双层微针贴片：糖尿病牙周炎治疗的新突破

原创

来源：曹璐璐

2025-03-20 15:37:04

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核心提示：兰州大学的研究团队开发了一种双层微针贴片（d-MNs），能够在糖尿病牙周炎患者中同时促进软硬牙周组织的再生。

引言

糖尿病牙周炎是一种常见的并发症，严重影响患者的生活质量。传统的治疗方法往往难以同时修复受损的软硬牙周组织。然而，一项最新的研究为这一难题带来了新的希望。兰州大学的研究团队开发了一种双层微针贴片（d-MNs），能够在糖尿病牙周炎患者中同时促进软硬牙周组织的再生。本文将详细介绍这一创新技术的研究背景、设计原理、实验结果及其潜在应用前景。

研究背景

牙周炎是一种慢性炎症性疾病，主要影响牙周支持组织。在糖尿病患者中，牙周炎的发病率高达75%，且病情更为严重。糖尿病导致的高血糖和活性氧（ROS）过量产生，使得牙周组织的修复变得更加困难。目前的治疗方法主要依赖于血糖控制和局部药物治疗，但效果有限。因此，开发一种能够有效降低局部血糖、清除ROS并促进牙周组织再生的新方法显得尤为重要.

研究方法与设计

研究团队提出了一种双层微针贴片的设计方案。该贴片由两层组成：基底层和针尖层。基底层由明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）和纳米羟基磷灰石（nHA）组成，旨在促进硬组织的再生；针尖层则由透明质酸（HA）和载有葡萄糖氧化酶（GOX）的镁基金属有机框架（Mg-MOF）组成，负责软组织的修复。

基底层设计：GelMA是一种具有良好生物相容性的水凝胶，能够与牙槽骨表面紧密结合。nHA与天然骨结构相似，具有优异的生物相容性、成骨诱导性和骨整合性，能够促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）向成骨细胞分化，加速新骨形成。

针尖层设计：HA具有良好的机械强度和生物相容性，能够穿透牙龈组织。Mg-MOF是一种新型的金属有机框架，具有3D多孔结构，能够有效负载GOX。GOX能够与血糖反应，降低局部血糖水平，同时Mg-MOF的降解能够释放镁离子，促进血管生成。

实验结果

1、体外实验：研究表明，d-MNs的基底层能够显著促进MC3T3-E1细胞的成骨分化，表现为碱性磷酸酶（ALP）和茜素红（ARS）染色的增强，以及成骨相关基因RUNX2和OCN表达的上调。针尖层的GOX/Mg-MOF复合物能够有效降低细胞内ROS水平，并促进HUVECs的管状结构形成，显示出良好的促血管生成能力。

2、体内实验：在糖尿病牙周炎大鼠模型中，d-MNs@MOF组的牙周组织修复效果显著优于其他组。H&E染色显示，d-MNs@MOF组的牙周组织结构更接近正常牙周组织，炎症细胞浸润减少，牙周纤维束排列有序。Masson三色染色和免疫组化结果显示，d-MNs@MOF组的胶原纤维密度、连续性和组织化程度更高，且促骨愈合蛋白RUNX2和COL-I的表达量也更高。此外，d-MNs@MOF组的血糖水平相对较低，炎症因子IL-6和TNF-α的表达显著下调，表明其具有良好的降糖和抗炎效果。

潜在应用前景

d-MNs作为一种新型的牙周炎治疗材料，具有以下优势：

1、多功能性：能够同时促进软硬牙周组织的再生，解决了传统方法单一修复的局限性。

2、微创性：微针设计使得材料能够直接作用于病变部位，减少了手术创伤和患者痛苦。

3、靶向性：通过双层结构设计，实现了对不同组织的精准治疗，提高了治疗效果。

4、安全性：所用材料均为生物相容性良好的天然成分，无明显毒副作用，具有良好的生物安全性。

未来，随着进一步的临床试验和优化，d-MNs有望在糖尿病牙周炎的治疗中发挥重要作用，为患者带来更加安全、有效的治疗选择。

结论

兰州大学研究团队开发的双层微针贴片为糖尿病牙周炎的治疗提供了新的思路和方法。其独特的双层结构设计，结合了硬组织再生和软组织修复的双重功能，展现出良好的体内外实验效果和潜在的临床应用前景。这一创新技术的成功研发，不仅为牙周炎的治疗带来了新的希望，也为生物材料在口腔医学领域的应用提供了新的方向。

图1. d-MNs制备及促进牙周组织修复模型图。A）GOX/MgMOF和GelMA的合成过程示意图，以及使用模板灌注法制备d-MNs的过程。B）d-MNs释放的Mg-MOF通过降低ROS，降低血糖和释放镁离子来促进血管生成，从而调节软组织区域的局部微环境。附着在骨表面的微针基质通过nHA的作用促进牙槽骨区域的成骨分化。

图 2. 合成 MOF 的形态和功能表征。A) Mg-MOF（a、b）和 GOX/Mg-MOF（c、d）的 TEM 图像。B) 每种成分的FTIR分析。C) Mg-MOF 和 GOX/Mg-MOF 的 XRD 图案。D) 使用靛蓝变色法验证GOX/Mg-MOF中的GOX酶活性。E) 使用DPPH方法检测ROS清除。F) 检测PBS中Mg-MOF的羟基自由基清除。G) 检测葡萄糖溶液中的羟基自由基清除。

图 3. 牙周组织的 Masson 染色和免疫组织化学染色。A) 第 14 天牙龈组织的 Masson 染色 (a) 和 COL-I 和 COL-III (b)、IL-6 和 TNF-ɑ (c)、CD163 (e) 免疫组织化学染色；第 28 天牙槽骨的 RUNX2 和 COL-I (d) 免疫组织化学染色。牙龈组织中的胶原纤维 B)、COL-III C)、COL-I D)、IL-6 E) 和 TNF-ɑ F)、CD163 G)、VEGF H) 以及牙槽骨中的 RUNX2 I) 和 COL-I J) 的统计分析。（误差线代表平均值 ± SD；n = 3，***p < 0.001，**p < 0.01，*p < 0.05）。