《Biomaterials》：An antioxidant, injectable hydrogel with mitochondrial fusion effect promotes inflamed dental pulp repair via immunomodulation and reactive oxygen species scavenging
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本研究针对牙髓炎治疗中炎症微环境调控与氧化应激清除的双重挑战，设计了一种负载线粒体融合激活剂MASM7的壳聚糖-没食子酸（CSMAGA）水凝胶。研究发现，MASM7通过促进巨噬细胞线粒体融合，驱动代谢重编程（糖酵解向OXPHOS转化），诱导M2型极化，从而增强牙髓干细胞（DPSCs）的修复能力；同时，CSMAGA水凝胶通过清除ROS缓解氧化应激。动物实验证实该水凝胶能有效促进炎性牙髓组织修复，为牙髓保存治疗提供了新型双功能材料。
牙髓炎是常见的口腔疾病，传统根管治疗需完全去除牙髓组织，导致牙齿失去生理功能，尤其对年轻恒牙的发育和成熟恒牙的长期保留造成不利影响。近年来，活髓保存治疗（Vital Pulp Therapy, VPT）通过应用生物活性盖髓材料，试图保留牙髓组织的自我修复能力。然而，当前临床常用的盖髓材料如矿物三氧化物聚合体（MTA）和钙硅酸盐水泥（CSCs）在炎症微环境中面临持续性慢性炎症和牙髓组织“异位钙化”等挑战。理想的盖髓材料需同时具备免疫调节能力和炎症微环境重塑能力。此外，牙髓炎症微环境中的活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）过量积累会引发氧化应激，破坏细胞稳态，阻碍组织修复。因此，开发兼具免疫调节和抗氧化双功能的新型盖髓材料成为亟待解决的问题。
为此，研究团队设计了一种负载线粒体融合激活剂MASM7的可注射光交联水凝胶（MASM7@CSMAGA），旨在通过促进巨噬细胞M2型极化和清除ROS，协同促进炎性牙髓修复。该研究发表于《Biomaterials》杂志，为牙髓炎治疗提供了新策略。
研究采用的主要技术方法包括：通过核磁共振（NMR）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征水凝胶化学结构；利用Seahorse能量代谢分析系统检测巨噬细胞耗氧率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR）；结合靶向代谢组学（LC-MS）和代谢通量分析（MFA）解析代谢重编程；通过Transwell共培养体系评估巨噬细胞与牙髓干细胞（DPSCs）的互作；在大鼠牙髓炎模型中验证水凝胶的体内修复效果。
3.1. MASM7在炎症条件下促进THP-1-M细胞线粒体融合并诱导M2极化
在脂多糖（LPS）模拟的炎症微环境中，THP-1来源的巨噬细胞（THP-1-M）线粒体发生碎片化和肿胀，分裂相关标志物表达上调。MASM7作为MFN2（线粒体融合蛋白2）激动剂，通过竞争性结合其HR-2结构域，促进线粒体外膜融合。超分辨率显微镜和透射电镜结果显示，MASM7处理后线粒体形态恢复为 elongated 结构，平均周长、面积和分支长度显著增加（图1a-c）。免疫荧光染色显示，MASM7处理组CD68+/CD86+（M1型）细胞减少，CD68+/CD206+（M2型）细胞增多（图1d-e）。qPCR结果进一步证实MASM7下调促炎因子TNF-α、IL-6和iNOS表达，上调抗炎标志物Arg-1（图1f）。MFN2基因沉默实验表明，MASM7的促融合和极化调节作用依赖于MFN2功能。
3.2. MASM7驱动THP-1-M细胞代谢重编程：从糖酵解转向氧化磷酸化
Seahorse分析显示，LPS刺激后THP-1-M细胞基础呼吸和最大呼吸速率下降，糖酵解速率升高；MASM7处理逆转这一趋势，提升OXPHOS相关参数（图2a-c）。靶向代谢组学发现17种糖酵解和三羧酸循环（TCA cycle）代谢物水平发生变化（图2d）。MFA基于13C标记葡萄糖示踪显示，MASM7组TCA循环代谢物（如柠檬酸、苹果酸）标记程度升高，而糖酵解中间体（如GAP、DHAP）标记程度降低，表明代谢通量向OXPHOS倾斜（图2e-g）。这一代谢重编程与M2极化所需能量供应模式一致。
3.3. MASM7处理的THP-1-M细胞增强DPSCs修复能力
Transwell共培养实验表明，LPS刺激的THP-1-M细胞上调DPSCs中TNF-α和IL-6表达，抑制其成牙分化能力（ALP染色和ARS矿化结节减少）。而MASM7预处理THP-1-M细胞后，DPSCs促炎因子表达下降，成牙标志物ALP、DSPP和DMP-1表达显著回升（图3b-f）。RNA测序结果显示，MASM7组DPSCs中炎症通路（NF-κB、PI3k-Akt）相关基因下调，组织修复通路（MAPK、Wnt）基因上调（图3g-j）。人外周血单核细胞来源巨噬细胞（hPBMDM）共培养实验进一步验证了MASM7的普适性。
3.4. CSMAGA水凝胶具备良好的可注射性、抗氧化性和生物相容性
通过甲基丙烯酸酐（MA）和没食子酸（GA）对壳聚糖（CS）进行改性，合成CSMAGA水凝胶。NMR和FT-IR证实GA吡咯酚基团成功接枝（图4a-b）。该水凝胶在405 nm紫外光照射30秒内快速凝胶化，可经注射器挤出并适应不规则创面（图4c）。DPPH和ABTS自由基清除实验显示CSMAGA hydrogel清除率超80%（图4d-f）。在H2O2诱导的氧化应激模型中，CSMAGA显著提升DPSCs存活率并降低细胞内ROS水平（图4g-h）。体外降解实验表明水凝胶7天内完全降解，细胞相容性实验证实其支持DPSCs增殖。
3.5. MASM7@CSMAGA水凝胶通过免疫调节和抗氧化双效应促进大鼠炎性牙髓修复
在大鼠牙髓炎模型中，CSMAGA水凝胶单独应用即可减少炎症细胞浸润和TNF-α、IL-6表达（抗氧化作用）；而MASM7@CSMAGA组进一步增加CD68+/CD206+M2型巨噬细胞数量，减少M1型巨噬细胞（免疫调节作用）（图5-6）。术后14天，MASM7@CSMAGA组牙髓损伤表面形成规则修复性牙本质桥，DSPP表达阳性，且无弥漫性钙化（图7）。传统MTA组则出现异位钙化，提示水凝胶双功能协同促进生理性修复。
本研究创新性地将线粒体融合调控机制应用于牙髓免疫微环境重塑。MASM7通过激活MFN2介导的线粒体融合，驱动巨噬细胞代谢重编程（OXPHOS主导），逆转炎症下的M1极化阻滞，为免疫调控提供了新靶点。CSMAGA水凝胶不仅作为MASM7载体，其GA修饰带来的抗氧化特性直接中和ROS，双管齐下优化修复微环境。该策略突破了传统盖髓材料单一功能的局限，为活髓保存治疗提供了兼具精准免疫调节和氧化应激清除能力的先进材料平台。未来可进一步探索MASM7在其他免疫相关疾病中的应用，并通过人牙髓组织外植体或类器官模型推进临床转化。
