pH响应载米诺环素ZIF-8/壳聚糖温敏水凝胶，协同抑菌抗炎阻断牙周炎牙槽骨吸收

慢性牙周炎由龈下微生物生物膜失调驱动，伴局部活性氧（ROS）累积与过度炎症反应，最终导致牙槽骨吸收和牙齿松动。临床基础治疗（洁治/刮治）对深部牙周袋及根分叉区残留致病菌清除有限，常规全身或局部抗生素存在突释、难以穿透成熟生物膜、易诱导耐药及全身副作用等问题。米诺环素（MH）虽具抗菌与NLRP3炎症小体抑制潜力，但单纯局部给药在牙周袋滞留差、缺乏微环境响应性，难维持长效有效浓度。沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8具高孔隙率、pH敏感降解特性（酸性条件下降解加速释放包载药物及Zn²⁺），Zn²⁺本身具破坏细菌膜电位与抑制EPS合成的抗菌作用，可与抗生素产生协同效应。将MH@ZIF-8掺入可注射温敏CS/β-GP体系，可在体温下快速溶胶-凝胶转变贴合复杂牙周解剖结构，并实现牙周袋酸性微环境触发的按需双相释放（初期突释快速抑菌+后期持续释放防再感染）。

本研究系统构建并表征MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶的理化性能、体外抑菌/抗生物膜及ROS清除与NLRP3通路抑制能力，并在结扎线诱导SD大鼠牙周炎模型中验证其体内抑菌、抗炎及阻止牙槽骨吸收效果，为慢性牙周炎局部协同治疗提供新材料策略。

研究内容

图1.MH@ZIF-8的合成与理化表征

MH@ZIF-8保持典型十二面体形貌（SEM），EDS显示Cl、N、Zn均匀分布且载MH后Cl/N元素含量升高，FTIR出现C=C(1586 cm⁻¹)、C-N及Zn-N(415 cm⁻¹)特征峰，XRD与纯ZIF-8一致证晶体完整性未受载药影响。载药量随初始MH浓度(0.25–1 mg/mL)递增达9.69%，体外释放呈双相——前2h突释后持续释放至72h，pH 6.0酸性条件下降解释放速率及累积量显著高于pH 7.4，验证pH响应性。CCK-8与Calcein-AM/PI染色示MH-1@ZIF-8组人牙龈成纤维细胞（HGFs）存活率>90%且促细胞增殖（第5天达对照1.68倍），具良好生物相容性。

图2.MH@ZIF-8体外抗菌及抗生物膜活性

MH-1@ZIF-8对S. aureus、E. coli、P. gingivalis(Pg)、A. actinomycetemcomitans(Aa)的MIC分别为0.08、0.08、0.16、0.08 mg/mL；对Pg杀菌率99.47%，其余菌种>78%。活/死染色红荧光为主（死菌>76%），抑菌圈直径显著大于单纯ZIF-8组（p<0.001），SEM见菌膜皱缩破裂。结晶紫定量示MH-1@ZIF-8使生物膜生物量降至对照组<25%（单纯ZIF-8组<50%），较ZIF-8提升约2倍生物膜清除能力。抗菌机制归结于酸性微环境下降解释放Zn²⁺破坏膜质子梯度+MH抑制30S核糖体蛋白合成，二者协同穿透并破坏EPS基质及菌体膜完整性。

图3.MH@ZIF-8抗炎作用--抑制NLRP3/Caspase-1/IL-1β通路

LPS诱导RAW264.7细胞ROS水平显著升高，MH@ZIF-8处理组DCFH-DA荧光强度明显降低（强于单纯ZIF-8），证实ROS清除能力。RT-qPCR显示MH@ZIF-8显著下调NLRP3、Caspase-1、IL-1β mRNA表达（p<0.001），ELISA示TNF-α由LPS组1057 pg/mL降至698 pg/mL（低于单纯ZIF-8组803 pg/mL），说明MH与ZIF-8衍生的Zn²⁺协同抑制NLRP3炎症小体活化及促炎因子释放。MH@ZIF-8通过消除过量ROS阻断NLRP3组装起始，配合MH直接干扰NLRP3-ASC相互作用，共同抑制Caspase-1介导pro-IL-1β成熟释放。

图4.MH@ZIF-8/CS/β-GP水凝胶表征及温敏/注射性能

SEM见复合水凝胶保持三维多孔网络（孔隙率82.24%），XRD/FTIR证ZIF-8晶型未破坏。37℃下150s内完成sol-gel转变（管倒置法），流变G'>G''始于33.94℃，具剪切稀化行为（可注射过27G针头）。pH 6.0下2h内MH累积释放约为pH 7.4的近2倍，呈初期突释+72h持续释放双相模式，酸性下降解加速。猪皮黏附拉伸/剪切强度分别达1.18kPa和1.53kPa，保证牙周袋内局部滞留。CCK-8示复合水凝胶对HGFs无细胞毒性，符合口腔局部应用要求。

图5.大鼠牙周炎模型体内治疗效果评估

结扎线诱导SD大鼠牙周炎，每周牙周袋内注射一次，4周后Micro-CT示MH@ZIF-8/CS/β-GP组BMD(0.838 g/cm³)及BV/TV(69.40%)恢复至近正常对照组，CEJ-ABC距离显著短于PBS组（p<0.0001）。龈沟液细菌培养+结晶紫示治疗组菌斑负荷显著降低。H&E见炎症细胞浸润大幅减少，Masson示胶原纤维排列规整；IHC证实NLRP3、Caspase-1、IL-1β、TNF-α表达下调匹配体外结果。主要脏器H&E无病理改变，初步证体内安全性。水凝胶通过局部持续抑菌+抑制NLRP3介导炎症阻断骨吸收恶性循环。

本研究成功构建含MH负载ZIF-8纳米粒的CS/β-GP温敏注射水凝胶（MH@ZIF-8/CS/β-GP）。该水凝胶在37℃迅速溶胶-凝胶转变并黏附于湿态牙周组织，在牙周炎酸性微环境中pH触发ZIF-8降解，实现MH与Zn²⁺协同双相释放——Zn²⁺破坏细菌膜及EPS合成、MH抑制核糖体蛋白合成，对Pg、Aa等牙周致病菌抑菌率>78%并使生物膜生物量降低>75%；同时通过清除ROS及抑制NLRP3/Caspase-1/IL-1β信号轴下调TNF-α等促炎因子。在大鼠牙周炎模型中显著减少龈沟液菌负荷、抑制NLRP3通路分子表达、减轻炎症细胞浸润，并有效阻止牙槽骨吸收（BMD及BV/TV恢复至近正常水平），且具良好细胞/组织相容性。该"微环境响应协同抗菌-抗炎"一体化策略为慢性牙周炎局部无创治疗提供了具转化潜力的新型载体，后续需开展更大动物模型验证及长期体内降解/安全性评价。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s12951-025-03698-z