pH响应性铜氢磷酸盐复合水凝胶在糖尿病牙周炎治疗中的抗菌-抗氧化-成骨协同作用

本研究针对糖尿病牙周炎(DP)治疗中细菌感染、氧化应激和骨再生障碍的多重挑战，开发了一种具有pH响应性多酶活性的铜氢磷酸盐/海藻酸钠(SA/CuHP)复合水凝胶。该材料在酸性微环境中通过模拟过氧化物酶(POD)活性产生抗菌活性氧(ROS)，在中性条件下则发挥过氧化氢酶(CAT)样活性清除过量ROS，同时持续释放铜离子(Cu2+)协同促进成骨分化。动物实验证实其能显著抑制Aggregatibacter actinomycetemcomitans(A.a)生长并促进糖尿病大鼠牙槽骨再生，为DP治疗提供了新型多功能生物材料策略。

　　

糖尿病牙周炎(DP)作为糖尿病常见并发症，长期困扰着临床治疗。这种疾病形成"细菌感染-氧化应激-骨破坏"的恶性循环：高血糖环境促进牙周致病菌增殖，同时宿主免疫反应产生过量活性氧(ROS)，进一步抑制骨髓间充质干细胞(BMSCs)的成骨分化能力。现有治疗材料往往只能单一解决抗菌或抗氧化问题，难以同时应对DP复杂的病理微环境。

针对这一挑战，同济大学口腔医院与温州研究院联合团队在《Regenerative Biomaterials》发表创新研究，开发出具有pH响应"智能切换"功能的铜氢磷酸盐复合水凝胶(SA/CuHP)。该材料巧妙利用牙周炎不同阶段的微环境特征：在急性感染期酸性(pH5)条件下发挥过氧化物酶(POD)样活性杀菌，在慢性期中性(pH7.4)环境中展现过氧化氢酶(CAT)样活性抗氧化，同时持续释放促成骨的铜离子，实现"三位一体"协同治疗。

研究采用四大关键技术：通过水热法合成微花状铜氢磷酸盐(CuHP)纳米片；将不同浓度(0.25%-2%)CuHP封装于海藻酸钠(SA)基质构建可注射水凝胶；建立高糖(25mM)联合H₂O₂(500μM)诱导的BMSCs氧化应激模型；采用链脲佐菌素(STZ)诱导结合丝线结扎法构建糖尿病大鼠牙周炎模型。

材料表征与性能
扫描电镜显示CuHP呈微花状纳米片结构，X射线衍射证实其成分为Cu₄H(PO₄)₃·3H₂O。1%SA/CuHP水凝胶在pH7.4时H₂O₂清除率达71.3%，而在pH5时能有效催化亚甲基蓝降解，证实其pH依赖性酶活性转换。铜离子释放实验显示0.25%-1%浓度组7天累计释放量低于安全阈值。

体外生物学效应
CCK8实验表明1%SA/CuHP使氧化应激下的BMSCs存活率提升2.1倍。DCFH-DA荧光检测显示其显著降低细胞内ROS水平，划痕实验证实促进细胞迁移。qPCR和Western blot分析发现该材料使成骨标志物RUNX2、OSX表达恢复至对照组的87%。RNA测序揭示其通过PI3K-AKT通路激活促进成骨分化。

抗菌性能
在pH5条件下，SA/CuHP与H₂O₂联用对A.a的抑制率达75.7%，电镜观察到细菌膜明显破裂。这种协同杀菌效应源于POD样活性催化产生的羟基自由基(·OH)。

体内治疗效果
糖尿病大鼠模型中，SA/CuHP治疗组牙周袋细菌负荷降低75.7%，micro-CT显示牙槽嵴顶距离(CEJ-ABC)减少46%，骨体积分数(BV/TV)提高2.3倍。Masson染色可见规则排列的牙周韧带纤维再生。

该研究突破性地实现了三大功能整合：通过pH响应性酶活性转换同步解决抗菌-抗氧化矛盾需求；利用铜离子持续释放增强成骨效应；采用可注射水凝胶适应牙周袋不规则形态。相比传统光动力疗法，这种无需外源激发的治疗策略更具临床转化潜力。未来通过改进水凝胶粘附性和验证PI3K-AKT通路调控机制，有望推动其向临床应用迈进。