我国学者最新研究：治疗牙体组织和牙髓疾病的功能性水凝胶新进展

我国学者最新研究：治疗牙体组织和牙髓疾病的功能性水凝胶新进展

近日，来自青岛大学口腔医学院潘克清（通讯作者）、李会旭（第一作者），南开大学国家先进材料研究院材料科学与工程学院张鼎（通讯作者），南开大学医学院附属天津市口腔医院鲍萍萍（通讯作者），新疆医科大学药学院（通讯作者）合作发表了一篇综述讨论了功能性水凝胶在牙体硬组织和牙髓疾病治疗领域的最新进展。

研究介绍了功能性水凝胶在治疗不同疾病时的工作原理和治疗效果，讨论了水凝胶在口腔临床应用中的挑战与机遇，并提出了未来功能性水凝胶在口腔健康领域可能的发展方向，通过对功能性水凝胶在牙体硬组织和牙髓疾病治疗领域最新进展的系统分析和总结。相关研究成果以“用于治疗牙体硬组织和牙髓疾病的功能性水凝胶的最新进展（Recent Advances in Functional Hydrogels for Treating Dental Hard Tissue and Endodontic Diseases）”为题发表在《美国化学学会纳米》（ACS Nano）杂志上（IF = 15.8）。


水凝胶作为一种高含水量的三维聚合物网络，近年来成为最受欢迎的软材料之一。由于其优异的生物相容性、可注射性、良好的生物软组织相似性和卓越的自修复性能，水凝胶已被广泛应用于伤口止血、皮肤愈合、药物传递、组织重建等不同的生物医学领域。众所周知，口腔环境始终湿润，且由于进食和说话而不断活动。因此，除了良好的生物相容性和抗菌性能外，用于口腔的功能性水凝胶还需要具备良好的机械强度、湿粘附性、抗疲劳性等特性（见图2）。

牙齿美白  研究人员分析了水凝胶在牙齿美白方面的应用，其通过吸附和分解色素实现牙齿美白的作用机制。研究人员开发了一种新型的可注射水凝胶膜用于光动力牙齿美白（图3a）。该水凝胶膜通过将氯化铋（Bi12O17Cl2）和氧化亚铜（Cu2O）纳米颗粒引入海藻酸钠水凝胶前体中，并利用Ca2+离子与海藻酸钠的动态交联快速形成。Cu2O纳米颗粒赋予水凝胶广谱抗菌性能，而Bi12O17Cl2纳米颗粒作为光敏剂，在可见绿光照射下能产生ROS，有效降解牙齿色素并实现美白，同时去除生物膜，预防龋齿。此外，该美白技术对牙齿釉质和生物细胞无明显损伤。

牙釉质再生  牙釉质是坚硬且能抵抗细菌入侵的矿化组织，由羟基磷灰石晶体紧密排列而成。常见的牙釉质龋是酸导致的非细胞性反应性病变，其脱矿和再矿化过程复杂。牙釉质一旦受损，易导致牙本质病变加速。因此，牙釉质龋的早期预防和治疗至关重要。
CS-QP5水凝胶引入牙釉蛋白肽QP5，有效抑制致龋生物膜、促进初期龋齿再矿化，并具抗菌作用，展现防龋潜力。针对氟化物治疗细菌过载问题，研发了释放NO和氟化物的普朗尼克F127-藻酸盐水凝胶，实现双重治疗（图5b）。此外，全长牙釉蛋白-壳聚糖水凝胶通过稳定矿物簇生长修复龋齿，修复层与原生牙釉质无缝对接，显著提升硬度。水凝胶仿生矿化模型成功再生类似牙釉质的矿化组织，机械性能接近天然牙釉质，为牙釉质再生提供新方法（图1）。


图1 水凝胶的制备过程示意图

牙本质修复  牙本质与牙釉质成分和结构不同，牙本质较软但比骨骼硬，其龋齿发展快于牙釉质。研究人员设计了一种复合矿物水凝胶，能负载牙本质基质并促进硬组织再生。对于严重牙本质龋齿，传统盖髓材料有局限，研究人员开发了可注射Gel-MA/NGR1水凝胶以诱导修复性牙本质形成。此外，牙本质小管的暴露加速龋齿发展并导致口腔过敏，需开发长期稳定的脱敏剂来封闭牙本质小管。
研究人员利用溶菌酶与聚乙二醇（lyso-PEG）的快速类淀粉样聚集，开发出一种坚固的超薄纳米膜，用于治疗牙齿敏感。该纳米膜具备抗污性、易于再矿化及长期固化稳定性，可通过简单浸泡或喷涂在牙本质上形成无色涂层。lyso-PEG对牙本质小管有高亲和力，能深入小管深层并有效抗菌。同时，lyso-PEG纳米膜还能诱导牙本质再矿化，提升界面生物活性，为牙本质小管治疗提供有效解决方案。

牙髓再生  在治疗再生牙髓中，胶原水凝胶能调节干细胞分化，促进细胞存活与选择性分化。可注射热敏水凝胶作为前景材料，通过嵌入外泌体，制备出HPCH/CW/Exo水凝胶，其机械性能与生物活性优异。该水凝胶能轻松注入根管并原位成胶，包裹干细胞后填充牙根样本，显著促进牙齿与血管形成。动物实验证明其能生成新牙髓组织，展示了其潜在的临床应用价值。

水凝胶在伤口愈合等领域的应用面临多重挑战：需平衡生物相容性与机械性能；口腔环境的潮湿动态性要求水凝胶具备强湿粘附性和耐久性；需加强临床研究验证效果；需关注免疫反应对水凝胶治疗效果的潜在影响。未来研究应致力于解决这些挑战，以推动水凝胶在口腔疾病治疗中的广泛应用。