蛋白酶响应性蛋白水凝胶实现二氧化氯(ClO2)时空控释用于精准治疗牙周炎及胞内感染

针对抗生素对牙周炎生物膜和胞内病原体疗效有限的问题，研究人员开发了可注射的蛋白酶响应性蛋白水凝胶(CD/BSA/GEL)，通过炎症触发释放ClO2和骨再生蛋白，实现4天持续抗菌并促进成骨。该研究为精准牙周治疗提供了突破性策略。

　　

研究背景
牙周炎作为全球高发的慢性炎症性疾病，其治疗面临两大难题：一是牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis, P. gingivalis)通过侵入非吞噬细胞形成"特洛伊木马"式胞内感染，逃避抗生素清除；二是生物膜屏障导致药物渗透困难。传统抗生素不仅易引发耐药性，更无法有效穿透细胞膜和生物膜。二氧化氯(ClO₂)虽具有强氧化性和小分子穿透优势，但其溶液不稳定、气体具有刺激性，且高浓度会损伤正常细胞。如何实现ClO₂的精准控释，同时兼顾抗菌与组织再生功能，成为牙周治疗的关键突破口。

广西医科大学的研究团队在《Materials》发表的研究中，创新性地将牛血清白蛋白(BSA)与明胶(GEL)通过热聚合和ClO₂刺激构建双交联蛋白水凝胶(CD/BSA/GEL)。该材料能响应炎症微环境中的蛋白酶（如基质金属蛋白酶MMPs和牙龈蛋白酶gingipains）实现"按需释放"，在4天内持续释放ClO₂清除生物膜和胞内菌，同时释放的蛋白组分可促进成骨分化，实现抗菌-再生双功能协同。

关键技术方法
研究采用热聚合法制备CD/BSA/GEL水凝胶，通过SEM、XPS、FT-IR表征材料特性；碘量法测定ClO₂释放；微稀释法评估对浮游/胞内P. gingivalis的MIC；CLSM观察生物膜破坏；CCK-8和划痕实验检测MC3T3-E1细胞活性；RT-qPCR分析炎症/成骨基因表达；建立大鼠牙周炎模型，通过micro-CT、H&E染色等评估治疗效果。

研究结果

3.1 CD/BSA/GEL水凝胶的制备与表征
优化BSA/GEL比例为2.4%/15%时获得临界相变温度42℃的可注射水凝胶。SEM显示其具有50-100μm多孔结构，XPS证实ClO₂通过氧化作用增强交联但不改变主要化学性质。流变学测试显示在35-45℃保持优异机械稳定性。

3.2 酶响应控释特性
相比ClO₂溶液1天内挥发60%，水凝胶7天仍保留50%剂量。在37℃胰蛋白酶中4天完全降解，实现炎症微环境触发释放。

3.3 抗菌性能
对浮游/胞内P. gingivalis的MIC均为80ppm，15分钟即可穿透细胞膜杀灭胞内菌。CLSM显示MIC剂量使生物膜活菌减少>80%，Imaris软件分析证实其破坏三维生物膜结构。

3.4 生物相容性与成骨活性
CCK-8显示水凝胶组细胞存活率达对照组的98%（纯ClO₂组仅1-2%）。ALP染色显示CD/BSA/GEL组成骨分化显著增强，RT-qPCR证实其下调TNF-α/IL-6表达同时上调Runx2/ALP基因。

3.5 动物实验验证
micro-CT显示治疗4周后，水凝胶组CEJ-ABC距离（0.615mm）较牙周炎组（0.88mm）显著改善（p<0.05），与阳性对照组相当。H&E染色显示其促进上皮再生，Masson染色可见有序胶原沉积。IHC证实IL-10/TNF-α表达降低，IF显示骨钙素(OCN)分泌增加。

结论与意义
该研究开创性地将ClO₂的强氧化性与蛋白水凝胶的生物学功能相结合，通过"炎症触发-抗菌再生-自消除"的智能递送机制，解决了牙周治疗中药物穿透性、持续性和生物相容性的矛盾。其创新点在于：①首次实现ClO₂的酶控释；②通过蛋白组分中和氧化毒性；③建立"抗菌-抗炎-成骨"协同治疗模式。这种模块化设计为硬组织工程中的氧化剂/蛋白共递送系统提供了新范式，未来可通过加载BMP-2等生长因子进一步拓展应用。