基于壳聚糖的水凝胶调控免疫细胞促进高脂饮食诱导牙周炎大鼠模型愈合的研究

【字体: 时间:2025年05月16日 来源:Acta Biomaterialia 9.4

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  牙周炎与代谢综合征相互作用致免疫失衡,现有治疗依赖宿主免疫。本研究开发壳聚糖基温敏水凝胶 TISH (GR),负载 GM-CSF 和白藜芦醇,在高脂饮食牙周炎大鼠模型中,其可抑制 DCs 的 TLR4 下游 MAPKs 和 NF-κB 通路,减少 Th17 浸润,提升 Tregs 相关 IL-10,增强 SRP 疗效。

  
在口腔健康与代谢性疾病交织的医学版图中,牙周炎犹如一颗暗藏的 “定时炸弹”,持续威胁着人类健康。这种由微生物失调与宿主免疫炎症失衡驱动的慢性疾病,在代谢综合征(如肥胖、高血脂、糖尿病)的推波助澜下,正以更迅猛的态势侵蚀着患者的牙周组织。传统的龈下刮治与根面平整术(SRP)虽能清除牙菌斑,却难以逆转代谢异常引发的局部免疫紊乱,导致这类患者术后愈合迟缓、炎症反复。如何打破 “代谢异常 - 免疫失调 - 组织破坏” 的恶性循环,成为口腔医学与免疫学交叉领域的关键科学问题。

为攻克这一难题,研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们设计了一种基于壳聚糖的温敏型可注射自组装水凝胶(TISH),并负载粒细胞 - 巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)和白藜芦醇(TISH (GR)),试图通过调控树突状细胞(DCs)和 T 细胞的免疫平衡,为代谢综合征合并牙周炎的治疗开辟新路径。这项发表在《Acta Biomaterialia》上的研究,通过多维度的实验设计,揭示了 TISH (GR) 在重塑免疫微环境中的独特机制与显著疗效。

研究主要采用了以下关键技术方法:首先利用扫描电子显微镜(SEM)对 TISH 的微观结构进行表征,证实其具有利于细胞迁移的互连多孔结构;通过 ELISA 检测细胞培养上清液中 IL-1β、IL-6、TNF-α 等细胞因子水平,结合实时定量 PCR(RT-PCR)分析 NF-κB、MAPKs 通路相关基因表达,阐明 TISH (GR) 对 DCs 的免疫调控机制;在高脂饮食(HFD)诱导的牙周炎大鼠模型中,通过组织学染色(H&E)、免疫荧光染色(检测 CD11c+ DCs、Th17 细胞、FOXP3+ Tregs)和显微 CT(micro-CT)评估牙周组织炎症程度、骨吸收情况及治疗效果。

3.1 水凝胶的理化特性与缓释性能


扫描电镜显示,TISH 呈现理想的互连多孔结构,4℃储存时稳定性良好,37℃可迅速凝胶化。白藜芦醇在水凝胶中储存 1 个月后仍能保持稳定释放,证实了 TISH 作为药物载体的可靠性。

3.2 高血糖环境下 DCs 的免疫表型调控


在高血糖条件下,DCs 的成熟标志物 CD83、抗原呈递分子 CD86 表达显著升高,而 TISH (GR) 处理后,这些分子表达回落至正常水平。机制研究发现,TISH (GR) 可抑制 Toll 样受体 4(TLR4)下游 NF-κB 和 MAPKs(ERK2、JNK1、p38α)通路的激活,减少 TNF-α、IL-1β 等促炎细胞因子分泌,诱导 DCs 向抗炎表型转化。

3.3 高脂饮食模型中的治疗效果


高脂饮食诱导的牙周炎大鼠表现出显著的体重增加、血糖升高及牙槽骨吸收。与单纯 SRP 相比,SRP 联合 TISH (GR) 治疗组的炎症细胞浸润程度显著降低,Th17 细胞数量减少,Tregs 相关细胞因子 IL-10 表达升高,牙槽骨丢失明显改善。显微 CT 数据显示,TISH (GR) 组的骨体积 / 组织体积比更高,骨小梁结构更完整。

3.4 免疫细胞动态与细胞因子网络


免疫荧光分析表明,TISH (GR) 可减少 CD11c+ DCs 的募集,抑制 Th17 细胞在牙周组织中的浸润,同时维持 Tregs 的免疫调节功能。细胞因子比值分析显示,TISH (GR) 显著降低促炎 / 抗炎因子比值(如 IL-1β/IL-10、IL-17/IL-10),重塑免疫平衡。

这项研究突破性地将壳聚糖水凝胶与免疫调控疗法相结合,为代谢综合征相关牙周炎提供了 “局部免疫微环境重塑” 的新策略。TISH (GR) 通过靶向 DCs 和 T 细胞,抑制 TLR4-NF-κB/MAPKs 炎症通路,促进促炎 - 抗炎平衡向愈合方向倾斜,不仅为传统 SRP 治疗提供了强效辅助,更有望拓展至其他免疫失调性疾病的治疗领域。其创新性在于利用生物材料的缓释特性实现药物的精准递送,同时通过多靶点免疫调控克服代谢异常对愈合的阻碍,为跨学科治疗复杂炎症性疾病提供了可借鉴的研究范式。随着对免疫 - 代谢互作机制的深入解析,这类免疫调节型生物材料或将开启个性化精准治疗的新纪元。

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