《Materials Today Bio》：Wet-adhesive metabolic hydrogel for osteoimmune-guided extraction socket healing
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拔牙窝等动态湿性界面需要兼具坚固粘附和主动再生引导能力的敷料。为克服传统止血材料易脱落、生物惰性等缺陷，本研究开发了一种光固化湿粘附代谢水凝胶（WAM-Gel），它通过富含氢键和共价锚定的双网络提供卓越的湿态粘附与力学强度，同时负载代谢调节剂β-羟基丁酸（BHB），能够耦合调控巨噬细胞表型重塑与增强成骨分化，从而营造促再生微环境。该水凝胶在大鼠和比格犬拔牙模型中显著促进了早期血管生成、胶原成熟和骨形成，展示出一种整合湿态稳定粘附与代谢调控的生物活性封闭策略，具有广阔的临床转化前景。
拔牙后，留下的牙槽窝（拔牙窝）是一个充满挑战的愈合环境。它持续暴露在唾液冲刷、口腔负压（如吮吸）和咀嚼的机械力之下。如果保护不当，初始形成的血凝块很容易被破坏，导致愈合延迟、感染，甚至引发令人痛苦的“干槽症”。这不仅影响患者康复，也为后续可能的种植牙手术带来了困难。传统的止血材料，如棉球或明胶海绵，往往只能提供短暂的止血效果，在湿润和动态的口腔环境中容易脱落，且它们本身是“生物惰性”的，无法主动引导复杂的组织再生过程。因此，口腔临床急需一种新型材料，既能像“超级创可贴”一样在潮湿环境下牢牢封住伤口，又能像“智能导师”一样主动指挥免疫细胞和骨骼细胞，促进有序、高效的再生。
针对这一重大临床需求，北京大学口腔医院的研究团队在《Materials Today Bio》上发表了一项创新性研究。他们成功开发了一种名为WAM-Gel的光固化湿粘附代谢水凝胶，旨在同时解决拔牙窝愈合中的物理密封和生物调控两大核心难题。这项研究不仅展示了一种性能优异的材料，更提出了一种整合材料力学、界面化学与细胞代谢学的“骨免疫引导”再生新策略。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下几项关键技术方法：他们首先通过分子设计，合成了由N-丙烯酰甘氨酰胺（NAGA）和丙烯酰-6-氨基己酸N-羟基琥珀酰亚胺酯（AANHS）构成的水凝胶前体，并利用紫外光（UV）引发原位快速光交联。他们系统地表征了水凝胶的流变学、溶胀、力学（拉伸、压缩）和粘附性能（剪切强度、爆破压力），并使用猪皮肤、牙龈组织及离体牙槽窝模型模拟口腔环境进行验证。在生物学功能评估中，研究人员将内源性代谢物β-羟基丁酸（BHB）负载入水凝胶，通过高效液相色谱（HPLC）分析其载药与释放行为。他们利用细胞实验（包括RNA-Seq转录组测序、流式细胞术、碱性磷酸酶（ALP）染色等）评估了BHB及WAM-Gel对巨噬细胞极化和骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化的影响。最后，研究在大鼠上颌第一磨牙拔除模型和比格犬前磨牙拔除模型中，通过组织学染色（H&E、Masson）、显微CT（Micro-CT）成像及免疫组织化学（IHC）染色，全面评估了WAM-Gel在体内的促愈合效果、免疫调节作用及对牙槽嵴形态的保存能力。
研究结果
2.1. WAM-Gel的设计与机制
研究人员理性设计了WAM-Gel。在分子层面，NAGA提供可逆氢键网络以消耗能量、赋予韧性，AANHS则与组织表面的氨基形成共价键，实现湿态下的持久锚定。宏观上，这种双网络结构使水凝胶具有优异的力学性能和密封性。此外，水凝胶负载了代谢调节剂BHB，旨在将水凝胶从被动屏障转变为能重编程骨免疫微环境的生物活性支架。
2.2. WA-Gel的网络形成与性能
研究人员首先评估了不含BHB的WA-Gel的理化性能。流变分析表明，在UV照射下，水凝胶可在约20秒发生溶胶-凝胶转变，2分钟内完全固化。研究发现，AANHS含量为2%的配方表现出最均衡的性能：适度的溶胀率（≈25%）有利于贴合不规则窝洞壁，同时保持了足够的拉伸和压缩强度，以抵抗口腔应力。
2.3. WA-Gel的粘附性能
粘附测试显示，在猪皮肤上，2% AANHS水凝胶表现出高剪切粘附强度，且在浸水24小时后粘附强度损失极小。其爆破压力远超口腔内生理负压和典型血压，提供了安全余量。该水凝胶在28天内保持粘附稳定，并能承受拉伸、弯曲、扭转等机械挑战。在猪牙龈组织和离体颌骨拔牙窝模型中的测试进一步证实了其优异的临床相关粘附性能。
2.4. 从WA-Gel到WAM-Gel：BHB的负载及其生物学效应
BHB被成功负载到优化后的WA-Gel中，形成WAM-Gel。体外释放显示先爆发后持续释放的动力学，匹配伤口愈合的时序需求。RNA-Seq分析表明，BHB预处理能减轻人牙龈成纤维细胞（HGFs）在牙龈卟啉单胞菌（p.g.）刺激下的炎症和凋亡相关通路，并促进细胞外基质组织和再生相关通路。
2.5. WAM-Gel的生物相容性
细胞毒性实验表明WAM-Gel提取物对BMSCs和HGFs的增殖无抑制，活/死染色显示高细胞存活率。在大鼠皮下植入7天后，未见明显的局部异常反应或远端器官病理改变，证明了其良好的生物相容性。
2.6. WAM-Gel的体外骨免疫调节作用
在成骨诱导下，WAM-Gel能增强BMSCs的早期成骨分化（ALP染色加深）。同时，流式细胞术显示，WAM-Gel能促使RAW264.7巨噬细胞向M2表型（高CD206，低CD86）极化，表明其具有协调成骨与免疫调节的双重功能。
2.7. WAM-Gel在大鼠拔牙模型中加速牙槽骨愈合
在大鼠上颌第一磨牙拔除模型中，与空白组和明胶海绵组相比，WAM-Gel组在术后第3、7天显示出更有序的内芽组织和更少的坏死区域，第21天黏膜更连续。Masson染色显示更致密的胶原沉积和骨样基质形成。术后21天的Micro-CT定量分析表明，WAM-Gel组的骨体积分数（BV/TV）、骨表面积密度（BS/TV）和小梁骨数量（Tb.N）均显著更高，小梁骨分离度（Tb.Sp）更低，表明形成了更致密、互连的骨小梁网络。
2.8. WAM-Gel的体内免疫调节与成骨作用
免疫组化分析揭示了WAM-Gel的作用机制。与对照组相比，WAM-Gel组拔牙窝内的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和CD68+巨噬细胞在术后各时间点均减少，表明炎症反应被抑制。同时，CD31+血管区域在早期即显著扩大，提示血管生成增强。更重要的是，代表早期成骨活性的I型胶原α1链（COL1A1）的表达从第3天起就明显增加。这些结果说明WAM-Gel通过降低炎症、促进血管化，为成骨创造了有利的微环境。
2.9. WAM-Gel在比格犬拔牙模型中加速牙槽骨愈合
在更接近人类口腔的比格犬大型动物模型中，WAM-Gel再次证明了其有效性。术后28天，Micro-CT显示WAM-Gel组矿化组织形成更充分，牙槽嵴轮廓保持更好。定量分析证实，其BV/TV、BS/TV、小梁骨厚度（Tb.Th）和Tb.N均优于空白组和明胶海绵组，Tb.Sp更低，表明再生骨质量更优，实现了更好的牙槽嵴保存。
结论与讨论
本研究成功构建了一种集稳定湿态粘附、力学韧性与代谢性骨免疫调节于一体的WAM-Gel。其核心创新在于将材料科学与免疫代谢学交叉融合：一方面，通过NAGA/AANHS构建的双网络解决了动态湿性界面下的物理密封难题；另一方面，通过负载并控释内源性代谢物BHB，主动重编程了拔牙窝愈合早期的免疫微环境，实现了抑制炎症（降低TNF-α，促进巨噬细胞M2极化）、促进血管生成（增加CD31+区域）和加速成骨（增强COL1A1表达，提升骨小梁质量）的协同效应。
这项研究的重要意义在于，它超越了传统生物材料仅作为物理屏障或单一生长因子载体的局限，提出了一个“材料力学-界面化学-细胞代谢”多级联动的再生医学新范式。WAM-Gel不仅为拔牙窝愈合和牙槽嵴保存提供了一种极具潜力的临床解决方案，其“湿粘附+代谢调控”的核心设计原则也具有普适性，可望为糖尿病溃疡、胃肠道缺损修复、植入体整合等需要在动态流体环境中实现可靠密封与精准免疫调节的再生医学领域提供新的思路。该工作标志着口腔再生材料从“被动填充”向“主动引导”的战略性转变。
