原位凝膠在牙周炎治療中的應(yīng)用及其研究進(jìn)展

沙 康，李佳宸，祁小樂

（中國藥科大學(xué)藥學(xué)院藥劑系，南京 211198）

牙周炎是一種慢性牙周炎癥，其主要癥狀為牙齦炎癥、牙周袋形成、牙槽骨吸收及牙齒松動移位［1］。目前，牙周炎的治療多停留在控制菌斑，消除牙周組織炎癥，修復(fù)被破壞的牙周組織［2］。同時，需維持長期療效，防止復(fù)發(fā)。普通劑型存在給藥頻繁，患者順應(yīng)性差等缺點(diǎn)，并且可能產(chǎn)生全身性不良反應(yīng)，增加了細(xì)菌耐藥性的風(fēng)險［3］。

原位凝膠室溫下通常以液態(tài)形式存在，在用藥部位下受機(jī)體生理環(huán)境或其他刺激響應(yīng)，發(fā)生相轉(zhuǎn)變，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w凝膠態(tài)［4］。根據(jù)凝膠機(jī)制的不同，大致分為3 類，即溫度敏感型［5］、離子敏感型［6］和pH 敏感型［7］。在某些特殊條件下，原位凝膠也可對其響應(yīng)發(fā)生相轉(zhuǎn)變，如光［8］、水［9］等。原位凝膠在牙周炎治療中具有明顯優(yōu)勢，注射入牙周袋后，原位凝膠良好的生物黏附性延長了其在病灶部位的滯留時間，使局部藥物濃度長期穩(wěn)定在有效范圍內(nèi)［10］，提高了生物利用度［11］，減少了患者給藥次數(shù)［12］。此外，原位凝膠對于形狀復(fù)雜或難以到達(dá)的牙槽缺陷部位具有更好的形狀適應(yīng)性，可與傷口緊密接觸［13］，注射入牙周袋后，還可將其適當(dāng)固定，填充松動的牙齦［14］。本文以近年來國內(nèi)外原位凝膠用于牙周炎治療相關(guān)文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，對原位凝膠的類型和材料，其在牙周炎治療中的不同應(yīng)用以及裝載微球后的復(fù)合長效系統(tǒng)進(jìn)行了綜述。

1 牙周用原位凝膠的類型及研究現(xiàn)狀

1.1 溫度敏感型原位凝膠

當(dāng)溫度低于臨界溶液溫度時，溫敏聚合物和水之間的氫鍵作用，阻止了聚合物鏈間的聚集，凝膠體系保持溶液狀態(tài)。當(dāng)溫度高于臨界溶液溫度時，聚合物鏈之間的疏水作用增強(qiáng)，聚集發(fā)生膠凝化。

殼聚糖（chitosan，CS）是殼多糖（chitin）的去乙?；苌铮哂辛己玫纳锵嗳菪?、生物降解性與抗菌功效，是常見的溫敏凝膠材料。殼聚糖良好的黏附性可支持成骨細(xì)胞附著、增殖與分化，促進(jìn)牙周組織再生［15］。β-甘油磷酸鈉（sodium betaglycerophosphate，β-GP）是CS 常用的凝膠交聯(lián)劑，同時也是成骨分化培養(yǎng)基成分之一，可促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）向成骨細(xì)胞分化［3］。Guo 等［16］利用CS/β-GP 作為載體，構(gòu)建了一種鹽酸多西環(huán)素（doxycycline hydrochloride，DXY）微球溫敏凝膠劑的牙周給藥系統(tǒng)，該體系在37 ℃膠凝，平均凝膠時間為（1.1±0.3）min，可持續(xù)釋藥24 h。

泊洛沙姆（poloxamer）是由聚（環(huán)氧乙烷）［poly（ethylene oxide），PEO］結(jié)構(gòu)單元A 和聚（環(huán)氧丙烷）［poly（propylene oxide），PPO］結(jié)構(gòu)單元B 兩個親水端組成的ABA 型三嵌段共聚物［17］。泊洛沙姆是典型的溫敏凝膠材料，具有原位熱致凝膠化作用［18］。泊洛沙姆在低濃度下使用時形成膠束，當(dāng)濃度超過15%［19］時，共聚物溶液會隨著溫度的升高而膠凝［20］。單獨(dú)使用泊洛沙姆407 不適合作為溫敏凝膠載體，其在生理溫度下膠凝效果較差［21］。此外，牙科手術(shù)中使用泊洛沙姆凝膠會存在過敏反應(yīng)的風(fēng)險，Vanderstraeten 等［22］報(bào)道了一名患者在清理牙周袋時使用麻醉型牙周凝膠（Oraqix）發(fā)生Ⅰ型過敏反應(yīng)的案例。

聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）是一種具有良好的生物相容性的高分子材料，是常用的溫敏凝膠材料。Liu 等［23］利用聚乙二醇二丙烯酸酯（PEG-DA）支架和新型設(shè)計(jì)的功能肽區(qū)段（functional peptide module，F(xiàn)PM）交聯(lián)，裝載了基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1（SDF-1）制備出感應(yīng)牙齦疼痛的智能溫敏水凝膠PEGPD@SDF-1。當(dāng)水凝膠與牙周缺損中牙齦卟啉單胞菌（Porphyrommonas gingivalis，P.gingivalis）釋放的精氨酸蛋白酶（arginine protease，RgpA）接觸時，F(xiàn)PM 的特定位點(diǎn)被剪接，釋放短抗菌肽以抑制病原體的生長。同時，負(fù)載的SDF-1招募牙周膜干細(xì)胞（periodontal ligament stem cells，PDLSCs），促進(jìn)成骨，實(shí)現(xiàn)了治療牙周炎中抑菌與成骨雙功能的兼顧（圖1）。PEGPD@SDF-1 水凝膠溫敏性良好，可智能釋放抗菌藥物，招募基質(zhì)細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)了理想的牙周組織原位再生。

1.2 離子敏感型原位凝膠

由于牙齦溝液（gingival crevicular fluid，GCF）存在二價鈣離子，離子敏感的高分子材料可與鈣離子絡(luò)合，發(fā)生溶膠-凝膠相轉(zhuǎn)變，形成凝膠［6］，如海藻酸鈉、結(jié)冷膠等。

海藻酸鈉（sodium alginate，SA）是一種天然多糖，屬于陰離子型聚合物，生物相容性良好。SA以溶液形式注射入牙周袋內(nèi)，與GCF 中的鈣離子交聯(lián)形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)緩釋作用［24］。Obaidat等［25］以SA 作 為 凝 膠 劑，羥 丙 基 甲 基 纖 維 素（hydroxy propyl metyl cellulose，HPMC）作為增稠劑，構(gòu)建SA/HPMC 體系可維持鹽酸強(qiáng)力霉素的釋放超過12 d，該系統(tǒng)可作為治療牙周病的原位凝膠局部輸送系統(tǒng)。

結(jié)冷膠（gellan gum，GG）由雙螺旋段組成的微生物多糖。在一價或二價金屬陽離子存在下可形成原位凝膠。Swain 等［26］以GG/poloxamer 407 體系建立離子響應(yīng)型溫敏凝膠系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)poloxamer 407 與GG 的濃度得到膠凝溫度為36 ℃，膠凝時間為102 s，9 h的藥物累積釋放量達(dá)98%的凝膠系統(tǒng)。抑菌圈實(shí)驗(yàn)表明，鹽酸莫弗沙星載入GG/poloxamer 407 凝膠保留了對金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S. aureus）和 大 腸 埃 希 菌（Escherichia coli，E.coli）的抗菌活性。

1.3 pH敏感型原位凝膠

含有酸性（羧基或磺酸基）或堿性基團(tuán)（銨基）的聚電解質(zhì)響應(yīng)于周圍環(huán)境中pH 的改變，接受或釋放質(zhì)子發(fā)生膠凝［27］。

圖1 牙周用多功能水凝膠的制備及其應(yīng)用示意圖[23]

卡波普（Carbopol）屬于一種高相對分子質(zhì)量的聚丙烯酸聚合物，具有良好的生物黏附性，可作為凝膠增稠劑。常用型號Carbopol 934P，是一種pH 敏感型陰離子型聚合物，在酸性條件下以溶液形式存在，在堿性條件下形成低黏度凝膠［21］?？úㄆ漳z呈酸性，對牙齦及其他牙周組織具有刺激性，常加入CS、HPMC 調(diào)節(jié)黏度，減少局部刺激性［7］。Nasra 等［11］制備了膠凝溫度在28 ～34 ℃之間的載姜黃素卡波普凝膠，pH 保持在4，可使牙周炎診治指數(shù)如探查深度、出血指數(shù)和斑塊程度等顯著下降。

1.4 點(diǎn)擊交聯(lián)型原位凝膠

二烯類化合物和親二烯試劑，即使在沒有外部偶合劑、催化劑或光引發(fā)劑的情況下，也能在水系環(huán)境下快速進(jìn)行Dies-Alder 點(diǎn)擊反應(yīng)。透明質(zhì)酸（hyaluronic acid，HA），一種天然高分子材料，經(jīng)點(diǎn)擊化學(xué)分子修飾后，可在原位點(diǎn)擊交聯(lián)形成凝膠。HA 形成凝膠后可作為牙周組織支架使各類營養(yǎng)物質(zhì)更好地?cái)U(kuò)散，為促進(jìn)人牙周膜干細(xì)胞（human periodontal ligament stem cells，hPDLSCs）的快速生長提供一個合適的三維多孔網(wǎng)狀環(huán)境［28］。

Park 等［29］設(shè)計(jì)了Tet 修飾的HA（HA-Tet）和TCO 修飾的HA（HA-TCO），利用四嗪（tetrazine，Tet）與反式環(huán)辛烯（transcyclooctene，TCO）之間的Dies-Alder 點(diǎn)擊反應(yīng)，修飾后的HA-Tet 與HA-TCO分別由雙筒注射器原位注射交聯(lián)形成HA（Cx-HA）水凝膠。細(xì)胞調(diào)節(jié)素2（cytomodulin-2，CM）經(jīng)化學(xué)修飾載入Cx-HA 中形成一種可注射的點(diǎn)擊交聯(lián)透明質(zhì)酸（Cx-HA）原位水凝膠（Cx-HA-CM）（圖2）。CM 作為一種成軟骨細(xì)胞分化因子，可誘導(dǎo)hPDLSCs 軟骨形成分化。與物理裝載到Cx-HA 上的CM 相比，與Cx-HA 共價連接的CM 獲得了更長的體內(nèi)保留時間。

1.5 溶劑交換型原位凝膠

溶劑交換型原位凝膠（solvent exchangeinduced in situ forming gel，ISG）注入體液環(huán)境時，凝膠內(nèi)的有機(jī)溶劑向外擴(kuò)散至體液環(huán)境中，而體液中水分向內(nèi)擴(kuò)散到凝膠系統(tǒng)中，導(dǎo)致水不溶性聚合物基質(zhì)相分離，形成固體凝膠植入劑［30］。ISG以液體形式直接注入牙周袋，藥物通過充滿水的孔隙擴(kuò)散、凝膠的溶蝕或滲透實(shí)現(xiàn)可控釋放［31］，凝膠植入物會降解并修復(fù)受感染的牙齦組織［14］。相分離的關(guān)鍵是基質(zhì)材料需疏水性［32］，常用的疏水材料有聚乳酸-羥基乙酸共聚物［poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA］［33］、聚乳酸（polylactic acid，PLA）［34］、聚 丙 烯 酸 樹 脂 聚 合 物（Eudragit?）［35］、膽 固 醇（cholesterol）［36］等。

圖2 雙管注射HA-Tet-CM和HA-TCO-CM在體內(nèi)形成的Cx-HA-CM水凝膠用于人牙周膜干細(xì)胞軟骨分化示意圖[29]

月桂酸具有良好的疏水性、生物安全性，且能抑制口腔微生物，如聚核梭桿菌（Fusobacterium nucleatum，F(xiàn).nucleatum）和P.gingivalis。Chantadee等［32］以N-甲基吡咯烷酮（N-methyl-2-pyrrolidone，NMP）、二甲基亞砜（dimethyl sulphoxide，DMSO）和2-吡咯烷酮（2-pyrrolidone，PYR）作為溶劑溶解ISG基質(zhì)月桂酸，鹽酸萬古霉素作為治療牙周炎的抗菌劑負(fù)載在ISG中。

β-環(huán)糊精（beta-cyclodextrin，β-CD）具有疏水性，適宜作為ISG 的基質(zhì)。Rein 等［37］以DMSO 為有機(jī)溶劑，40%β-CD 為基質(zhì)制備出負(fù)載美洛昔康的ISG。同時，又以ISG 作為內(nèi)相，含5%甘油單硬脂酸酯（glycerol monooleate，GMO）的山茶油為外相制備溶劑交換誘導(dǎo)的原位微粒（solvent exchangeinduced in situ forming microparticle，ISM）。當(dāng)乳液注射入牙周袋時，ISM 體系溶劑與GCF 的水分交換，引起ISM 體系乳液向微粒的轉(zhuǎn)變，微粒體系也在牙周袋內(nèi)形成了局部類基質(zhì)儲庫（圖3）。實(shí)驗(yàn)顯示，較高的β-CD 濃度明顯促進(jìn)了β-CD 的相分離以及基質(zhì)的快速形成，且基質(zhì)更加緊密。由于外相山茶油黏度高，ISM的黏度高于單一的ISG，且藥物釋放較ISG 緩慢，成功建立了抗炎藥物局部治療牙周炎的緩控釋微粒系統(tǒng)。

1.6 溶致液晶型原位凝膠

溶致液晶（lyotropic liquid crystals，LLC）即在水或其他極性溶劑中兩親性分子濃度處于一定范圍內(nèi)時出現(xiàn)的液晶相。當(dāng)兩親性分子暴露于GCF中的水相時，分子的極性"頭"與疏水"尾"會與水分子相互作用，自動組裝形成層狀相、立方相與六方相液晶。當(dāng)體系中兩親性分子含量很高時，呈現(xiàn)反立方相、反六方相液晶，這種相態(tài)是由疏水基在外，而親水基在內(nèi)的膠團(tuán)構(gòu)成。液晶的形成大大增加了體系的黏度，相當(dāng)于觸發(fā)了溶膠-凝膠相轉(zhuǎn)變。

Mei 等［38］制 備 了GMO-NMP-中 鏈 甘 油 酸 酯（medium chain triglyceride，MCT）三元前體LLC，注射入牙周袋后，隨著GCF 中的水滲入，負(fù)載甲硝唑的前體LLC 自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕湍z，前體系統(tǒng)的低黏度性使其可滲透到難以到達(dá)的感染部位，遇水形成的LLC 凝膠的高黏附性和液晶納米結(jié)構(gòu)（反雙連續(xù)立方相Pn3m 和反六方相）使其牢可固地黏附在牙周袋內(nèi)。Fonseca-Santos等［39］把LLC 體系應(yīng)用到口腔黏膜給藥中，隨著唾液的滲入，聚氧丙烯（5）聚氧乙烯（20）醚十六烷醇（PPG-5-CETETH-20）表面活性劑自組裝成高黏性液晶體系，發(fā)生原位增厚行為，此系統(tǒng)在牙周炎局部治療亦有應(yīng)用價值。

圖3 空白和負(fù)載美洛昔康的ISG（A）以及空白和負(fù)載美洛昔康的ISM（B）暴露于PBS（pH 6.8）后轉(zhuǎn)化示意圖[37]

1.7 光交聯(lián)型原位凝膠

光交聯(lián)過程實(shí)質(zhì)上是一種自由基反應(yīng)。具有光敏基團(tuán)的單體或聚合物溶液，在光引發(fā)劑存在下被紫外或可見光照射產(chǎn)生自由基，聚合形成水凝膠［40］。

Liu 等［40］研發(fā)出一種新型的光交聯(lián)殼聚糖水凝膠。該凝膠體系具有葡萄糖敏感性，可響應(yīng)GCF 不同的葡萄糖濃度的波動，自身的三維結(jié)構(gòu)相應(yīng)地膨脹或收縮，以相應(yīng)的速率和劑量控制藥物的釋放。甲基丙烯酸酐（methacrylamide，MA）被接枝到CS 分子鏈上得到的CS-甲基丙烯酰胺（CSmethacrylamide，CM），以Irgacure 2959 作為引發(fā)劑紫外線輻射下可實(shí)現(xiàn)交聯(lián)成膠。葡萄糖氧化酶固定在CS 膜表面，從而實(shí)現(xiàn)對葡萄糖濃度的響應(yīng)控釋功能。這種葡萄糖敏感水凝膠在高血糖條件下具有局部自我調(diào)節(jié)給藥的潛力，有效地解決了糖尿病患者罹患牙周炎的治療缺陷。Chichiricco等［41］將HPMC 硅烷化（Si-HPMC）實(shí)現(xiàn)了牙齦傷口的屏障效果，將羧甲基殼聚糖甲基丙烯酸化（methacrylated carboxymethyl chitosan，MA-CMCS）實(shí)現(xiàn)光交聯(lián)作用。之后將Si-HPMC 與MA-CMCS 混合后，以核黃素為光引發(fā)劑，可見光照射下，原位交聯(lián)形成具有生物相容性、可吸收性水凝膠膜。這種水凝膠膜，可用于牙周引導(dǎo)性組織再生術(shù)（guided tissue regeneration，GTR）。與固體膜相比，該系統(tǒng)對于形狀復(fù)雜的牙齒或難以到達(dá)的缺陷部位具有更好的形狀適應(yīng)性，可與傷口緊密接觸。

1.8 各類原位凝膠的總結(jié)與探討

pH 敏感型、溫度敏感型原位凝膠在牙周袋內(nèi)響應(yīng)較差，難以實(shí)現(xiàn)大面積的黏附和滯留［39］。尤其是溫度敏感型原位凝膠，其膠凝時間較長，膠凝溫度范圍窄且難以控制，藥物易流失。LLC凝膠中表面活性劑與油相可能因熔點(diǎn)不同，制備中出現(xiàn)加熱混合時相分離；而且表面活性劑分子遇水后易形成立方相，造成初始黏度過高。ISG 凝膠在眾多類型原位凝膠中強(qiáng)度較大，在牙周袋內(nèi)形成的藥物貯庫降解慢、駐留時間長，可實(shí)現(xiàn)更好的治療效果［14］，應(yīng)用前景更好。

2 原位凝膠在牙周炎治療中的應(yīng)用

2.1 載有抗菌藥物的原位凝膠消除牙周組織炎癥

齦下刮治與根面平整術(shù)（subgingival curettage and root planing，SRP）是牙周炎手術(shù)治療的首選方案，可去除齦下牙結(jié)石上附著的直腸彎曲桿菌（Campylobacter rectum，C.rectum）等病原體，卻難以去除牙周袋底部和牙根分叉處的P. gingivalis、中間普雷沃菌（Prevotella intermedia，P. intermedia）、S.aureus和E.coli［42］。術(shù)后常聯(lián)用其他藥物輔助治療，包括局部用藥物和全身用藥物。全身用藥主要包括青霉素類、硝基咪唑類等口服抗生素［28］。然而口服抗生素可能產(chǎn)生過敏反應(yīng)、胃腸道不耐受、耐藥性等不良反應(yīng)［43］，且在牙齒難以達(dá)到最低抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）發(fā)揮藥效［44］。局部用藥可克服這一缺陷，減少牙周袋內(nèi)的感染［45］。局部用藥包括含漱類藥物，如氯己定類、雙氧水等，消炎防腐類藥物，如碘甘油、米諾環(huán)素等。但是由于牙周袋內(nèi)GCF 持續(xù)流動，藥物短時間內(nèi)易從靶部位移除，需頻繁給藥，降低了治療效果和用藥依從性［11］。普通凝膠劑可實(shí)現(xiàn)緩控釋效果，但滲透性差，無法與傷口組織較好接觸［4］，且牙周炎會導(dǎo)致微環(huán)境變化，普通凝膠作為局部給藥系統(tǒng)可能無法達(dá)到牙周炎治療的預(yù)期目標(biāo)［12］。原位凝膠滲透性好，注入病灶后與傷口接觸良好，可形成藥物儲庫，使藥物局部濃度達(dá)到有效治療水平，避免全身毒性。其良好的緩釋功能可使藥物持續(xù)發(fā)揮效果，可提高用藥依從性。

Xu 等［46］用β-GP、明膠和CS 制備了建立了CS/β-GP/明膠溫敏凝膠體系，并將促紅細(xì)胞生成素（erythropoietin，EPO）與阿司匹林共載入凝膠中治療牙周炎。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在阿司匹林控制炎癥的同時，具有血管再生與骨再生作用的EPO 也促進(jìn)了牙周骨組織的再生。Guo 等［16］以局部注射內(nèi)毒素法建立的Wistar 大鼠牙周炎動物模型中，實(shí)驗(yàn)組DXY 微球溫敏凝膠劑與陽性對照組鹽酸米諾環(huán)素（派麗奧）軟膏在牙齦出血指數(shù)、牙周指數(shù)、牙周探診深度、菌斑指數(shù)、牙槽骨喪失量等觀測指標(biāo)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，DXY 微球溫敏凝膠劑對牙周炎的局部治療效果顯著。Bansal 等［47］制備了左氧氟沙星與甲硝唑聯(lián)合給藥的Poloxamer 407/CS 溫敏凝膠。體外實(shí)驗(yàn)表明，該體系對S.aureus、E.coli等5 種菌株有抗菌性，空白凝膠也存在一定的抑菌能力。Raval 等［44］以羥丙基-β-環(huán)糊精（HP-β-CD）包絡(luò)阿奇霉素（azithromycin，AZM）制備Poloxamer 407/Carbopol 934P 溫敏凝膠，HP-β-CD 增加AZM溶解性的同時，也促進(jìn)AZM 向凝膠的滲透。藥物釋放時長達(dá)54 h，釋放的藥物濃度明顯高于AZM的MIC，該體系具備牙周遞送的潛力。

2.2 原位凝膠作為支架修復(fù)牙周組織

牙周炎是在牙齦炎癥進(jìn)一步向深層牙周組織擴(kuò)展而形成的，其病理變化仍以炎癥為主［48］。炎癥若繼續(xù)擴(kuò)展加重，會導(dǎo)致牙齦上皮從牙冠表面脫離，牙周膜纖維（periodontal ligament，PDL）從根牙骨質(zhì)表面脫離和牙槽骨流失，最終牙齒自發(fā)脫落［49］。

引導(dǎo)組織再生術(shù)（guided tissue regeneration，GTR）通過在牙周病變周圍植入具有生物相容性的物理屏障膜來選擇性地分隔不同的牙周組織［41］，阻止牙齦上皮組織和牙齦結(jié)締組織遷移到傷口，誘導(dǎo)具有牙周組織再生潛力的PDL 細(xì)胞冠向移動并生長分化［48］，重新填充附著在根牙骨質(zhì)表面，形成牙周新附著（圖4）［50］。早期使用的GTR 膜大多不被吸收，如聚四氟乙烯-基膜［41］，須二次手術(shù)摘除。生物可降解材料制成的GTR 膜具有可吸收特性，可避免二次手術(shù)摘除，從而減少手術(shù)帶來的并發(fā)癥，常用材料包括：Ⅰ型膠原蛋白、聚乳酸、聚氨酯和聚乙醇酸［29］。用于骨再生的生物支架材料需具有骨傳導(dǎo)性與骨誘導(dǎo)性，更重要的是，需能模擬骨的細(xì)胞外基質(zhì)（extra cellular matrix，ECM），允許干細(xì)胞浸潤和增殖形成新骨［51］。GTR 膜不論是否可吸收，都必須具有生物相容性，防止炎癥產(chǎn)生；同時GTR 膜必須具有選擇滲透性，允許營養(yǎng)物質(zhì)擴(kuò)散；并且具有流變性，對缺陷移植部位的形狀適應(yīng)［52］。然而，膠原膜等生物可吸收膜迄今為止只能恢復(fù)原組織的一小部分，牙周組織的再生潛力在一定程度上受到限制［53］。

圖4 正常牙周組織(A)，患牙周炎(B)后的牙周組織，GTR 手術(shù)后的牙周組織(C)示意圖[49]在圖B 中，可以觀察到PDL 纖維附著斷開、牙槽骨流失和牙齦上皮組織脫落。在圖C 中，顯示了GTR 手術(shù)后的牙周再生過程。GTR膜阻止牙齦上皮組織和牙齦結(jié)締組織在愈合過程中接觸牙根表面，并允許PDL 細(xì)胞重新填充牙周炎引起的牙根受損表面，促進(jìn)牙槽骨的再生Ⅰ：牙齦上皮組織；Ⅱ：牙石和菌斑；Ⅲ：GTR膜；Ⅳ：牙槽骨；PDL：牙周膜

為解決上述缺陷，需要尋找其他生物可降解性材料促進(jìn)PDL細(xì)胞的增殖。CS對人牙周膜細(xì)胞（human periodontal ligament cells，hPDLCs）具有良好的親和力，有助于牙周組織的愈合和再生［15］。Liao 等［54］在體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果中表明，CS 能顯著刺激hPDLCs 的增殖，在增殖的hPDLCs 中也發(fā)現(xiàn)堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）和骨橋蛋白（osteopontin，OPN）表達(dá)有所上調(diào)。與常見的GTR可吸收膜相似，水凝膠優(yōu)異的生物學(xué)特性也可以模擬天然骨的ECM［55］，為hPDLCs 提供增殖與分化空間。Chichiricco 等［41］利用Si-HPMC 與MA-CMCS在可見光照射下，原位交聯(lián)形成生物可降解水凝膠膜可誘導(dǎo)骨組織再生。

普通水凝膠的細(xì)胞取向和黏附性較差，并且缺乏成骨細(xì)胞發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)，不能直接與宿主骨結(jié)合［56］，這大大降低了水凝膠的支架能力。納米級羥基磷灰石（nano-hydroxyapatite，nHA），作為天然骨骼ECM 的主要無機(jī)成分，不僅支持成骨細(xì)胞在宿主骨上的附著和遷移，而且具有骨傳導(dǎo)和骨誘導(dǎo)性［57］，但HA 強(qiáng)度低、形變差，難以直接移植和固定在骨缺損區(qū)域的缺陷［58］。Pan 等［59］將水凝膠與nHA 結(jié)合形成一種有機(jī)-無機(jī)新型復(fù)合支架（即水凝膠-羥基磷灰石，hydrogel-hydroxyapatite，GH），水凝膠部分由N-羧基殼聚糖（N-carboxyethyl chitosan，CEC）、透明質(zhì)酸醛（hyaluronic acid-aldehyde，HA-ALD）及己二酸二肼（adipic acid dihydrazide，ADH）組成，具有良好的通針性和自愈性能，二者相互結(jié)合，可互相彌補(bǔ)缺陷。

為提高牙周再生潛力，還可以在凝膠骨架基礎(chǔ)上添加生物活性因子［60］，活性因子以擴(kuò)散方式從凝膠骨架釋放并促進(jìn)組織再生［61］。骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）又稱骨形成蛋白，是常見的一種生長因子，結(jié)構(gòu)類似、高度保守，屬于TGF-β 家族。BMP 能刺激DNA 的合成和細(xì)胞的復(fù)制［62］，促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞定向分化為成骨細(xì)胞［63］。有研究將BMP 載入殼聚糖溫敏凝膠，有效促進(jìn)了體內(nèi)新生骨和軟骨的形成［64］?；|(zhì)細(xì)胞衍生因子1（stromal cell derived factor-1，SDF-1）又稱趨化因子CXCL12，它有兩種形式，SDF-1α/CXCL12a 和SDF-1β/CXCL12b。SDF-1 可刺激內(nèi)源性BMSCs 和PDLSCs 富集到牙周缺損區(qū)，并提高它們的增殖能力［65］。He 等［66］提出在谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶交 聯(lián)明 膠（transglutaminase cross-linked gelatins，TG-gels）的凝膠中，白細(xì)胞介素（IL）-4和SDF-1α的共表達(dá)會調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞（Mφs）極化為M2表型以及召集內(nèi)源性干細(xì)胞，從而促進(jìn)牙周組織原位再生。Shen 等［67］發(fā)現(xiàn)SDF-1 和BMP-2 聯(lián)合使用相較SDF-1 或BMP-2 單獨(dú)使用對骨再生具有協(xié)同增強(qiáng)作用。Tan 等［68］使用一種水凝膠劑NapFFY，與SDF-1 和BMP-2 共組裝，制備了一種超分子水凝膠SDF-1/BMP-2/NapFFY，這種水凝膠可修復(fù)牙周骨缺損，有望替代骨移植。Liu 等［23］以PEG-DA 為支架，裝載SDF-1，得到了感應(yīng)牙齦疼痛的智能原位凝膠（PEGPD@SDF-1），體內(nèi)研究表明，PEGPD@SDF-1凝膠通過抑制P.gingivalis 的繁殖創(chuàng)造了一個低炎癥環(huán)境，同時促進(jìn)CD90+/CD34-基質(zhì)細(xì)胞的募集，誘導(dǎo)成骨分化，促進(jìn)牙周組織原位再生。添加的生物活性因子如BMP，雖然具有顯著的成骨潛力，但可能存在免疫原性、穩(wěn)定性差以及產(chǎn)生其他并發(fā)癥等問題。Jo 等［69］將具有成骨功能的鈣積累肽（calcium accumulating peptide，CAP）替代生物活性因子，與明膠酶水凝膠化學(xué)偶聯(lián)原位膠凝。這種肽免疫原性低、穩(wěn)定性高，且可作為組織再生膜誘導(dǎo)PDLSCs周圍骨的礦化。

3 原位凝膠裝載微球在牙周炎中發(fā)揮長效作用

原位凝膠雖然具有一定的局部藥物儲留能力，但對于親水凝膠骨架負(fù)載的游離藥物，特別是小分子親水性藥物，難以實(shí)現(xiàn)局部持續(xù)遞送的作用［70］。而治療牙周炎的藥物，不論是發(fā)揮抑菌或是促成骨分化作用，都需要在局部長時間維持有效治療濃度，而微球具有良好的長效緩釋功能。微球載入凝膠后，藥物的釋放需要突破微球和凝膠兩層物理屏障，可防止藥物過早地泄漏，可發(fā)揮長效作用［71-72］。

有研究將游離藥物與載藥微球共載入殼聚糖溫敏自愈性水凝膠體系，該系統(tǒng)是一種具有速釋相與緩釋相的雙相釋藥系統(tǒng)，速釋相快速達(dá)到抑菌濃度，短時間內(nèi)發(fā)揮作用；緩釋相則維持在抑菌濃度，持續(xù)發(fā)揮藥效［3］。Liu 等［73］將載有骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2）的光交聯(lián)明膠微球負(fù)載到4SH-PEG 和Ag+交聯(lián)的PEG 凝膠中，制備出BMP/Gel/SH-Ag，將游離的BMP-2 載入到PEG 凝膠中，制備出BMP/SH-Ag。在載有相同量BMP-2 的前提下，BMP/Gel/SH-Ag 組的ALP 表達(dá)量和產(chǎn)生的鈣結(jié)節(jié)數(shù)量均高于BMP/SH-Ag 組，微球的緩釋效果得以發(fā)揮。Li 等［74］制備了裝載辛伐他汀的微球凝膠劑，體外釋放第3天，無微球負(fù)載的凝膠藥物釋放量與負(fù)載微球的凝膠相比減少了一半，凝膠負(fù)載微球體系的緩釋效果強(qiáng)于單純凝膠體系的緩釋效果。Seo 等［75］將一種水溶性差的藥物多奈哌齊封裝在PLGA 微球中，并進(jìn)一步嵌入透明質(zhì)酸-多巴原位水凝膠，通過凝膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與調(diào)節(jié)pH 實(shí)現(xiàn)了藥物的持續(xù)釋放。Zhang 等［72］將載有布比卡因的微球裝載入PLGAPEG-PLGA 凝膠，建立了可注射的原位凝膠微球（gel-microsphere，Gel-MS）系統(tǒng)，該Gel-MS 系統(tǒng)的藥物釋放受內(nèi)層MS 和外層Gel 基質(zhì)的共同控制，藥物避免了初始突釋，實(shí)現(xiàn)了長效鎮(zhèn)痛的作用。更重要的是，凝膠的原位交聯(lián)阻礙了MS 從注射部位的擴(kuò)散，有助于提高藥物局部濃度，防止全身不良反應(yīng)的產(chǎn)生。本課題組Zeng 等［3］將包封黃連素的PLGA 微球載入由兩端修飾苯甲醛基的聚乙二醇、β-GP 和殼聚糖構(gòu)成溫敏自愈原位凝膠中，構(gòu)建了可實(shí)現(xiàn)前期快速釋藥與后期持續(xù)釋藥的雙相釋藥系統(tǒng)，藥物釋放考察結(jié)果表明其2 h 內(nèi)可快速釋藥8%，后持續(xù)釋藥長達(dá)20 d，實(shí)現(xiàn)了良好的長效抑菌和促成骨細(xì)胞分化作用。

4 總結(jié)與展望

目前上市的原位凝膠產(chǎn)品集中于長效注射劑和局部給藥制劑領(lǐng)域，以基于Atrigel?技術(shù)平臺的Eligard?和Atridox?等為代表，其中Atridox?是以PLA 為緩釋基質(zhì)負(fù)載鹽酸多西環(huán)素用于治療成人慢性牙周炎的原位凝膠產(chǎn)品，其在牙周炎病灶部位可持續(xù)釋藥1 周，在牙周炎治療中具有一定優(yōu)勢。然而，隨著研究的不斷深入，原位凝膠仍存在一些亟待解決的問題。一些環(huán)境響應(yīng)型原位凝膠在牙周袋內(nèi)響應(yīng)較差，如溫敏凝膠膠凝時間較長、骨架強(qiáng)度低、易降解；可能存在藥物泄漏導(dǎo)致無法發(fā)揮緩釋作用，如小分子親水性藥物載入原位水凝膠中存在的突釋問題；凝膠材料的生物相容性與安全性問題，如LLC 凝膠中的油性基質(zhì)缺乏相關(guān)毒性數(shù)據(jù)等。因此，改善原位凝膠的膠凝性能，探究響應(yīng)良好的膠凝機(jī)制，挖掘生物相容性良好的凝膠材料將是今后研究的方向。