华南理工大学/中山大学AM：粘附性微针-纳米片—时序调控抗菌、免疫与成骨功能实现牙周再生

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背景介绍

牙周炎是由牙周致病菌过度增殖引发的慢性炎症性疾病，全球约7.43亿人受累，是成年人牙齿缺失的首要原因。目前临床治疗主要依赖龈上/龈下清创联合抗生素，虽能控制局部感染，却难以精准调控过度炎症反应或促进牙周组织再生。引导骨再生膜虽被广泛用于牙槽骨缺损修复，但现有商品化胶原膜存在抗菌能力不足、免疫调节功能缺失、与组织贴合不佳等问题，难以满足牙周炎复杂病理环境下的治疗需求。

研究思路

为解决这一难题，华南理工大学施雪涛教授与中山大学光华口腔医学院黄舒恒教授、林正梅教授联合研究团队开发了一种三层结构的微针-纳米片复合膜。该膜通过旋涂与3D打印技术逐层构建：底层为聚乙烯醇牺牲层，接触组织后快速溶解形成纳米级薄膜，借助纳米尺度效应实现对牙周骨面的共形粘附；中间层为聚己内酯致密层，提供力学支撑与物理屏障；上层为甲基丙烯酰化明胶层，通过化学键合共价接枝抗菌肽Tet213，实现早期快速杀菌。在该复合膜基底上，进一步利用含丙烯酰甘氨酸与GelMA的复合墨水3D打印微针阵列，负载牙髓干细胞来源的外泌体，通过微针的缓慢降解实现外泌体的持续释放，在中后期发挥免疫调控与成骨/成血管作用。这一设计实现了“清除-修复”时序性治疗：早期PVA层快速溶解实现粘附固定，GelMA层快速释放抗菌肽清除牙周病原菌；中后期微针缓释外泌体，诱导巨噬细胞向M2表型极化，同时促进血管新生与骨再生。相关内容以Adhesive Microneedle-Nanosheets With Temporally Orchestrated Antimicrobial, Immunomodulatory, and Osteogenic Functions for Periodontal Regeneration发表在Advanced Materials上。

图片解析

图1 展示了微针-纳米片的设计理念与治疗机制。三层结构分别承担物理粘附、力学支撑、抗菌与免疫调控功能，微针负载外泌体实现持续递送，协同作用于牙周炎病理进程中的感染、炎症与组织缺损三个环节。

图2 展示了微针-纳米片的制备与表征。旋涂法制备的三层纳米片厚度约30 μm，AFM显示表面平整。3D打印微针阵列高度约500 μm，尖端尖锐，可有效穿透组织。荧光成像显示抗菌肽与DiD标记外泌体在各自层内均匀分布。体外释放实验表明，抗菌肽在24小时内快速释放（>80%），外泌体在21天内持续释放。力学测试显示微针强度达18 MPa，满足组织穿透需求。离体猪皮模型证实，PVA层溶解后纳米片与组织形成共形粘附，抗扭转能力优于商品化胶原膜，且能有效阻隔成纤维细胞侵入。

图3 验证了微针-纳米片的体外抗菌、抗炎与成骨性能。抗菌实验显示，含抗菌肽的AN与MN组对牙龈卟啉单胞菌、伴放线放线杆菌、MRSA及大肠杆菌均实现完全杀灭，SEM证实细菌膜结构破坏。在LPS诱导的巨噬细胞炎症模型中，MN组显著降低IL-1β、IL-6、TNF-α表达，上调IL-4、IL-10、Arg-1，免疫荧光显示CD86/iNOS（M1）减少、CD206/Arg-1（M2）增加。成骨实验中，MN组RUNX2、COL1A、OPN、OCN及VEGFA蛋白表达显著升高，ALP与茜素红染色显示矿化能力最强。

图4 在大鼠牙周炎模型中验证了体内修复效果。术后8周，micro-CT显示MN组骨体积分数显著恢复，牙槽骨高度接近正常。H&E与Masson染色显示胶原纤维排列有序，TRAP染色显示破骨细胞减少。免疫荧光显示MN组CD86阳性细胞减少、CD206阳性细胞增多，CD31阳性血管密度与RUNX2阳性成骨细胞数量显著增加。

图5 在比格犬牙周骨缺损模型中进一步验证了修复效果。术后3个月，micro-CT与组织学显示MN组实现了完整的牙槽骨再生，骨体积分数、骨小梁数量与厚度均显著优于空白组与商品膜组。

图6 通过16S rRNA测序与转录组测序揭示了机制。口腔菌群分析显示，MN组恢复了以变形菌门和厚壁菌门为主的健康菌群结构，抑制了拟杆菌门致病菌的过度增殖。RNA-seq显示MN组差异基因富集于抗菌、抗炎、血管新生与胶原合成通路，GSEA进一步证实MN激活了先天与适应性免疫、抑制了MyD88依赖的TLR炎症信号通路。

结论

本研究成功构建了一种三层结构微针-纳米片复合膜，通过PVA层的快速溶解实现组织共形粘附，通过抗菌肽的快速释放清除牙周病原菌，通过微针负载外泌体的持续缓释实现免疫调控与成骨/成血管诱导。该膜在大鼠与比格犬牙周缺损模型中均表现出优异的抗菌、抗炎、成骨与促血管新生效果，实现了牙周组织功能性再生。该研究为引导骨再生膜的智能化、多功能化设计提供了新范式。

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202572919