综述:利用水凝胶推进牙周炎治疗:聚合物设计与材料协同作用的机制及未来趋势

《European Polymer Journal》:Advancing periodontitis treatment with hydrogels: Mechanisms and future trends in polymer design and material synergy

【字体: 时间:2026年01月08日 来源:European Polymer Journal 6.3

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  本文系统综述了基于不同原材料的水凝胶在牙周炎治疗中的应用进展,重点探讨其抗菌、抗炎及组织再生机制,并分析临床转化面临的制备工艺、安全性和疗效验证等挑战,为优化水凝胶疗法提供理论依据。

  
王帅|任发展|任莉莉|张佳乐|宋伟|张庆珠
吉林大学生物与农业工程学院仿生科学与工程学院仿生工程重点实验室(教育部),中国长春130022

摘要

牙周炎是一种由细菌感染引发的疾病,不仅会破坏牙周组织,还可能导致牙齿脱落,严重影响患者的生活质量和健康。传统的治疗方法如药物治疗和手术由于存在显著的副作用、疗效不佳、成本高昂以及致病机制复杂等问题,使得牙周炎的安全有效管理变得困难。水凝胶作为一种交联的聚合物网络,因其出色的生物相容性、生物降解性、可调性能和多功能性,已成为治疗牙周炎的新选择。本文综述了基于水凝胶的牙周炎治疗策略的最新进展,并根据水凝胶的制备原料对其应用进行了分类。此外,还探讨了水凝胶在抗菌作用、组织修复和骨再生方面的作用。旨在为优化基于水凝胶的疗法提供见解,并促进其在牙周炎及其他口腔疾病治疗中的更广泛应用。

引言

牙周炎,也称为破坏性牙周疾病,是一种由病原菌和宿主免疫反应失调引起的疾病[1]。它逐渐破坏牙周组织,包括牙龈、牙槽骨和牙周韧带,同时引发牙龈红肿、出血和牙周袋形成等临床症状[2]。如果不加以干预,最终会导致不可逆的牙齿脱落[3]。作为全球第二大常见口腔疾病(仅次于龋齿),牙周炎影响了约10%-15%的人口[4],最新流行病学研究显示全球有8亿至14亿病例,尤其在35岁以上的成年人中发病率较高[5]。已知的风险因素包括吸烟[6]、酗酒[7]、肥胖[8]、慢性心理压力、不良饮食习惯、久坐生活方式以及口腔卫生习惯不佳[9]。值得注意的是,越来越多的证据表明牙周炎与系统性疾病(如类风湿性关节炎、糖尿病、动脉粥样硬化性心血管疾病、系统性红斑狼疮、阿尔茨海默病和某些恶性肿瘤)之间存在双向关联[10],[11],[12],[13]。牙周炎主要与细菌斑块形成生物膜及随后的宿主免疫反应有关[14],[15],[16]。已确定与牙周炎相关的多种病原微生物包括牙龈卟啉单胞菌(Pg)、变异链球菌(Sm)、放线聚集杆菌(Aa)、福赛森纳菌(Tf)、中间普雷沃氏菌(Pi)、核梭杆菌(Fn)和微小拟杆菌(Pm)[17],[18],[19],[20],[21]。牙周软骨和组织的破坏是由于机体自身的过度免疫反应所致。
牙周炎不仅影响患者的生活质量,还带来全身健康风险,因此开发安全有效的疗法成为当务之急。目前的临床策略包括保守治疗和外科干预,如清创、药物治疗、牙龈切除术和激光治疗[22],[23]。清创术通过刮治和平整根面(SRP)机械去除牙周表面的牙菌斑和牙石,使根面光滑以促进组织重新附着并抑制生物膜再生。然而,SRP无法清除深牙周袋或复杂解剖区域的病原体,导致生物膜清除不完全,长期疗效有限[24],[25]。药物治疗通常使用全身或局部抗生素(如甲硝唑、罗红霉素、米诺环素、青霉素)来抑制炎症。但抗生素无法破坏已形成的生物膜,且由于唾液流动、咀嚼和口腔卫生习惯的影响,其疗效会大大降低。长期使用还可能引发抗生素耐药性和全身毒性(如肝肾损伤)[26],[11]。外科方法如牙龈切除术、翻瓣手术和引导组织再生(GTR)旨在恢复牙周结构,但存在术后感染、牙龈退缩、牙齿松动和神经损伤的风险。激光治疗是一种微创替代方案,可减少软组织损伤,但高昂的成本和技术要求限制了其广泛应用。牙周治疗的最终目标是实现功能性牙周组织再生[27]。尽管现有疗法能减缓疾病进展,但在提供持续的抗炎和抗菌效果或促进结构修复方面仍存在不足。因此,亟需结合生物膜破坏、免疫调节和再生工程的新策略来应对这些未解决的临床挑战。
水凝胶作为一种三维交联的聚合物网络,因其优异的生物相容性、可调的物理化学性质和可控的降解性,成为治疗牙周炎的有希望的选择[28],[29],[30]。当前研究展示了水凝胶在组织工程和药物递送方面的多功能性,相比传统方法具有显著优势[31]。与传统方法不同,水凝胶可以注入发炎的牙周袋中,稳定粘附在牙周表面,并在特定刺激(如酶活性、活性氧(ROS)、pH值变化、葡萄糖水平或光照)的作用下释放抗炎剂,从而实现微创、无痛和持续的治疗[32],[33]。此外,其多孔结构模拟了细胞外基质(ECM)结构,有利于生长因子或干细胞的结合,促进牙周组织再生,这是对现有疗法局限性的突破[34],[35]。
与以往关于水凝胶治疗牙周炎的综述不同,本文不专注于智能水凝胶的应用。而是详细讨论了以下几个方面:
  • (1)
    基于水凝胶制备原料的差异,全面总结了水凝胶在牙周炎治疗中的最新研究进展,并探讨了其在该领域的应用。
  • (2)
    探讨了水凝胶在牙周炎治疗中的现有策略,如抗菌、抗炎、促骨生成和组织修复作用。
  • (3)
    介绍了水凝胶在牙周炎治疗中的实际临床应用,以及其中潜在的问题和隐藏风险,并提出了水凝胶在牙周炎治疗中未来发展的前景。
  • 本文旨在为水凝胶介导的牙周炎治疗提供新的见解,并激发其在治疗口腔疾病中的更广泛应用,最终改善患者的治疗效果和生活质量。

    部分摘录

    材料分类

    目前,根据原料的不同,用于牙周治疗的水凝胶可分为天然水凝胶、合成水凝胶和复合水凝胶。
    天然水凝胶由天然聚合物制成,包括壳聚糖、海藻酸盐、透明质酸、蛋白质(如明胶、胶原蛋白、丝素纤维蛋白)和其他多糖(如吉利兰胶、黄原胶、果胶)。此外,还有天然生物材料的改性衍生物,如功能化纤维素、改性明胶等

    牙周炎引发的自身免疫调节机制

    牙周炎的发病机制与免疫系统的异常激活密切相关。细菌通过粘附蛋白(如菌毛)定植于牙龈沟,并逐渐扩散到牙周袋深处,形成“病原性生物膜”。在生理条件下,牙龈沟内中性粒细胞和免疫细胞(如Th17细胞和淋巴细胞)保持平衡。微生物生物膜最初被中性粒细胞识别

    临床研究

    尽管水凝胶在牙周炎治疗的临床前研究中显示出巨大潜力,但由于安全性和疗效要求的限制,其临床转化仍有限。然而,随着技术的进步,水凝胶正逐步进入牙周炎管理的临床试验阶段。Olszewska-Czyz等人选取了100名年龄在25至65岁之间的健康成人参与了一项随机试验

    应用前景与挑战

    由于出色的生物相容性和适应性,水凝胶已成为治疗牙周炎的有希望的药物载体,具有抗菌、抗炎和组织再生作用。尽管取得了显著进展,但仍面临若干临床转化的挑战。
    首先,关于水凝胶的制备。水凝胶主要在实验室条件下生产,扩大生产规模可能会影响质量控制和工艺一致性。

    结论与未来展望

    本文根据水凝胶的原料组成对其进行分类,系统总结了水凝胶介导的牙周炎治疗的最新进展,并探讨了其应用。当前的治疗策略,包括抗菌作用、抗炎调节、促骨生成和组织再生,都进行了批判性评估,并提供了临床应用的实例。虽然水凝胶在牙周炎治疗方面取得了一定进展

    CRediT作者贡献声明

    王帅:撰写初稿、验证、软件开发、数据分析、概念构思。任发展:验证、软件开发、数据分析、概念构思。任莉莉:撰写与编辑、数据可视化、监督、资源协调、数据分析。张佳乐:数据可视化、验证、数据分析。宋伟:项目管理、资金筹集。张庆珠:数据可视化、软件开发。

    资助

    本研究得到了国家自然科学基金(编号32472003)和吉林省教育厅科学研究项目(编号JJKH20261845KJ)的资助。

    利益冲突声明

    作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
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