破坏。通过比较不同时间点的组织学变化，研究者们发现，种植体周围的软组织整合在第3天表现出显著的炎症浸润，第7天仍有持续的炎症反应，而到第14天和第28天，炎症逐渐消退，组织结构变得更加均匀和成熟。

为了评估H?释放系统对软组织整合的影响，研究者们首先对H?释放系统的制备和表征进行了详细研究。通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析，发现该系统能够有效负载AB@mPDA纳米颗粒，并通过分层的纳米结构实现H?的持续释放。此外，水接触角和表面粗糙度的分析进一步验证了该系统的生物相容性。

在生物相容性评估方面，研究者们通过体外和体内实验，全面分析了H?释放系统对细胞活力和血红细胞的影响。结果显示，所有实验组的细胞活力均保持在较高水平，且血红细胞裂解率低于5%，表明该系统具有良好的生物相容性。此外，主要器官的组织学分析未发现明显的病理变化，进一步证明了其安全性。

在免疫调节效果的评估中，研究者们通过体外炎症模型，分析了H?释放系统对巨噬细胞极化的影响。结果显示，H?能够显著减少ROS的积累，促进巨噬细胞向M2表型极化，从而加速从炎症阶段向重塑阶段的过渡。同时，H?还能够维持线粒体膜电位，保护线粒体功能，进一步验证了其抗氧化特性。

在促进重塑效果的评估中，研究者们分析了H?对牙龈成纤维细胞和脐静脉内皮细胞的影响。结果显示，H?能够显著促进这些细胞的增殖、迁移和分泌活动，从而增强胶原纤维的形成和血管生成。此外，通过转录组分析，研究者们发现H?能够激活MAPK信号通路，促进细胞增殖和血管生成。这一发现为H?在软组织整合中的作用机制提供了新的视角。

尽管H?释放系统在体外和体内实验中表现出良好的效果，但研究者们也指出了其存在的局限性。首先，软组织整合是一个多因素的过程，虽然H?可能有助于这一过程，但其具体的分子机制仍需进一步阐明。其次，实验条件无法完全模拟生理微环境，包括动态的流体流动和生理性的pH变化。最后，当前的策略未能实现对胶原纤维方向的引导，这可能影响软组织整合的质量。

综上所述，本研究开发的H?释放系统能够有效增强种植体周围的软组织整合，具有良好的生物相容性和安全性。该系统的按需释放特性使其能够精准调控软组织整合的两个阶段，从而提高种植体的长期成功率。此外，该研究还揭示了H?在软组织整合中的作用机制，为未来开发更有效的种植体表面修饰策略提供了理论基础。未来的研究可以进一步探索H?在其他组织再生中的应用，以及如何通过工程化手段优化其释放特性，以实现更广泛的临床应用。