基于核苷的水凝胶平台与光热效应协同作用，有效增强对牙周炎的生物膜清除效果

《Advanced Science》：Nucleoside-Based Hydrogel Platform Synergizes with Photothermal Effects for Enhanced Biofilm Eradication Against Periodontitis

本研究设计了一种有机小分子光热试剂FNP与超分子核酸水凝胶ZBAg结合的复合水凝胶ZBAg@FNP，通过近红外光热疗法破坏生物膜结构并促进银离子渗透，显著抑制牙周炎相关病原菌（P. gingivalis和S. mutans），降低炎症因子，促进骨再生，在动物模型中展现出优于传统治疗的疗效。

　　
本研究针对牙周炎这一全球性口腔疾病，提出了一种创新性的光热-银离子协同治疗策略。通过设计有机小分子光热试剂（FNP）和构建银离子稳定核苷酸水凝胶（ZBAg），研究团队成功开发了具有多重治疗功能的ZBAg@FNP水凝胶系统。该材料通过近红外光热效应破坏生物膜结构，同时实现银离子的可控释放，在生物相容性和疗效方面展现出显著优势。

**材料创新与设计原理**
研究团队采用分子理性设计策略，通过调控供体-受体结构组合，合成了具有优异光热性能的小分子BF和BCl。其中BF在680nm波长下表现出38.74%的光热转换效率，较传统金属纳米颗粒更具优势。为解决银离子递送难题，研究者以2-氨基腺苷（Z）为模板分子，利用银离子稳定配位和动态硼酸酯键构建新型水凝胶骨架。这种自组装体系突破了传统i-型分子内氢键模式，形成独特的双稳态结构：在光照条件下，银离子动态释放通道被热激活打开，而冷却后硼酸酯键的重新形成可维持结构稳定性。

**协同治疗机制解析**
实验证明，ZBAg@FNP水凝胶在近红外光照射下可实现局部升温超过50℃，破坏生物膜中蛋白质、多糖和环状DNA的交联结构。热效应使水凝胶孔隙率提升至5-50μm级，为银离子渗透创造物理通道。当银离子浓度达到0.16%（经EDS验证）时，其与生物膜中的硫醇、巯基等含硫基团结合，形成不可逆的金属硫键，同时释放的银离子通过破坏细菌细胞膜膜电位（实验显示细菌存活率降低两个数量级）和干扰DNA复制（eDNA含量减少90%）实现双重杀菌作用。

**生物相容性与临床转化潜力**
动物实验显示，该水凝胶在体内9天内完全降解，且未观察到明显炎症反应（H&E染色显示炎症细胞浸润减少75%）。通过构建三维骨再生模型，证实其能有效逆转骨吸收（ABC-CEJ距离恢复至正常值的92%），促进新骨形成（骨体积/总体积比值提升至0.68）。值得注意的是，银离子释放动力学与光热效应呈现时间依赖性协同：在首次光照后2小时内释放量占总量52%，随后的暗培养期（D2组）释放量达18%，形成脉冲式释放模式。

**临床应用优势**
相较于传统抗生素（如米诺环素）和单纯光热疗法，ZBAg@FNP展现出三重治疗优势：1）光热效应在30秒内即可使局部温度达到63℃（高于细菌热致死阈值60℃）；2）银离子通过动态释放机制实现7天持续杀菌（72小时累积释放达54%）；3）水凝胶的多孔结构（孔隙直径5-20μm）可精准递送药物至牙周袋深部（深度>4mm）。临床前研究显示，该疗法对牙龈卟啉单胞菌和变异链球菌的协同杀菌率达99.2%，较单一疗法提升4倍。

**技术突破与创新点**
1. **动态双稳态水凝胶**：结合硼酸酯键的动态可逆性和银离子的稳定配位，实现了热响应型药物释放。
2. **结构-性能调控**：通过改变Z分子中氨基数量（从2个增至4个），氢键密度提升3倍，水凝胶机械强度提高至200kPa（可承受注射器推力）。
3. **多模态治疗整合**：首次实现光热治疗（升温效率达0.8℃/min）、离子缓释（半衰期72小时）和免疫调节（降低TNF-α 68%）的三效合一。

**挑战与改进方向**
尽管取得显著进展，仍需解决两个关键问题：1）如何实现深度牙周组织（>3mm）的均匀温度场分布；2）长期使用是否会导致银离子蓄积毒性。后续研究计划引入微流控技术优化药物负载率（目标<15%），并开发基于AI的个性化治疗剂量预测模型。

该研究为慢性生物膜感染提供了全新治疗范式，其核心创新在于通过分子工程构建的多功能材料系统，实现了物理疗法（光热）与化学疗法（银离子）的时空协同，为生物膜相关疾病（如糖尿病足、慢性中耳炎）的治疗开辟了新路径。