《Journal of Biomedical Materials Research Part A》：Anti-Inflammatory Yerba Mate-Loaded Electrospun Polycaprolactone/Gelatin Membranes for the Management of Endodontic-Periodontal Lesions
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牙髓-牙周联合病变（endodontic-periodontal lesions）需要整合牙髓与牙周治疗。然而，广泛的骨缺损限制了传统方法的运用，需采用诸如引导组织再生（guided tissue regeneration）等再生策略来处理骨内缺损。马黛茶（y
牙髓-牙周联合病变（endodontic-periodontal lesions）需要整合牙髓与牙周治疗。然而，广泛的骨缺损限制了传统方法的运用，需采用诸如引导组织再生（guided tissue regeneration）等再生策略来处理骨内缺损。马黛茶（yerba mate, YM, Ilex paraguariensis）具有抗氧化和抗炎特性，已被证实可减少破骨细胞生成（osteoclastogenesis）及炎症相关的骨丧失，这支持了其作为生物活性化合物掺入引导组织再生生物材料中的潜力。本研究旨在通过静电纺丝技术开发并表征含有YM的聚己内酯（polycaprolactone, PCL）/明胶（gelatin, Gel）支架，以支持矿化组织形成并控制炎症。研究人员利用优化参数制备了含与不含YM的电纺PCL/Gel支架，随后进行化学交联。通过扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）和傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR）评估纤维形态与组成，并评价了溶胀、降解及力学性能。生物学表征方面，将牙周膜干细胞（periodontal ligament stem cells, PDLSCs）培养于支架上，评估其代谢活性、黏附/铺展及矿化基质沉积。在大肠杆菌（Escherichia coli）脂多糖（LPS）刺激的巨噬细胞（RAW 264.7）中，通过检测肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1α（IL-1α）来评价支架提取物的免疫调节作用。进一步通过大鼠皮下组织植入实验，在术后7天和28天评估体内生物相容性和胶原沉积。数据采用相应检验进行分析（α = 5%）。无论是否掺入YM，均形成了无珠状纤维；交联后YM增加了纤维直径（p < 0.0001）。杨氏模量和断裂伸长率未受影响，但YM降低了拉伸强度（p = 0.0107）。YM的掺入无细胞毒性，不损害矿化能力，同时降低了IL-6和TNF-α水平，而未影响IL-1α。在体内实验中，载YM支架在两个时间点均显著减少了炎性浸润，且未改变胶原沉积。这些发现表明，YM可与PCL/Gel共纺制成具有细胞相容性和抗炎特性的膜，有望用于牙髓-牙周病变的治疗。
研究背景与目的
牙髓-牙周联合病变是指牙髓组织和牙周组织同时发生病理改变的疾病。由于牙髓和牙周组织在解剖结构和功能上相互关联，牙本质小管、侧副根管及根尖孔均可成为病原体传播的通路，因此这类病变的临床处理极具挑战性。其治疗需要同时对根管和牙周组织进行处理，包括消除感染和后续的支持组织再生两个阶段。然而，当存在广泛的骨缺损时，常规治疗往往不足以实现病变消退，亟需开发新的辅助治疗方法。引导组织再生技术利用支架作为临时细胞外基质，能够支持细胞增殖和组织修复，而静电纺丝法是制造此类支架最广泛使用的方法之一。聚己内酯因其良好的生物相容性和力学性能受到关注，但其疏水性和缓慢的降解速率限制了应用，常与明胶等天然聚合物共混以改善性能。此外，PCL缺乏内在的生物信号传导能力，需要掺入生物活性剂来诱导成骨/成牙本质表型。马黛茶作为一种原产于南美洲的药用植物，具有抗氧化、抗炎等多种生物活性，已有研究表明其能够调节炎性细胞因子、减少体外破骨细胞生成，并在动物模型中通过口服给药产生全身性抗氧化效应，减轻根尖周病变的炎症和骨丧失。基于此，研究人员旨在开发一种通过静电纺丝法制备的、掺入马黛茶的PCL/明胶支架，将其直接递送至牙髓-牙周病变部位，并评估其细胞相容性、抗炎反应、支持细胞分化的能力以及体内效果。
关键技术方法
研究人员首先采用静电纺丝法，以六氟异丙醇为溶剂，按75% PCL与25%明胶的比例混合，并在其中一组中加入5%（w/w）的马黛茶粉末，制备了含与不含YM的PCL/Gel纤维支架。随后使用EDC进行化学交联以稳定明胶组分。研究中采用了扫描电子显微镜观察纤维形态，傅里叶变换红外光谱分析化学成分，并通过溶胀实验、降解实验和单轴拉伸测试评估物理和力学性能。生物学评价方面，使用了人牙周膜干细胞（来源于密歇根大学机构审查委员会批准的阻生第三磨牙根中部牙周膜组织）进行细胞黏附、铺展、代谢活性和矿化基质形成实验。免疫调节效应则通过大肠杆菌脂多糖刺激的RAW 264.7巨噬细胞评估破骨细胞分化、活性氧生成及促炎细胞因子（IL-1α、IL-6、TNF-α）的合成。体内实验采用雄性Fischer 344大鼠皮下植入模型，分别在7天和28天后通过组织学染色评价生物相容性和胶原沉积。
研究结果
3.1 形态与化学表征
扫描电镜显示所有电纺支架均呈现均匀的纤维结构，无珠状纤维形成。马黛茶的掺入使纤维直径减小，这可能与溶液黏度降低或电导率增加有关。交联后，含YM支架的纤维直径显著增大，推测是由于交联过程中溶剂暴露和明胶组分的结构重排导致纤维溶胀。FTIR光谱证实了PCL、明胶和YM的特征吸收峰在复合支架中得以保留，表明电纺和交联过程未改变聚合物的基本化学结构。
3.2 物理与力学表征
两组支架在浸入PBS 24小时后均表现出约三倍于干重的溶胀率，体现了明胶的亲水性贡献，YM的掺入未显著影响吸水能力。降解实验显示，在两个月内两组支架均保留了接近100%的初始质量，反映了PCL的缓慢水解特性。YM释放呈渐进、持续模式，两个月后累积释放量达到约160-170 μg/mL，约占理论载药量的75%-100%，有利于在支架微环境中长期维持生物活性分子的有效性。力学测试表明，YM掺入未显著改变杨氏模量和断裂伸长率，但拉伸强度略有下降，不过仍处于临床常用胶原膜的湿态拉伸强度范围内。
3.3 对PDLSCs的细胞相容性与生物活性
荧光显微镜显示，PDLSCs在两种支架表面均能良好黏附和铺展，随时间推移细胞密度和细胞骨架组织增加。代谢活性定量结果表明，两组支架上的细胞代谢活性均随时间递增，组间无显著差异，证明YM浓度无细胞毒性。茜素红染色显示，两组支架在14天和21天时矿化基质沉积均随时间增加，组间无显著差异，表明YM掺入未损害PDLSCs的矿化能力。
3.4 对RAW 264.7巨噬细胞的体外效应
在破骨细胞分化实验中，RANKL刺激显著增加了破骨细胞数量，但含YM支架提取物处理组的破骨细胞数显著低于对照组，表明YM可干扰RANKL诱导的破骨细胞分化信号。在氧化应激方面，LPS刺激下，含YM支架提取物处理的巨噬细胞产生的ROS显著低于对照，体现了YM的抗氧化活性。在促炎细胞因子检测中，LPS刺激显著提高了IL-1α、IL-6和TNF-α的分泌。含YM支架提取物进一步显著降低了IL-6和TNF-α的水平，但对IL-1α的影响不明显，可能与IL-1α更多以细胞结合形式存在、分泌量较低有关。
3.5 大鼠皮下组织中的体内生物相容性与胶原沉积
HE染色显示，在7天和28天两个时间点，含YM支架周围的炎性细胞浸润数量均显著少于对照支架，且28天时差异更为明显，表明YM在体内发挥了显著的抗炎效应。天狼星红染色偏振光观察显示，两组支架周围胶原纤维的沉积和成熟程度在各时间点均无显著差异，说明YM的掺入未对胶原沉积和纤维化反应产生不利影响。
总结与讨论
总体而言，两项体内外分析显示出互补的结果：载YM支架在保持正常胶原沉积和成熟的同时，显著减少了局部炎性浸润。这种抗炎效应对于口腔临床应用尤为重要，因为引导组织再生膜通常置于高度污染的环境中，持续的微生物挑战会引发过度或持久的炎症，导致膜暴露、过早降解和再生效果受损。能够减轻宿主炎症反应同时保持生物相容性的材料，可能在牙周治疗中提供重要优势。不过，皮下植入模型无法完全复制口腔内的复杂条件，未来需要在正位牙周缺损模型中进行进一步验证，并结合牙周破坏和牙髓病变的专用模型来确认其对牙髓-牙周病变的应用价值。
研究结论
本研究表明，马黛茶可成功掺入电纺PCL/Gel膜中，形成无珠纤维且不影响其理化或力学适用性。载YM膜具有细胞相容性，能够支持PDLSCs的黏附、增殖和矿化基质沉积，效果与对照组相当。其主要优势在于免疫调节作用：体外实验中，YM减少了破骨细胞生成、ROS产生以及促炎细胞因子IL-6和TNF-α的合成；体内实验中，YM在两个时间点均显著减少了大鼠皮下组织的炎性浸润，且未对胶原沉积产生不良影响，表明YM功能化的PCL/Gel膜具有生物相容性并能减弱局部炎症反应。这些特性使其成为牙周缺损引导组织再生的候选材料，包括可能应用于牙髓-牙周病变，在这些病变中调节炎症反应可能尤为有益。
