光热破膜+热触发Ag⁺释放：核苷水凝胶协同杀牙周炎致病菌并阻牙槽骨吸收

牙周袋里的细菌并不是松散存在。它们常被多糖、蛋白和胞外DNA共同构成的胞外聚合物包裹，形成结构紧密的生物膜。机械清创很难触及所有深部位点，药物进入生物膜也会受到限制，长期或不当使用抗菌药物还会带来耐药压力。这项研究选择牙龈卟啉单胞菌（Pg）和变异链球菌（Sm）作为实验对象。光热疗法利用近红外光使材料局部升温，可以扰动生物膜结构，但温度过高会增加周围组织受损的风险。银离子具有抗菌活性，游离银离子若释放过快，细胞毒性也会随之上升。怎样在局部把热效应与银离子释放配合起来，是研究关注的主要问题。

研究者以2-氨基腺苷为组装单元，让银离子参与配位，再加入动态硼酸酯键稳定网络，由此得到ZBAg水凝胶。光热部分采用A-D-A型小分子BF，经Pluronic F127包封后形成FNP纳米粒，随后装入水凝胶，制成ZBAg@FNP。近红外照射时，FNP产生的局部热量一方面使胞外聚合物结构变得疏松，另一方面扰动银离子与核苷之间的配位，促进银离子从凝胶中释放。这一设想随后通过材料表征、释放试验、体外生物膜试验和动物实验逐步检验。

图1.光热试剂设计与表征

研究先比较了两种A-D-A型小分子BF和BCl。它们通过Stille偶联与Knoevenagel缩合获得，DFT计算得到BF的HOMO和LUMO能级分别为-5.47 eV和-3.83 eV。BF的最大吸收波长为701 nm，BCl为721 nm。经F127包封后，FNP平均粒径为56.5 nm，对照CINP为67.5 nm。FNP在水相中的最大吸收波长移至711 nm。按论文给出的测试条件，FNP光热转换效率为38.74%，CINP为14.94%。15 μg/mL的FNP接受680 nm激光照射5 min后，温度超过50℃，因此被用于后续试验。

图2.ZBAg水凝胶自组装机制

质谱结果提示2-氨基腺苷与银离子按1:1配位，ESI-MS中的相关峰约为m/z 391。¹H NMR结果显示，银离子与N3和O5′位点发生配位，并伴随糖环构象与氢键关系变化。加入H₃BO₃后，2′-OH和3′-OH可形成动态硼酸酯键，¹¹B NMR信号出现在δ 12.25 ppm附近。PXRD测得的π-π堆叠距离为3.34 Å。显微图像中可见直径约10至50 nm的纳米线，它们交织成孔径约5 μm的多孔网络。这些结果支持银离子配位、碱基间作用和动态硼酸酯共同维持凝胶结构的解释。

图3.水凝胶流变与注射性能

在测试频率范围内，ZBAg的储能模量G′高于损耗模量G″，整体表现为类固体。应变低于15%时结构较稳定，超过这一范围后逐渐转为流动态，可见明显的剪切稀化。高低应变交替测试中，模量能够恢复，说明动态键在受力后可以重新组合。装入FNP后，G′略有上升，恢复能力没有受到削弱。这些流变特征为注射给药提供了材料基础。光热响应随FNP浓度和激光功率变化。在680 nm、1.0 W/cm²条件下照射5 min，样品呈浓度依赖性升温，测得的光热转换效率仍为38.74%。连续五次开关循环中，温度响应未见明显衰减。

图4.生物降解与相容性

ZBAg@FNP皮下注射到BALB/c小鼠后，荧光信号在9 d内逐渐减弱至难以检出，作者据此观察材料在体内的降解过程。注射部位的H&E切片未见明显炎症或组织坏死。L929细胞与材料浸提液共孵育72 h后，存活率高于90%，等量游离银离子组则低于50%。这组结果提示，凝胶承载有助于减轻游离银离子快速暴露带来的细胞毒性。相关结论仍限于论文所采用的细胞与小鼠试验条件。

图5.Ag⁺热触发控释与协同抗菌初探

没有近红外照射时，120 h内银离子的累积释放量为11.09%。加入照射后，最初2 h的释放量达到26.05%，120 h累积释放量为54.12%。不同照射时点的比较还显示，较早接受光照的样品释放更多银离子，说明局部升温会改变凝胶网络中的配位状态。在浮游Sm试验中，ZBAg@FNP照射组的存活菌数低于单用FNP照射或单用ZBAg的组别。论文计算的协同指数大于1，表明光热作用和银离子在该实验条件下存在协同关系。

图6.体外抗菌与抗生物膜评价

对浮游Pg和Sm，ZBAg@FNP照射组的杀菌率接近100%。进入生物膜模型后，Sm的菌落形成单位下降约3个数量级，Pg下降约4个数量级。活死菌染色以红色荧光为主，扫描电镜下也能看到生物膜变疏松以及细菌膜结构受损。蛋白与胞外DNA的荧光信号减弱，提示光热处理影响了胞外聚合物。EDS元素成像中，照射组生物膜内的银信号高于游离银离子溶液组，测得比例分别为0.16%和0.02%。这些观察与研究提出的机制相符，即升温先改变生物膜屏障，同时增加凝胶中的银离子释放和进入深度。

图7.体内牙周炎治疗效果

研究采用结扎并接种Pg的方法建立SD大鼠牙周炎模型，局部注入ZBAg@FNP后以680 nm近红外光照射5 min，隔日处理，持续14 d。Micro-CT结果显示，照射组的CEJ-ABC距离较短，BV/TV较高，骨小梁相关指标也有所改善。与PBS、米诺环素和ZBAg等组别相比，该组观察到的牙槽骨吸收较轻。H&E和Masson染色显示炎症细胞减少，胶原排列更规整。免疫组化结果中，TNF-α表达下降，TGF-β表达上升。主要脏器切片未见明显病理改变。这些结果属于动物模型证据，尚不能直接等同于临床疗效和长期安全性。

本研究构建了Ag⁺配位+动态硼酸酯双交联的2-氨基腺苷超分子水凝胶（ZBAg），载入PCE=38.74%的FNP光热纳米粒制得ZBAg@FNP。把生物膜松动和温度响应释放放进同一个局部材料体系。ZBAg提供可注射、可恢复的凝胶网络，FNP负责把近红外光转化为热，银离子则在配位结构受到热扰动后加快释放。体外试验中，Pg和Sm生物膜的菌落形成单位分别下降约4个和3个数量级。在大鼠模型中，研究者还观察到牙槽骨吸收减轻以及炎症相关指标变化。现有结果来自细胞、体外生物膜和啮齿动物实验，材料的适宜照射剂量、银离子长期蓄积风险、复杂口腔环境中的稳定性以及临床操作方式，仍需继续研究。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202522853